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ロックウェル硬度スケールは、材料の押し込み硬度に基づく硬度スケールです。ロックウェル試験は、大きな荷重（主荷重）下での圧子の押し込み深さを、予荷重（副荷重）による押し込み深さと比較して測定します。 [1]異なる荷重または圧子を使用する、1 文字で示される異なるスケールがあります。結果は、HRA、HRB、HRC などと表記される無次元数で、最後の文字がそれぞれのロックウェル硬度スケールです。数字が大きいほど、材料は硬くなります。
金属を試験する場合、押込み硬度は引張強度と直線的に相関します。[2]
歴史
差深さ硬度測定は、1908年にウィーンの教授ポール・ルドヴィクが著書「ケーゲルプローブ」（大まかに言えば「円錐試験」）で考案しました。[3]差深さ法は、バックラッシュや表面の欠陥など、システムの機械的欠陥に関連する誤差を差し引きます。スウェーデンで発明されたブリネル硬度試験は、それより早く（1900年に）開発されましたが、時間がかかり、完全に硬化した鋼には役に立たず、非破壊検査と見なすには痕跡が大きすぎました。
ヒュー・M・ロックウェル（1890年 - 1957年）とスタンレー・P・ロックウェル（1886年 - 1940年）は、米国コネチカット州出身で、差圧測定機「ロックウェル硬度計」を共同発明しました。彼らは1914年7月15日に特許を申請しました。 [4]この試験機の要件は、鋼製ベアリングレースの熱処理の影響を迅速に判定することでした。この申請はその後1919年2月11日に承認され、米国特許1,294,171を取得しました。発明当時、ヒューとスタンレー・ロックウェルはともにコネチカット州ブリストルのニューデパーチャー製造会社に勤務していました。[5]ニューデパーチャーは大手ボールベアリング製造会社で、1916年にユナイテッドモーターズの一部となり、その後まもなくゼネラルモーターズ社となりました。
コネチカットの会社を去った後、当時ニューヨーク州シラキュースにいたスタンレー・ロックウェルは、1919年9月11日に元の発明の改良を申請し、1924年11月18日に承認された。新しい試験機は米国特許1,516,207を保有している。[6] [7]ロックウェルはコネチカット州ウェストハートフォードに移り、1921年にさらなる改良を行った。[7]スタンレーは1920年にウィルソン・モーレン社の機器製造業者チャールズ・H・ウィルソンと協力し、発明を商品化し、標準化された試験機を開発した。[8] スタンレーは1923年頃に熱処理会社スタンレー・P・ロックウェル社を設立し、2012年まで経営を続けた。[9] 現在も残っている建物は2016年には空き家になっていた。[10] 後にウィルソン・メカニカル・インストルメント社と改名されたこの会社は、長年にわたって所有者が変わり、1993年にインストロン社に買収された。 [11]
モデルと操作
ロックウェル硬度試験は、いくつかの異なる硬度試験機で実施できます。[12] [13]ただし、すべての試験機は 3 つのカテゴリのいずれかに分類されます。ベンチモデル硬度試験機には、デジタルモデルとアナログモデルがあります。デジタルベンチモデルはデジタルディスプレイを使用し、通常は操作に多くの技術トレーニングが必要ですが、アナログモデルは操作が簡単で非常に正確で、機械の前面にあるダイヤルに結果を表示します。すべてのベンチモデル試験機は通常、ワークショップまたは研究室に設置されています。他の試験機はポータブルで、すべてのポータブル試験機は、ベンチデジタルモデルと同様のデジタル結果画面を含むデジタルモデルで提供されます。ポータブル試験機は実用的で使いやすいです。[要出典]
材料のロックウェル硬度の測定には、小さな荷重をかけた後に大きな荷重をかけます。小さな荷重でゼロ位置が設定されます。大きな荷重をかけ、小さな荷重を維持したまま取り除きます。ゼロ基準からの侵入深さはダイヤルで測定されます。ダイヤルでは、材料が硬いほど測定値が低くなります。つまり、侵入深さと硬度は反比例します。ロックウェル硬度の主な利点は、硬度値を直接表示できるため、他の硬度測定技術に伴う面倒な計算が不要になることです。
ロックウェル試験は、小さなへこみに基づいて硬度を測定する光学機器を使用せず、試験片のへこみを測定する機械内ですべての計算が行われるため、非常に費用対効果が高い。そのため、一度測定すると、読みやすく理解しやすい方法で明確な結果が得られる。また、これにより、試験の前後に試験片の再加工や仕上げを行う必要がなくなる。ただし、試験でできたごく小さなへこみでも硬度の測定結果が不正確になり、大惨事につながる可能性があるため、試験片を二重チェックすることが極めて重要である。時間が経つと、ロックウェルスケールの圧子も不正確になり、正確で精密な硬度測定を確実に行うために交換する必要がある。[14]
ロックウェル硬さの式は で、dは深さ（mm 単位、ゼロ荷重点から）、Nとh は使用するテストのスケールに依存するスケール係数です（次のセクションを参照）。
これは主に工学や冶金の分野で使用されます。その商業的な人気は、そのスピード、信頼性、堅牢性、解像度、およびインデント領域の小ささから生まれています。
従来のロックウェル硬度計の操作手順:
- 初期力を負荷します: ロックウェル硬さ試験の初期試験力は 10 kgf (98 N; 22 lbf) です。表面ロックウェル硬さ試験の初期試験力は 3 kgf (29 N; 6.6 lbf) です。
- 主な負荷: 以下のフォーム/表「スケールと値」を参照してください。
- 圧入が停止するのに十分な「滞留時間」の間、メイン負荷をそのままにしておきます。
- 負荷を解放すると、ロックウェル値は通常、ダイヤルまたは画面に自動的に表示されます。[15]
信頼性の高い測定値を得るためには、試験片の厚さはくぼみの深さの少なくとも10倍である必要があります。[16]また、凸面では測定値が低くなるため、測定値は平らな垂直面から取得する必要があります。凸面の硬度を測定する場合は、補正係数を使用できます。[17]
スケールと値
いくつかの代替スケールがありますが、最も一般的に使用されるのは「B」スケールと「C」スケールです。どちらも硬度を任意の無次元数として表します。
- A623に従って薄い材料を試験する場合を除き、鋼鉄製の圧子ボールは、様々な直径のタングステンカーバイドボールに置き換えられました。ボール圧子を使用する場合、文字「W」はタングステンカーバイドボールが使用されたことを示し、文字「S」は鋼鉄ボールの使用を示します。例：70 HRBWは、タングステンカーバイド圧子を使用したロックウェルBスケールで読み取り値が70であったことを示します。[22]
浅いロックウェルスケールは、脆くて非常に薄い材料に対して、より低い荷重とより浅い圧痕を使用します。45N スケールは、ダイヤモンドの円錐形の Brale 圧子に 45 kgf の荷重を使用し、高密度セラミックに使用できます。15T スケールは、直径1 ⁄ 16インチ (1.588 mm) の硬化鋼球に 15 kgf の荷重を使用し、板金に使用できます。
B スケールと C スケールは重複しているため、一般的に信頼できないとされる HRC 20 未満の読み取り値と HRB 100 を超える読み取り値は、取得したり指定したりする必要はありません。
一般的な値は次のとおりです。
- 非常に硬い鋼（ノミ、高品質のナイフの刃など）：HRC 55～66（M2、W2、O1、CPM-M4、D2などの硬化高速度炭素鋼および工具鋼、およびCPM-S30V、CPM-154、ZDP-189などの新しい粉末冶金ステンレス鋼の多く。日立が開発したHAP72など、HRCが68～70を超える合金もあります。これらは非常に硬いですが、やや脆いです。）[23]
- 斧：HRC約45～55
- 真鍮: HRB 55 (低真鍮、UNS C24000、H01テンパー) から HRB 93 (カートリッジ真鍮、UNS C26000 (260 真鍮)、H10テンパー) [24]
広範囲な A スケールを含む他のいくつかのスケールは、特殊な用途に使用されます。表面硬化された試験片を測定するための特別なスケールもあります。
標準
- 国際（ISO）
- ISO 6508-1: 金属材料 - ロックウェル硬さ試験 - パート 1: 試験方法 (スケール A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T)
- ISO 6508-2: 金属材料 - ロックウェル硬さ試験 - パート 2: 試験機および圧子の検証および校正
- ISO 6508-3: 金属材料 - ロックウェル硬さ試験 - パート 3: 基準ブロックの校正
- ISO 2039-2: プラスチック - 硬度の測定 - パート 2: ロックウェル硬度
- 米国規格（ASTMインターナショナル）
- ASTM E18: 金属材料のロックウェル硬さおよびロックウェル表面硬さの標準方法
参照
参考文献
- ^ EL Tobolski & A. Fee、「マクロインデンテーション硬度試験」、ASMハンドブック、第8巻：機械的試験および評価、ASM International、2000年、pp. 203–211、ISBN 0-87170-389-0。
- ^ 「鋼の降伏強度および引張強度と硬度の相関関係」、EJ Pavlina および CJ Van Tyne、Journal of Materials Engineering and Performance、第 17 巻、第 6 号 / 2008 年 12 月
- ^ GL Kehl, The Principles of Metallographic Laboratory Practice、第3版、McGraw-Hill Book Co.、1949年、229ページ。
- ^ HM Rockwell & SP Rockwell、「硬度計」、米国特許 1,294,171、1919年 2 月。
- ^ SW Kallee: Stanley Pickett Rockwell Stanley Pickett Rockwell - ロックウェル硬度試験機の発明者の一人。2018年11月21日閲覧。
- ^ SP Rockwell、「金属の硬度試験」、アメリカ鉄鋼処理協会紀要、第2巻、第11号、1922年8月、1013～1033ページ。
- ^ ab SP Rockwell、「硬度試験機」、米国特許 1,516,207、1924年11月。
- ^ VE Lysaght、「インデンテーション硬度試験」、Reinhold Publishing Corp.、1949年、57〜62ページ。
- ^ OpenCorporates、「STANLEY P. ROCKWELL COMPANY THE」。https://opencorporates.com/companies/us_ct/0090160。2023年5月24日閲覧。
- ^ コネチカット州歴史登録財登録フォーム – スタンレー・P・ロックウェル・カンパニー工場、2016 年 5 月 6 日。https://hartfordpreservation.org/wp-content/uploads/296-Homestead-Stanley-Rockwell-Factory-State-Register-Nomination.pdf。2023 年 5 月 24 日閲覧
- ^ RE Chinn、「硬度、ベアリング、ロックウェル」、Advanced Materials & Processes、Vol 167 #10、2009 年 10 月、p 29-31。
- ^ 「ロックウェル硬度 - 概要 | ScienceDirect Topics」。
- ^ 「ロックウェル試験 - 概要 | ScienceDirect Topics」。
- ^ Hardness Tester、JM (2019年4月17日)。「ロックウェル硬度試験：究極のガイド」。JM Hardness Tester 。 2021年9月21日閲覧。
- ^ 「硬度計、金属組織顕微鏡、表面粗さ計 - EBPU」。Hardnesstesting -machine.com 。 2022年2月18日閲覧。
- ^ ロックウェル硬度試験の基礎、2010年1月29日にオリジナルからアーカイブ、2010年9月10日に取得
- ^ PMPA デザイナーズガイド: 熱処理、2009 年 7 月 14 日にオリジナルからアーカイブ、2009 年 6 月 19 日に取得。
- ^ スミス、ウィリアム F.; ハシェミ、ジャバド (2001)、『材料科学と工学の基礎』（第 4 版）、マグロウヒル、p. 229、ISBN 0-07-295358-6
- ^ Sundararajan, G.; Roy, M. (2001).材料百科事典: 科学と技術. 硬度試験: Elsevier Ltd. pp. 3728–3736. ISBN 978-0-08-043152-9。
- ^ Broitman, Esteban (2017). 「マクロ、マイクロ、ナノスケールでの押込み硬度測定：重要な概要」.トライボロジーレター. 65 (23): 4–5. doi : 10.1007/s11249-016-0805-5 . S2CID 20603457.
- ^ ab EBP社 R-150T ロックウェル硬度計マニュアル本。
- ^ E18-08b セクション 5.1.2.1 および 5.2.3
- ^ “Knife blade materials”. 2008年5月31日. 2008年5月31日時点のオリジナルよりアーカイブ。2022年2月18日閲覧。
- ^ 「MatWeb、材料情報のソース」。Matweb.com 。2010年6月23日閲覧。
外部リンク
- ロックウェル硬度試験に関するビデオ
- 硬度換算表
- ロックウェルからブリネルへの変換表
- 硬度換算表
- ロックウェル硬度試験