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硬さ試験方法

国内特許コード P08A014218
掲載日 2009年2月13日
出願番号 特願2007-112057
公開番号 特開2008-268022
登録番号 特許第4956834号
出願日 平成19年4月20日(2007.4.20)
公開日 平成20年11月6日(2008.11.6)
登録日 平成24年3月30日(2012.3.30)
発明者
  • 宮原 健介
  • 山本 卓
出願人
  • 独立行政法人物質・材料研究機構
  • 株式会社山本科学工具研究社
発明の名称 硬さ試験方法
発明の概要

【課題】基準荷重を用い、かつ硬さの相似則を満足できるようにする。
【解決手段】ビッカース用圧子等を用いて基準荷重P、次いで試験荷重Pを掛け、再び基準荷重Pに戻して前後の基準荷重Pにおけるくぼみ深さh、hを計測する。くぼみ深さhとhとの差Δhを試験荷重Pの平方根で除して、等価くぼみ深さΔh=Δh/P1/2を算出する。なお基準荷重P/試験荷重Pが異なる場合には、Δhを所定の方法で換算する。硬さの評価値Hを、Δhの一次関数等として表わす。等価くぼみ深さΔhは硬さの相似則を満たすため、このΔhに基づく硬さHは、荷重の大小にかかわらず同一の値となる。
【選択図】図6

従来技術、競合技術の概要


従来から材料、特に金属材料の強度評価には、各種の硬さ試験方法が広く用いられている。これらの硬さ試験方法の代表的なものとしては、ブリネル硬さ試験方法、ビッカース硬さ試験方法、ロックウェル硬さ試験方法、計装化押込み硬さ試験方法、及びショア硬さ試験方法等がある。



このうちブリネル硬さ試験方法は、鋳造合金等の硬さの評価に用いられており、直径10mmあるいは5mm等の硬球(鋼球又は超硬合金球)からなる圧子を、押圧荷重Fを掛けて試料表面に押込んで永久くぼみを形成し、この押圧荷重Fを永久くぼみの表面積で除した値を、ブリネル硬さ(HBW等)としている。またビッカース硬さ試験方法は、浸炭や窒化等の表面処理を行なった鋼等の硬さの評価に用いられており、対面角が136度のダイヤモンド四角錐からなる圧子を、押圧荷重Fを掛けて試料表面に押込んで永久くぼみを形成し、この押圧荷重Fを永久くぼみの表面積で除した値を、ビッカース硬さ(HV)としている。



またロックウェル硬さ試験方法は、熱処理した鋼等の硬さの評価に用いられているCスケール、あるいは非金属材等の硬さの評価に用いられているBスケール等があるが、いずれも圧子を、基準荷重Pをかけて試料に押込んで、くぼみ深さhを計測し、さらに試験荷重Pを掛け、次いで基準荷重Pに戻して再度くぼみ深さhを計測する。次いで後半の基準荷重Pにおけるくぼみ深さhから、前半の基準荷重Pにおけるくぼみ深さhを引いて、両者の差Δhを求める。そして所定の定数から、上記くぼみ深さの差Δhに比例定数を乗じたものを引いた値を、ロックウェルCスケール硬さ(HRC)またはロックウェルBスケール硬さ(HRB)等としている。



計装化押込み硬さ試験方法は、マクロ領域からナノ領域をカバーするものとして期待されており、それぞれダイヤモンド製のビッカース圧子、バーコビッチ圧子、あるいは球形圧子等を用いて、押込みによる荷重とくぼみ深さとの双方を連続的に計測し、この連続データから試料の硬さを求めるものである。具体的には
試験荷重を圧子の侵入した表面積で除した、マルテンス硬さ(HM)、及び最大荷重を、この最大荷重を掛けたときに圧子が試料に接触している部分の断面積で除した、押し込み硬さ(HIT)等を求めている。



ショア硬さ試験方法は、圧延ロール等の硬さの評価に用いられており、ある高さから圧子を試料の表面に落して衝突させ、跳ね返り高さを計測する。そしてこの跳ね返り高さと落下高さとの比に、比例定数を掛けてショア硬さ(HS)を求める。

産業上の利用分野


本発明は、金属等の硬さを計測する方法に関し、特に基準荷重を用い、かつ硬さの相似則を満たす硬さ試験方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
錐形状の圧子を試料に押圧して、押込み荷重及びくぼみ深さを計測する押込み工程と、
上記くぼみ深さから等価くぼみ深さ(Δh)を算出する工程と、
上記等価くぼみ深さから上記試料の硬さ(H)を算出する工程とを備え、
上記押込み工程は、
基準荷重(P)におけるくぼみ深さ(h)を計測する工程と、
荷重を試験荷重(P)に増加する工程と、
上記基準荷重(P)に戻したときのくぼみ深さ(h)を計測する工程とを有し、
上記等価くぼみ深さ(Δh)は、次の式(1)及び(2)によって算出するものであって、
上記試料の硬さ(H)は、上記基準荷重Pと試験荷重Pとの比(r=P/P)が同一の条件において、上記等価くぼみ深さ(Δh)を変数とする単純増加関数または単純減少関数として算出する
ことを特徴とする硬さ試験方法。
式(1):Δh=h-h
式(2):Δh=Δh/P1/2

【請求項2】
錐形状の圧子を試料に押圧して、連続的に押込み荷重及びくぼみ深さを計測する押込み工程と、
上記くぼみ深さから等価くぼみ深さ(Δh)を算出する工程と、
上記等価くぼみ深さから上記試料の硬さ(H)を算出する工程とを備え、
上記押込み工程は、
無荷重状態から試験荷重(P)に荷重を増加する負荷工程と、
上記試験荷重(P)から荷重を上記無荷重状態に戻す除荷工程とを有し、
上記等価くぼみ深さ(Δh)は、
上記負荷工程及び除荷工程におけるくぼみ深さであって、同一の基準荷重(P)におけるそれぞれのくぼみ深さh、hを求め、次いで式(1)及び(2)によって算出するものであって、
上記試料の硬さ(H)は、上記基準荷重Pと試験荷重Pとの比(r=P/P)が同一の条件において、上記等価くぼみ深さ(Δh)を変数とする単純増加関数または単純減少関数として算出する
ことを特徴とする硬さ試験方法。
式(1):Δh=h-h
式(2):Δh=Δh/P1/2

【請求項3】
請求項1または2のいずれかにおいて、上記rが異なる場合の上記Δhに、次の式(3)によって換算する工程を含むことを特徴とする硬さ試験方法。
式(3):Δh=Δh×(1-r1/2)/(1-r1/2
ここでΔhは、上記rがrの場合の上記Δh、
Δhは、上記rがrの場合の上記Δhを意味する。

【請求項4】
請求項1~3のいずれかの1において、上記試料の硬さ(H)は、次の式(4)~(6)のいずれかの1によって算出する
ことを特徴とする硬さ試験方法。
式(4):H=K1-K・Δh
式(5):H=K1+K・(Δh)-1
式(6):H=K1+K・(Δh)-2
ここでK1及びKは、定数。

【請求項5】
請求項1~4のいずれかの1において、上記錐形状の圧子は、四角錐、三角錐、円錐、または菱形錐のいずれかの1の形状からなる
ことを特徴とする硬さ試験方法。
産業区分
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2007112057thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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