ロックウェル試験

Figure 23.4 Schematic of the Rockwell indentation process using a diamond brale Indenter
ロックウェル試験方法は、以下の規格に定義されています。ASTM E18 金属、ISO 6508 金属、および ASTM D785 プラスチック操作者は、定期的に更新される関連規格の最新版を入手することをお勧めします。ロックウェル硬さ試験は、事前に加えられた予備荷重または小荷重による深さを超える重い(大)荷重によって圧子が強制される深さの測定値に基づいています。試験はシーケンスに従って行われます。右の図23.4を参照してください。
  • 小荷重の印加「ゼロ」の位置が記録されます。
  • 大荷重に達するまで荷重を徐々に加えます。最大の貫通位置が記録されます。
  • 小荷重に達するまで荷重を除去。
結果として得られたロックウェルの番号は、大きな負荷を加えた結果としてゼロの基準位置からの深さの違いを表示します。全体の手順に要するのは、わずか数秒(プラスチックの場合最大15)です。ロックウェル試験の主な利点は、二次的な寸法測定の必要性なしに結果が迅速かつ直接的に得られることです。 

ロックウェル試験には2種類あります (表23.1)。
  1. ロックウェル:小荷重は10 kgf、大荷重は60、100、または150 kgfです。
  2. スーパーフィシャルロックウェル:小荷重は3 kgf、大荷重は15、30、または45 kgfです。
表 23.1:ロックウェルおよびスーパーフィシャルロックウェル試験におけるいくつかの一般的なスケール
スケール 小荷重(kg) 大荷重(kg) ペネトレーター
HRA 10 60 ダイヤモンド
HRB 10 100 1/16in 球
HRC 10 150 ダイヤモンド
HR15N 3 15 ダイヤモンド
HR30N 3 30 ダイヤモンド
HR45N 3 45 ダイヤモンド
いずれの試験においても、テストする材料の性質により圧子はダイヤモンドコーンまたはタングステンカーバイド球のいずれかになる場合があります。ロックウェル硬さ試験は、圧子および大荷重と小荷重を表す硬さ番号とスケールシンボルで表現されます。硬さ番号はシンボルHRとスケールの記号表示で表現されます。 

最も一般的な圧子の種類は120度に研磨されたダイヤモンドの円錐で、硬化した鋼やカーバイドを試験するためのものです。柔らかい材料は、概して直径16分の1インチから2分の1インチまでのタングステン炭化物の球を使って試験されます。圧子の試験荷重の組み合わせがロックウェルスケールを構成します。これらの組み合わせが30の異なる目盛りを作り、実際の硬度の数字のあとにHRという文字が続いて表され、それぞれのスケールとして表示されます。記録された63HRCという硬度値は、 ロックウェルCスケールの硬度63を意味します。高い値は硬化した鋼またはタングステン炭化物と行った固い材料を示しています。これらのHRC値は70HRCを超えます。ロックウェル試験荷重は閉ループロードセルまたは伝統的な自重システムのいずれかで加えられます。

ロックウェル試験について精度、正確さおよびバイアスに影響を与える要素

図 23.5。さまざまなロックウェル硬度計のGR&R結果
ロックウェル試験の精度および信頼性に影響を与える主な要因の1つは、試験装置自体です。試験結果のバラツキは、装置からの変動と操作者および環境条件からの変動の合計です。ゲージの反復性と再現性(GR&R)の試験では、装置の変動が利用可能な工程公差をどの程度占めるかを示すことができます。高い変動(または狭い工程公差)は、高いGR&Rをもたらします。同じ工程に使用される異なる装置のGR&R試験では、ユーザーは機械値の内蔵変動を直接比較することができます(GR&R値が低いほど、機器のパフォーマンスは向上します)。図23.5を参照してください。研究により、閉ループ負荷システムは、他の設計要素や製造品質とともに、装置の性能を大幅に向上させることが示されています[39]。

ロックウェル試験は通常、最も簡単な試験方法であると考えられており、実際に原理上は非常に迅速で正確です。ただし、装置、試料および設定の状態が、一貫した正確な結果を保証するために正しいものであることを確認することが重要です。実際、ロックウェルの結果に悪影響を及ぼす可能性がある多くの要因があります。ほとんどの場合、正しい訓練が実行されていることを確認し、適切な較正と保守を行うことでそれらを回避できます。

最も一般的なエラーの原因の1つは、単に圧子の損傷です。ダイヤモンド圧子は非常に硬いだけでなく比較的もろいので、大きな衝撃で損傷する可能性があります。このような損傷(またはチップの過度の摩耗)により、貫通の抵抗が変化し、一般的に硬度の読み値が高くなります。変形した球圧子も同様に高い測定値を誘発する可能性があります。

もう一つの一般的なエラーの原因は、荷重トレーンの変形です。これは多くの原因に由来する可能性があり、そのすべてが一般的にロックウェル硬度の低い測定値を引き起こします。アンビルが損傷した場合、または圧痕が付いてしまった可能性がある場合、表面に持ち上げられた材料は荷重下でいくらかの変形を吸収します。同様に、アンビルと上下昇降用ねじまたは上下昇降用ねじの機構そのものの間の接触面に汚れやグリースがある場合、過度の変形を引き起こし硬度の読み値を変化させてしまいます。

試料自体は、良い結果を得るために明らかに重要です。ロックウェル試験は光学的試験方法と比較して表面作製には感度が低いですが、表面状態が良好であるほど、結果はより正確かつ再現性があります。試料の下側もアンビルにしっかりと、デブリや他の遊離した物質に妨げられることなく接触する必要があります。試料は常に試験前に洗浄する必要があります。試料のいかなる動きも結果に重大な影響を及ぼす可能性があるため、試料は試験中も安定した方法で保持されなければなりません。2µm の移動は、1ロックウェルポイントに相当します。地域環境や不適切なテーブルからの過度の振動も、同様の問題を引き起こす可能性があります。

作業員が適切な取り付けおよび試験技術について十分に訓練されていれば、環境は試験に適しており、そして、適切な清潔さと維持管理体制が実行されれば、上記の問題の大部分は避けられます。

硬度試験の詳細については、Buehler SumMet ガイドを参照してください。