ロックウェル硬さ

硬さは材料の基本的な特性を計る上で重要な指標である。

硬さと引張強度との関係などで知識はあるが、ロックウェル硬さやビッカース硬さ、ブリネル硬さ等、硬さには色々な試験方法がありながらその違いを正確に理解できていない。

ここではロックウェル硬さについて調べた結果を整理する。

ロックウェル硬さ試験法はアメリカ合衆国のヒュー・M・ロックウェル(Hugh M. Rockwell、1890–1957)とスタンリー・P・ロックウェル(Stanley P. Rockwell、1886–1940)により1914年7月15日に特許が申請された。

それまで鋼の硬さの試験にはブリネル硬さが使われていたが、ブリネル硬さは式の計算に時間がかかり計算に知識も必要なため、もっと簡単に計算するために考え出されたものであった。

国際標準化機構では ISO 6508-1 で金属の、ISO 2039-2 でプラスチックのロックウェル試験が、日本工業規格では JIS G 2245 でロックウェル試験が規定されている。

次に具体的な試験方法について。

ロックウェル硬さは、まず試験面(基準面)に基本荷重F0 をかける。次に試験荷重F1 を足したF0 + F1 の力を加え、塑性変形させる。その負荷を基準荷重F0 に戻し、この時の基準面からの永久窪みの深さを読み取る。

ビッカース硬さやブリネル硬さと違い、深さを読むだけなので簡便かつ素早く行えるのが特徴である。

通常のロックウェル硬さは、圧子の種類は先端半径0.2 mmかつ先端角120度のダイヤモンド円錐と1/16インチの鋼球を使う方法があり、さらに試験荷重F1 は60 kgf・100 kgf・150 kgfとの3種類、合計6種類が使われる。基本荷重F0 はどれも10 kgfが使われる。

ロックウェル硬さの計算式は以下である。

H R = a b h 

a , b はそれぞれのスケールごとに決められた値、h は基準面からの永久深さ(mm)である。HRA、HRD、HRCのときa = 100、それ以外のときa = 130、どちらの場合もb = 500である。

例えば、鋼の硬さを測る時によく使われるロックウェル試験法として、先端半径0.2 mmかつ先端角120度のダイヤモンド円錐を使い150 kgfの力をかけるHRCと、1/16インチ(1.5875 mm)鋼球を使い100 kgfの力をかけるHRBがある。この場合、式は以下のようになる。

どのスケールを使うかは必要に応じて決める。比較的柔らかい材料にはHRBを使い、HRBでは数値が100を超えるような時、HRCを使う。概ね、HRBは0から100の間で、HRCは0から70の間で使われる。HRAもダイヤモンド円錐を使用するが、追加試験荷重F1 がHRCとは異なる。

さらに基準荷重F0 を3 kgfで、試験荷重を15 kgf・30 kgf・45 kgfで行うロックウェル硬さ試験を、ロックウェルスーパーフィシャル硬さ(Rockwell superficial hardness)と呼ぶ。

ロックウェルスーパーフィシャル硬さは、通常のロックウェル硬さ試験では荷重が強すぎてしまう、薄板の硬さ試験によく使われる。 ロックウェルスーパーフィシャル硬さの計算式は

で表される。

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