ビッカース硬度試験

図 23.6を用いて計算されます。ビッカース圧子と圧痕の形の図表
図 23.6を用いて計算されます。ビッカース圧子と圧痕の形の図表
ビッカースおよびヌープの硬度試験方法は、以下の規格で定義されています。ASTM E384 および ISO 6507。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。ビッカース硬度試験では、図23.6に示すように、衝撃を与えずに滑らかに荷重を加えてダイヤモンド圧子を試験片に押し込みます。ビッカースのダイヤモンドは正方形ベースのピラミッド型で、くぼみの深さは対角線の長さのおよそ7分の1です。圧子を10〜15秒間所定の位置に保持してから、完全に取り外します。正確な結果を得るためには、圧子の物理的品質と加えられる荷重の精度(E 384で定義)を管理する必要があります。圧痕の2本の対角線は、0.1μmの最も近くまで測定されて平均されます。ビッカースの硬度(HV)は、
HV = 1854.4L / d2
1960年代以来、ASTM E 2およびE 384に準拠したビッカース硬度の標準記号はHVでした。これは、古い、旧式のの記号DPNまたはVPNよりも優先して使用する必要があります。SI単位系を厳格に適用すると、硬度の単位が標準の理解できる kgf/mm2 の値ではなく、ほとんどのエンジニアおよび技術者にとって意味を持たない GPa の単位で表示されます。ASTMでは、これに「ソフトな」計算方法を適用することを推奨しています。
図 23.7十分に形成されたビッカース圧痕(400倍)の例。
図 23.7十分に形成されたビッカース圧痕(400倍)の例。
図 23.8変形したビッカースの圧痕の例 (400倍)
図 23.8変形したビッカースの圧痕の例(400倍)
ビッカース硬度試験では、荷重が除かれると弾性回復は起こらないと想定されています。しかしながら、弾性回復が起こり、そして時にはその影響はかなり顕著です。一般的に、圧痕 (図 23.7) は四角形に見え、2本の対角線は同じくらいの長さです。ブリネル試験で行われたように、ビッカース硬度数は、投影された領域ではなく刻印の表面領域に基づいて計算されます。弾性回復により刻印の形が変形する場合(異方性材料ではごく一般的)(図 23.8)、硬度は2本の対角線の平均に基づく必要がありますか?画像解析によって測定可能な、投影された刻印の領域に基づいてビッカース硬度を計算することは可能です。この問題の厳格な研究については文献が乏しく、現時点では変形したくぼみについても対角線の測定が推奨される方法です。
ビッカース硬度試験には、すべての試験要件を網羅できるよう明らかに異なる2つの荷重範囲「微小圧痕ビッカース」(10 ~ 1000g) および「マクロ圧痕ビッカース」(1 ~ 100kg)があります。圧子は両方の範囲が同じなので、ビッカースの硬度値は金属の硬度の総合範囲で連続しています(一般的にHV100からHV1000)。ビッカースの圧痕の形が、すべての試験荷重において幾何学的に似ているため、HV値は試験試料がからり均質である限り、非常に幅広い試験荷重の範囲に対して統計精度内において不変です。

マイクロ圧子硬度試験

より一般的には(しかし不正確)、微小硬度試験と呼ばれるマイクロ圧子硬度試験は、硬度の微細なスケール変化を研究するために広く使用されています。「微小硬度」という用語は一般的にはそのユーザーが理解するものですが、この言葉には硬度が極端に小さいという意味を含んでおり、実際とは異なります。印加された荷重と結果としての圧痕のサイズはバルク試験と比較して小さいですが、得られた硬度数は同じです。その結果として、金属組織学についてのASTM委員会E-4は、MHTの略語を与えられる「微小圧痕硬度試験」という用語を使用することを推奨しています。標準のビッカース試験と微小圧痕試験の唯一の違いは、1kg未満のより小さな荷重が使用されることです。このため、材料にできるくぼみは小さく、そしてこれは材料のより局在の領域を評価できることを意味しています。 

例えば、熱を処理する担当者は何年もの間、試料の表面から細かい間隔で硬度を測定することにより表面硬化処理の成功を評価したり脱炭を検出または評価するためにこの技法を使用してきました。 

金属組織学者および不具合解析者は、同定を段階的に行うための補助として、または単に、従来の大きな圧痕試験には小さすぎる試料の硬度を測定するための均質性の評価、溶接物の特性評価を含む多くの目的のためにこの手法を使用します。

ビッカース硬度試験および金属組織学的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。