JPH0731106B2 - 衝撃硬さ試験方法及びそれに用いる衝撃硬さ試験装置 - Google Patents
衝撃硬さ試験方法及びそれに用いる衝撃硬さ試験装置Info
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- JPH0731106B2 JPH0731106B2 JP60265416A JP26541685A JPH0731106B2 JP H0731106 B2 JPH0731106 B2 JP H0731106B2 JP 60265416 A JP60265416 A JP 60265416A JP 26541685 A JP26541685 A JP 26541685A JP H0731106 B2 JPH0731106 B2 JP H0731106B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、各種大きさの試料の衝撃硬さを測定する衝
撃硬さ試験方法及びそれに用いる衝撃硬さ試験装置に関
する。
撃硬さ試験方法及びそれに用いる衝撃硬さ試験装置に関
する。
従来、衝撃硬さを求める方法並びに装置としては、試料
に圧子を、自然落下させたり、又は強制的に飛ばして衝
突させて変形させて、その変形の度合から衝撃硬さを求
める方法（Ｃ型・Ｄ型・Ｅ型ショア硬さ試験）や、実開
昭60−111254号公報記載の考案のように、打撃子が、磁
石を備えた打撃子の本体にあたる部分と、試料に直接衝
突する圧子とで一体的に設けられ、この打撃子の衝突直
前及び反発直後の速度を測定して硬さを求める装置があ
る。
に圧子を、自然落下させたり、又は強制的に飛ばして衝
突させて変形させて、その変形の度合から衝撃硬さを求
める方法（Ｃ型・Ｄ型・Ｅ型ショア硬さ試験）や、実開
昭60−111254号公報記載の考案のように、打撃子が、磁
石を備えた打撃子の本体にあたる部分と、試料に直接衝
突する圧子とで一体的に設けられ、この打撃子の衝突直
前及び反発直後の速度を測定して硬さを求める装置があ
る。
しかしながら、このような従来の方法にあっては、圧子
が試料に衝突した際に、圧子に対して試料が充分な大き
さを有しない場合は、試料全体に振動を生じ、この振動
エネルギーによって反発エネルギーが小さくなるため、
試料台をも含めて大きな質量の試料が要求される問題点
を有しており、そして、試料の変形の度合に基づいて衝
撃硬さを求めるものであるため、得られた値の意味が不
明確であり、その値を利用する価値並びに信頼性が低い
問題点を有していた。
が試料に衝突した際に、圧子に対して試料が充分な大き
さを有しない場合は、試料全体に振動を生じ、この振動
エネルギーによって反発エネルギーが小さくなるため、
試料台をも含めて大きな質量の試料が要求される問題点
を有しており、そして、試料の変形の度合に基づいて衝
撃硬さを求めるものであるため、得られた値の意味が不
明確であり、その値を利用する価値並びに信頼性が低い
問題点を有していた。
また、前記した従来の装置にあっては、試料に直接衝突
する圧子が打撃子の一部であるため、打撃子の質量も大
きくなり、前記した従来の方法と同様に、打撃子に対し
て試料が充分な大きさを有しない場合は、試料全体に振
動が生じ、この振動エネルギーとして失われた分だけ反
発エネルギーが小さくなるため、小さな試料では、正確
な硬さ試験を行なうことが出来ない問題点を有してい
る。
する圧子が打撃子の一部であるため、打撃子の質量も大
きくなり、前記した従来の方法と同様に、打撃子に対し
て試料が充分な大きさを有しない場合は、試料全体に振
動が生じ、この振動エネルギーとして失われた分だけ反
発エネルギーが小さくなるため、小さな試料では、正確
な硬さ試験を行なうことが出来ない問題点を有してい
る。
この発明は、かゝる問題点に着目して案出されたもので
あって、試料の大きさにより影響を受けることなく、的
確な衝撃硬さの測定を可能とする衝撃硬さ試験方法及び
それに用いる衝撃硬さ試験装置を得んとするものであ
る。
あって、試料の大きさにより影響を受けることなく、的
確な衝撃硬さの測定を可能とする衝撃硬さ試験方法及び
それに用いる衝撃硬さ試験装置を得んとするものであ
る。
この発明の衝撃硬さ試験方法は、試料に向けて直径２〜
3mmの球状の圧子を高速で発射し秒速14〜36mで衝突させ
て反発させることにより、衝突の前後における圧子の速
度を測定して衝撃硬さを求める方法において、圧子の進
路に所定距離にわたって磁場を形成して、移動する圧子
をこの磁場を通過中に継続して磁化するとともに、前記
磁場が形成された進路に沿って所定間隔をおいて２つの
ピックアップコイルを配置して、前記圧子の通過により
両ピックアップコイルに発生する起電力により、両ピッ
クアップコイル間の圧子の通過時間を測定することによ
って、衝突直前及び反発直後の圧子速度を算出して、両
速度値に基づいて衝撃硬さを求めることを特徴とする。
3mmの球状の圧子を高速で発射し秒速14〜36mで衝突させ
て反発させることにより、衝突の前後における圧子の速
度を測定して衝撃硬さを求める方法において、圧子の進
路に所定距離にわたって磁場を形成して、移動する圧子
をこの磁場を通過中に継続して磁化するとともに、前記
磁場が形成された進路に沿って所定間隔をおいて２つの
ピックアップコイルを配置して、前記圧子の通過により
両ピックアップコイルに発生する起電力により、両ピッ
クアップコイル間の圧子の通過時間を測定することによ
って、衝突直前及び反発直後の圧子速度を算出して、両
速度値に基づいて衝撃硬さを求めることを特徴とする。
また、前記方法の実施に直接使用する試験装置として、
磁場中で磁化される物質で形成された直径２〜3mmの球
状の圧子を試料に向けて試料への衝撃速度が秒速14〜36
mになる速さで発射する発射装置と、該試料に近い位置
で圧子の進路に沿う所定距離にわたって磁場を発生させ
る磁場発生部材と、前記磁場中の前記進路側方に位置し
且つ前記進路に沿って所定間隔をおいて設けられて前記
圧子の通過に伴い起電力を生じる２つのピックアップコ
イルと、前記起電力が入力されて、圧子の衝突直前及び
反発直後の速度を算出する処理回路とを備えた衝撃硬さ
試験装置を提供する。
磁場中で磁化される物質で形成された直径２〜3mmの球
状の圧子を試料に向けて試料への衝撃速度が秒速14〜36
mになる速さで発射する発射装置と、該試料に近い位置
で圧子の進路に沿う所定距離にわたって磁場を発生させ
る磁場発生部材と、前記磁場中の前記進路側方に位置し
且つ前記進路に沿って所定間隔をおいて設けられて前記
圧子の通過に伴い起電力を生じる２つのピックアップコ
イルと、前記起電力が入力されて、圧子の衝突直前及び
反発直後の速度を算出する処理回路とを備えた衝撃硬さ
試験装置を提供する。
この発明方法によれば、圧子２は磁場を通過中に磁化さ
れる。第12図にはその様子を示しており、圧子２の磁化
方向は磁場における磁束の方向により決定されるから、
圧子２が回転しても磁化方向は変化することがない。し
たがって磁場を通過中は圧子２は回転してもそのＳ極と
Ｎ極の方向は一定となっている。
れる。第12図にはその様子を示しており、圧子２の磁化
方向は磁場における磁束の方向により決定されるから、
圧子２が回転しても磁化方向は変化することがない。し
たがって磁場を通過中は圧子２は回転してもそのＳ極と
Ｎ極の方向は一定となっている。
そして、圧子２は磁化中に２つのピックアップコイル5
a,5bを通過するが、この通過中にもＳ極とＮ極の方向は
一定であるから、第13図に示すようにこのSN両極の方向
は、両ピックアップコイル5a,5bのいずれに対しても所
定の角度をもつ。
a,5bを通過するが、この通過中にもＳ極とＮ極の方向は
一定であるから、第13図に示すようにこのSN両極の方向
は、両ピックアップコイル5a,5bのいずれに対しても所
定の角度をもつ。
圧子２の大きさは直径２〜3mmと小さく且つ両ピックア
ップコイル5a,5bは所定距離だけ離れているために、第1
3図に示す状態で磁化された圧子２による遠い方のピッ
クアップコイル5bの誘導起電力は、近い方のピックアッ
プコイル5aの誘導起電力より小さく無視し得る（Ｎ極と
Ｓ極から見たピックアップコイル5bの立体角の差はピッ
クアップコイル5aに比べて小さい）。したがって、直列
接続された２つのピックアップコイル5a,5bの誘導起電
力は、２つのピックアップコイル5a,5bと、磁化され且
つ移動する圧子２との第14図に示すような相対的位置関
係から、第15図に示すように表れる。
ップコイル5a,5bは所定距離だけ離れているために、第1
3図に示す状態で磁化された圧子２による遠い方のピッ
クアップコイル5bの誘導起電力は、近い方のピックアッ
プコイル5aの誘導起電力より小さく無視し得る（Ｎ極と
Ｓ極から見たピックアップコイル5bの立体角の差はピッ
クアップコイル5aに比べて小さい）。したがって、直列
接続された２つのピックアップコイル5a,5bの誘導起電
力は、２つのピックアップコイル5a,5bと、磁化され且
つ移動する圧子２との第14図に示すような相対的位置関
係から、第15図に示すように表れる。
誘導起電力の極性はコイルの巻き方向と圧子の磁化方向
で決まるが、試料に向けて移動時（往路）の圧子（第14
図における位置Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ｇの順で移
動）の誘導起電力が第15図の左半部のようであれば、試
料からの反発後（帰路）の圧子（第14図における位置Ｇ
→Ｆ→Ｅ→Ｄ→Ｃ→Ｂ→Ａの順で移動）の誘導起電力
は、コイルの巻き方向と圧子の磁化方向との関係から、
自ずと第15図の右半部のようになる。したがって往復で
同一の極性反転特性となる。
で決まるが、試料に向けて移動時（往路）の圧子（第14
図における位置Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ｇの順で移
動）の誘導起電力が第15図の左半部のようであれば、試
料からの反発後（帰路）の圧子（第14図における位置Ｇ
→Ｆ→Ｅ→Ｄ→Ｃ→Ｂ→Ａの順で移動）の誘導起電力
は、コイルの巻き方向と圧子の磁化方向との関係から、
自ずと第15図の右半部のようになる。したがって往復で
同一の極性反転特性となる。
そして、第15図における位置B,位置Ｆにおいては電圧変
化が急峻であるから、正確なパルス化を行うことができ
て、圧子のピックアップコイル5a,5bの通過のタイミン
グを確実に捉えることができ、往復の各通過時間に基づ
き試料への衝突直前及び衝突直後の圧子速度を精度よく
算出することができる。
化が急峻であるから、正確なパルス化を行うことができ
て、圧子のピックアップコイル5a,5bの通過のタイミン
グを確実に捉えることができ、往復の各通過時間に基づ
き試料への衝突直前及び衝突直後の圧子速度を精度よく
算出することができる。
なお、ピックアップコイル5a,5bへは電流は供給されて
いない。これは検出コイルであるから、磁化された圧子
２の通過による誘導起電力によりピックアップコイル5
a,5bに電力を発生させている。
いない。これは検出コイルであるから、磁化された圧子
２の通過による誘導起電力によりピックアップコイル5
a,5bに電力を発生させている。
また、この方法に用いる圧子は直径２〜3mmの球状をし
ているものであるため、試料に与える衝突エネルギが小
さいから、試料の質量が小さくても試料の振動を抑制す
ることができるので、試料の振動による圧子の反発エネ
ルギの減少を抑えることができる。したがって圧子は試
料の衝撃硬さに比例した反発エネルギにより反発される
から、試料の正確な衝撃硬さを試験することができる。
ているものであるため、試料に与える衝突エネルギが小
さいから、試料の質量が小さくても試料の振動を抑制す
ることができるので、試料の振動による圧子の反発エネ
ルギの減少を抑えることができる。したがって圧子は試
料の衝撃硬さに比例した反発エネルギにより反発される
から、試料の正確な衝撃硬さを試験することができる。
圧子の直径が2mm未満の場合には衝突により試料に与え
るエネルギが小さすぎるため、反発直後の圧子の通過速
度を正確に検出することが難しいし、逆に圧子の直径が
3mm超の場合には試料に与えるエネルギが大きすぎて小
さな試料では振動を生じ反発速度を正確に検出ことがこ
の場合にも難しい。よって、圧子は直径が２〜3mmであ
る必要がある。また、圧子の衝撃速度が秒速14m未満で
あるとこの場合も試料に与えるエネルギが小さすぎるた
め、反発直後の圧子の通過速度を正確に検出することが
難しく、逆に衝撃速度が秒速36m超の場合も試料に与え
るエネルギが大きすぎて小さな試料では振動を生じ反発
速度を正確に検出ことが困難となり、且つ圧子を発射す
る高速発射性能が要求されるから高価なものとなる。こ
のため圧子の衝撃速度は秒速14〜36mとすることが好適
である。
るエネルギが小さすぎるため、反発直後の圧子の通過速
度を正確に検出することが難しいし、逆に圧子の直径が
3mm超の場合には試料に与えるエネルギが大きすぎて小
さな試料では振動を生じ反発速度を正確に検出ことがこ
の場合にも難しい。よって、圧子は直径が２〜3mmであ
る必要がある。また、圧子の衝撃速度が秒速14m未満で
あるとこの場合も試料に与えるエネルギが小さすぎるた
め、反発直後の圧子の通過速度を正確に検出することが
難しく、逆に衝撃速度が秒速36m超の場合も試料に与え
るエネルギが大きすぎて小さな試料では振動を生じ反発
速度を正確に検出ことが困難となり、且つ圧子を発射す
る高速発射性能が要求されるから高価なものとなる。こ
のため圧子の衝撃速度は秒速14〜36mとすることが好適
である。
さらに装置の発明にあっては、前記方法の発明の作用に
加えて、圧子を微小としたために試料や圧子の発射装置
を小さくすることができ、その結果衝撃硬さ試験装置の
規模を小型化することができる。
加えて、圧子を微小としたために試料や圧子の発射装置
を小さくすることができ、その結果衝撃硬さ試験装置の
規模を小型化することができる。
以下、この発明に係る衝撃硬さ試験方法及びそれに用い
る衝撃硬さ試験装置の詳細を図面に基づいて説明する。
る衝撃硬さ試験装置の詳細を図面に基づいて説明する。
第１図は、衝撃硬さ試験装置の主要部を示す説明図であ
る。
る。
図中、１は計測筒であり、この内部を図示しない発射装
置から発射される圧子２が通過し、試料台３に固定した
試料４に衝突して反発し、再度該筒１内を通過する。こ
の計測筒１の、試料４側の端部付近には、該筒１の内部
空間に面するよう直列に巻かれた２個のピックアップコ
イル5,5が配置されている。
置から発射される圧子２が通過し、試料台３に固定した
試料４に衝突して反発し、再度該筒１内を通過する。こ
の計測筒１の、試料４側の端部付近には、該筒１の内部
空間に面するよう直列に巻かれた２個のピックアップコ
イル5,5が配置されている。
また、計測筒１の、試料４側の端部から手前の所定長さ
に亘って磁場発生部材である磁場発生用コイル６を、計
測筒１に周回、配置させている。この磁場発生用コイル
６は、電源７から電力を投入され、一定の磁場を計測筒
１の内部空間に発生させる。なお、前記圧子２は軟質磁
性材料たる鋼球を用いている。すなわち、磁性材料を磁
性の点から大別すると、容易に着磁するとともに容易に
消磁する材料（軟質磁性材料）と着磁するのは容易では
ないが一旦着磁すると容易に消磁しない材料（硬質磁性
材料）に分けることができ、軟質磁性材料には残留磁気
は殆どない。かかる軟質磁性材料は、外部磁界によって
容易に磁化し、さらに外部磁界を反転させた場合その追
従が容易で保磁力が小さい。この軟質磁性材料には、鉄
−ケイ素合金，鉄−アルミニウム合金，鉄−ニッケル−
コバルト合金などがある。かくして、前記圧子２は、磁
場通過中に回転しても磁化方向が変化せず、圧子２の磁
化方向は磁場における磁束の方向によって決定されるか
ら、圧子２のＮ極とＳ極の方向は一定となる。そのため
計測筒１内で磁化した圧子２により、前記ピックアップ
コイル５では波形の起電力が生じる（第１図中のａ）。
に亘って磁場発生部材である磁場発生用コイル６を、計
測筒１に周回、配置させている。この磁場発生用コイル
６は、電源７から電力を投入され、一定の磁場を計測筒
１の内部空間に発生させる。なお、前記圧子２は軟質磁
性材料たる鋼球を用いている。すなわち、磁性材料を磁
性の点から大別すると、容易に着磁するとともに容易に
消磁する材料（軟質磁性材料）と着磁するのは容易では
ないが一旦着磁すると容易に消磁しない材料（硬質磁性
材料）に分けることができ、軟質磁性材料には残留磁気
は殆どない。かかる軟質磁性材料は、外部磁界によって
容易に磁化し、さらに外部磁界を反転させた場合その追
従が容易で保磁力が小さい。この軟質磁性材料には、鉄
−ケイ素合金，鉄−アルミニウム合金，鉄−ニッケル−
コバルト合金などがある。かくして、前記圧子２は、磁
場通過中に回転しても磁化方向が変化せず、圧子２の磁
化方向は磁場における磁束の方向によって決定されるか
ら、圧子２のＮ極とＳ極の方向は一定となる。そのため
計測筒１内で磁化した圧子２により、前記ピックアップ
コイル５では波形の起電力が生じる（第１図中のａ）。
このように発生した波形の起電力を処理回路において整
形すると第１図中ｂの状態になり、また分周すると同図
中ｃの波形が得られる。このｃの波形で10MHzのクロッ
クｄをゲートしてやると圧子２が衝突前に２個のピック
アップコイル間を通過する時間T1と、反発後の通過時間
T2に比例したパルスが得られる。そのパルスを２台のユ
ニバーサルカウンタで夫々計算し、T1,T2を表示させ
る。圧子２の試料４に対する反発係数Ｋは、T1とT2の比
で表される。また、衝突前後の球の速度は、２個のピッ
クアップコイル間の距離とT1,T2から求められる。
形すると第１図中ｂの状態になり、また分周すると同図
中ｃの波形が得られる。このｃの波形で10MHzのクロッ
クｄをゲートしてやると圧子２が衝突前に２個のピック
アップコイル間を通過する時間T1と、反発後の通過時間
T2に比例したパルスが得られる。そのパルスを２台のユ
ニバーサルカウンタで夫々計算し、T1,T2を表示させ
る。圧子２の試料４に対する反発係数Ｋは、T1とT2の比
で表される。また、衝突前後の球の速度は、２個のピッ
クアップコイル間の距離とT1,T2から求められる。
次に、本方法及び本装置を適用した試験例について説明
する。
する。
（試験条件） 圧子２として、直径2mmと3mmのベアリング用鋼球を用い
た。試験によって圧子２に変形が生じた場合は新しいも
のに交換した。また試料４としては、主に鋼と黄銅の硬
さ基準片を用いた。その他、アルミ合金、ステンレス鋼
の各種熱処理材やPb−Sn共晶合金なども用いた。
た。試験によって圧子２に変形が生じた場合は新しいも
のに交換した。また試料４としては、主に鋼と黄銅の硬
さ基準片を用いた。その他、アルミ合金、ステンレス鋼
の各種熱処理材やPb−Sn共晶合金なども用いた。
（試料寸法の影響） 第２図は、試料台３に固定した1350gfのブリネル硬さ基
準片の反発係数ＫとＤ型ショア硬さHSを基準として、試
料寸法を小さくしたときのそれらの硬さ値の変化を示し
ている。なお、試料台３の影響をみるため試料４と試料
台との間にスポンジを介在させた試験結果も同図に示し
た。試料４を試料台３に固定した場合は、衝撃硬さ試験
でのＫとHS（Ｄ）は両者とも実験の範囲内では質量の影
響をほとんど受けない。
準片の反発係数ＫとＤ型ショア硬さHSを基準として、試
料寸法を小さくしたときのそれらの硬さ値の変化を示し
ている。なお、試料台３の影響をみるため試料４と試料
台との間にスポンジを介在させた試験結果も同図に示し
た。試料４を試料台３に固定した場合は、衝撃硬さ試験
でのＫとHS（Ｄ）は両者とも実験の範囲内では質量の影
響をほとんど受けない。
一方、試料４を試料台３から浮かすためスポンジを介在
させた場合、衝撃硬さ試験では小さな質量まで影響はな
いが、ショア硬さ試験では値が小さくなり、その傾向は
質量が小さいほど顕著である。Ｄ型ショアの場合、圧子
２の質量が大きい（36.2gf）ので、理想的な硬さHS
（Ｄ）を得るには、試料４を試料台３（約4kgf）などに
しっかり固定して、試料４の見かけの質量を大きくする
必要があることを示す。一方衝撃硬さ試験での圧子２の
質量は鋼球（3mm球で0.137gf）だけなので軽く、試料質
量の影響は少ない。
させた場合、衝撃硬さ試験では小さな質量まで影響はな
いが、ショア硬さ試験では値が小さくなり、その傾向は
質量が小さいほど顕著である。Ｄ型ショアの場合、圧子
２の質量が大きい（36.2gf）ので、理想的な硬さHS
（Ｄ）を得るには、試料４を試料台３（約4kgf）などに
しっかり固定して、試料４の見かけの質量を大きくする
必要があることを示す。一方衝撃硬さ試験での圧子２の
質量は鋼球（3mm球で0.137gf）だけなので軽く、試料質
量の影響は少ない。
（圧子の径および速度の影響） 2mm径と3mm径の鋼球を用いた衝撃硬さ試験における反発
係数Ｋと、試験後の圧痕直径と鋼球直径の比d/Dの衝撃
速度V1による影響を第３図に示す。両鋼球とも速度V1が
速いほど反発係数Ｋは小さくなっている。d/Dは、逆にV
1の増加とともに大きくなっている。すなわち、速度V1
が大きいほど鋼球の衝撃エネルギーが大きくなり、その
結果試料４に大きな弾塑性変形を与えd/Dが大きくなる
ので、反発エネルギーはそれだけ小さくなる。
係数Ｋと、試験後の圧痕直径と鋼球直径の比d/Dの衝撃
速度V1による影響を第３図に示す。両鋼球とも速度V1が
速いほど反発係数Ｋは小さくなっている。d/Dは、逆にV
1の増加とともに大きくなっている。すなわち、速度V1
が大きいほど鋼球の衝撃エネルギーが大きくなり、その
結果試料４に大きな弾塑性変形を与えd/Dが大きくなる
ので、反発エネルギーはそれだけ小さくなる。
球径の影響を調べるため、両鋼球での係数Ｋを比較する
と、2mm径のほうがわずかに高いがその差はほとんどな
く、d/Dは両者で一致している。これらの結果から、衝
撃硬さ試験結果がプリネル硬さ試験と同様にd/Dで整理
できることが判明する。硬さの異なる材料４ではd/Dが
異なるので、球の速度V1よりd/Dで整理したほうが衝撃
硬さを統一的に表現できると考えられる。
と、2mm径のほうがわずかに高いがその差はほとんどな
く、d/Dは両者で一致している。これらの結果から、衝
撃硬さ試験結果がプリネル硬さ試験と同様にd/Dで整理
できることが判明する。硬さの異なる材料４ではd/Dが
異なるので、球の速度V1よりd/Dで整理したほうが衝撃
硬さを統一的に表現できると考えられる。
また3mm径のＫが2mm径のものよりもわずかに低いのは試
料４の質量効果とも考えられる。したがって、圧子２の
球径はより小さくすることが望ましい。
料４の質量効果とも考えられる。したがって、圧子２の
球径はより小さくすることが望ましい。
（衝撃硬さのHIの定義） 衝撃硬さは反発係数で定義することもできるが、材料の
衝撃特性を求めるのにより適した硬さの定義があれば、
それにこしたことはない。そこで反発係数Ｋと他の硬さ
試験結果を比較した。
衝撃特性を求めるのにより適した硬さの定義があれば、
それにこしたことはない。そこで反発係数Ｋと他の硬さ
試験結果を比較した。
第４図は、衝撃硬さ試験でのＫとＤ型ショアHS（Ｄ）と
の関係を示している。当然ながら一つの曲線上によく乗
っており、相関が強いことわかる。第５図はＥ型ショア
硬さ試験から得られたＫとの関係である。ほぼ直線関係
にあり、相関が強いことがわかる。これらのことは衝撃
硬さ試験結果が既存のショア硬さ試験結果と同じような
材料特性を含んでいることを示している。
の関係を示している。当然ながら一つの曲線上によく乗
っており、相関が強いことわかる。第５図はＥ型ショア
硬さ試験から得られたＫとの関係である。ほぼ直線関係
にあり、相関が強いことがわかる。これらのことは衝撃
硬さ試験結果が既存のショア硬さ試験結果と同じような
材料特性を含んでいることを示している。
次に、ビッカース硬さHVとの関係を調べた（第６図）。
第４図での関係ほどではないが、ビッカース硬さと比較
的よい相関があることわかる。その中で速度効果の大き
なPb−Sn合金はHVに比べてＫが高く、ステンレス鋼はＫ
が低くなっており、HVとは異なる性質が含まれているこ
とが予測される。またビッカース硬さは準静的な材料強
度を示すものであるが、衝撃的試験であってもＫには準
静的材料強度を多く含んでいると考えられる。したがっ
て衝撃硬さの定義として、ビッカース硬さと一次の関係
にあるようなものがよいと考えられる。両者が直線関係
になるような衝撃硬さHIを試行錯誤によって求めた結果
が第７図である。両者がよく直線上にのっていることが
わかる。そこで衝撃硬さHIの定義を以下にした。
第４図での関係ほどではないが、ビッカース硬さと比較
的よい相関があることわかる。その中で速度効果の大き
なPb−Sn合金はHVに比べてＫが高く、ステンレス鋼はＫ
が低くなっており、HVとは異なる性質が含まれているこ
とが予測される。またビッカース硬さは準静的な材料強
度を示すものであるが、衝撃的試験であってもＫには準
静的材料強度を多く含んでいると考えられる。したがっ
て衝撃硬さの定義として、ビッカース硬さと一次の関係
にあるようなものがよいと考えられる。両者が直線関係
になるような衝撃硬さHIを試行錯誤によって求めた結果
が第７図である。両者がよく直線上にのっていることが
わかる。そこで衝撃硬さHIの定義を以下にした。
HI＝Ｋ2.5 K:反発係数 このように定義した利点は、衝撃的変形と準静的変形で
材料特性が同じならば、HVと同じような硬さが衝撃硬さ
でも得られる。一方衝撃特性を示す材料は、第７図での
直線からずれるので、HVと比較することによって材料の
衝撃特性が求まることになる。すなわち第７図での直線
からのずれに材料の衝撃特性が含まれていると考えられ
る。
材料特性が同じならば、HVと同じような硬さが衝撃硬さ
でも得られる。一方衝撃特性を示す材料は、第７図での
直線からずれるので、HVと比較することによって材料の
衝撃特性が求まることになる。すなわち第７図での直線
からのずれに材料の衝撃特性が含まれていると考えられ
る。
（衝撃硬さに含まれる材料の機械的性質） 衝撃硬さHIはHVと同じ性質を多く含むので、両者の違い
を調べるため、第８図のような整理をした。ｎ値が大き
いほどHI/HVの比は小さくなっている。すなわち、HIに
はｎ値の影響が含まれていることを示す。
を調べるため、第８図のような整理をした。ｎ値が大き
いほどHI/HVの比は小さくなっている。すなわち、HIに
はｎ値の影響が含まれていることを示す。
HVは引張試験でのε＝0.08における変形抵抗に相当す
る。そこでHIについて各種ひずみεでの変形抵抗σεと
の関係を調べた結果が第９図である。なお、変形抵抗は
準静的な圧縮試験から得たものである。ひずみが小さい
ほど（ε＝0.03）、両者の関係の勾配が小さくなってお
り、HIが降伏に近いひずみにおける材料の変形抵抗に関
係するともいえる。しかし圧痕の大きさd/Dからする
と、HVとそれほど差がないと考えられる。したがってｎ
値によるHI/HVの減少傾向は圧子２下の材料流れの変化
に起因していると考えられる。すなわち、ｎ値が大きく
圧子２下に大きく変形が広がる材料流れを示す材料ほ
ど、HI/HVは小さくなる。この考え方によれば、HIは圧
子２下の弾性変形（その量はHV/Eで表現できる）の影響
を受けているはずである。そこでHI/HVをHV/Eで整理し
た（第10図）。HV/E之大きな領域では圧子２下の弾性変
形（すなわちHV/E）が大きいほどHI/HVが小さくなって
いる。しかしHV/Eの小さな領域では逆の傾向になってい
る。そこで、本試験に使用した試料のｎ値とHV/Eの関係
を調べた（第11図）。HV/Eの小さな材料はｎ値が大きい
傾向になっている。このことから第10図でのHV/Eの小さ
い領域での傾向はｎ値の影響が現れたものと考えられ
る。
る。そこでHIについて各種ひずみεでの変形抵抗σεと
の関係を調べた結果が第９図である。なお、変形抵抗は
準静的な圧縮試験から得たものである。ひずみが小さい
ほど（ε＝0.03）、両者の関係の勾配が小さくなってお
り、HIが降伏に近いひずみにおける材料の変形抵抗に関
係するともいえる。しかし圧痕の大きさd/Dからする
と、HVとそれほど差がないと考えられる。したがってｎ
値によるHI/HVの減少傾向は圧子２下の材料流れの変化
に起因していると考えられる。すなわち、ｎ値が大きく
圧子２下に大きく変形が広がる材料流れを示す材料ほ
ど、HI/HVは小さくなる。この考え方によれば、HIは圧
子２下の弾性変形（その量はHV/Eで表現できる）の影響
を受けているはずである。そこでHI/HVをHV/Eで整理し
た（第10図）。HV/E之大きな領域では圧子２下の弾性変
形（すなわちHV/E）が大きいほどHI/HVが小さくなって
いる。しかしHV/Eの小さな領域では逆の傾向になってい
る。そこで、本試験に使用した試料のｎ値とHV/Eの関係
を調べた（第11図）。HV/Eの小さな材料はｎ値が大きい
傾向になっている。このことから第10図でのHV/Eの小さ
い領域での傾向はｎ値の影響が現れたものと考えられ
る。
以上のことから圧子２下の変形領域を大きくするような
材料の性質がHIを小さくするように作用することがわか
る。
材料の性質がHIを小さくするように作用することがわか
る。
以上説明したように、方法の発明によれば、圧子は磁場
を通過中に磁化されてこの磁化された状態で２つのピッ
クアップコイルを通過するから、圧子が高速移動中に回
転してもピックアップコイルる通過中は磁化方向が変化
することがない。したがって圧子の磁化方向が両ピック
アップコイルのいずれにも所定の角度をもつことになる
から、これらを通過するときにピックアップコイルの誘
導起電力の極性反転を一定方向に限定することができ、
両ピックアップコイルを圧子が通過する各タイミングを
確実に検出することができて、往復各通過時間に基づき
衝突直前及び衝突直後の圧子速度を精度よく算出するこ
とができる。よってこの方法の発明にあっては、衝撃硬
さ試験を高精度に行うことができる。
を通過中に磁化されてこの磁化された状態で２つのピッ
クアップコイルを通過するから、圧子が高速移動中に回
転してもピックアップコイルる通過中は磁化方向が変化
することがない。したがって圧子の磁化方向が両ピック
アップコイルのいずれにも所定の角度をもつことになる
から、これらを通過するときにピックアップコイルの誘
導起電力の極性反転を一定方向に限定することができ、
両ピックアップコイルを圧子が通過する各タイミングを
確実に検出することができて、往復各通過時間に基づき
衝突直前及び衝突直後の圧子速度を精度よく算出するこ
とができる。よってこの方法の発明にあっては、衝撃硬
さ試験を高精度に行うことができる。
また、この方法に用いる圧子は直径が２〜3mmの球状を
していて、衝突直後の圧子の通過速度を正確に検出でき
る範囲において微小なものであるため、試料に与える衝
突エネルギが小さいから、試料の質量が小さくても試料
の振動を抑制することができるので、試料の振動による
圧子の反発エネルギの減少を抑えることができる。した
がって圧子は試料の衝撃硬さに比例した反発エネルギに
より反発されることから、試料の衝撃硬さを正確に試験
することができる。
していて、衝突直後の圧子の通過速度を正確に検出でき
る範囲において微小なものであるため、試料に与える衝
突エネルギが小さいから、試料の質量が小さくても試料
の振動を抑制することができるので、試料の振動による
圧子の反発エネルギの減少を抑えることができる。した
がって圧子は試料の衝撃硬さに比例した反発エネルギに
より反発されることから、試料の衝撃硬さを正確に試験
することができる。
さらに装置の発明にあっては、前記方法の発明の効果に
加えて、圧子を微小としたために試料や圧子の発射装置
を小さくすることができ、その結果衝撃硬さ試験装置の
規模を小型化することができる効果もある。
加えて、圧子を微小としたために試料や圧子の発射装置
を小さくすることができ、その結果衝撃硬さ試験装置の
規模を小型化することができる効果もある。
第１図は、この発明を適用した衝撃硬さ試験装置の一実
施例を示す説明図、第２図は、K/K0,HS（Ｄ）/HS（Ｄ）
０と試料質量Ｗとの関係を示すグラフ、第３図は、衝撃
速度V1と反発係数Ｋと圧痕直径d/球の直径Ｄの関係を示
すグラフ、第４図は、Ｄ型ショア硬さHS（Ｄ）と反発係
数Ｋとの関係を示すグラフ、第５図は、衝撃硬さ試験で
の反発係数ＫとＥ型ショア硬さ試験での反発係数Ｋとの
関係を示すグラフ、第６図は、ビッカース硬さHVと反発
係数Ｋとの関係を示すグラフ、第７図は、ビッカース硬
さHVと衝撃硬さHIとの関係を示すグラフ、第８図は、ｎ
値とHI/HVの関係を示すグラフ、第９図は、ｎ値とHI/σ
εの関係を示すグラフ、第10図は、HV/EとHI/HVの関係
を示すグラフ、第11図は、ｎ値とHV/Eの関係を示すグラ
フ、第12図は磁場を通過中の圧子の状態を示す説明図、
第13図はピックアップコイルと圧子との角度を示す説明
図、第14図はピックアップコイルと圧子との相対位置を
示す説明図、第15図は第14図における圧子の各位置にお
ける誘導起電力の変化を示す説明図である。 １……計測筒、２……圧子、３……試料台、４……試
料、５……ピックアップコイル、６……磁場発生用コイ
ル、７……電源
施例を示す説明図、第２図は、K/K0,HS（Ｄ）/HS（Ｄ）
０と試料質量Ｗとの関係を示すグラフ、第３図は、衝撃
速度V1と反発係数Ｋと圧痕直径d/球の直径Ｄの関係を示
すグラフ、第４図は、Ｄ型ショア硬さHS（Ｄ）と反発係
数Ｋとの関係を示すグラフ、第５図は、衝撃硬さ試験で
の反発係数ＫとＥ型ショア硬さ試験での反発係数Ｋとの
関係を示すグラフ、第６図は、ビッカース硬さHVと反発
係数Ｋとの関係を示すグラフ、第７図は、ビッカース硬
さHVと衝撃硬さHIとの関係を示すグラフ、第８図は、ｎ
値とHI/HVの関係を示すグラフ、第９図は、ｎ値とHI/σ
εの関係を示すグラフ、第10図は、HV/EとHI/HVの関係
を示すグラフ、第11図は、ｎ値とHV/Eの関係を示すグラ
フ、第12図は磁場を通過中の圧子の状態を示す説明図、
第13図はピックアップコイルと圧子との角度を示す説明
図、第14図はピックアップコイルと圧子との相対位置を
示す説明図、第15図は第14図における圧子の各位置にお
ける誘導起電力の変化を示す説明図である。 １……計測筒、２……圧子、３……試料台、４……試
料、５……ピックアップコイル、６……磁場発生用コイ
ル、７……電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧 清二郎 愛知県岡崎市羽根町字若宮15―７ (72)発明者 笹本 浩司 和歌山県和歌山市畳屋町19 (56)参考文献 特開 昭49−111680（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−92673（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−146257（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】試料に向けて直径２〜3mmの球状の圧子を
高速で発射し秒速14〜36mで衝突させて反発させること
により、衝突の前後における圧子の速度を測定して衝撃
硬さを求める方法において、圧子の進路に所定距離にわ
たって磁場を形成して、移動する圧子をこの磁場を通過
中に継続して磁化するとともに、前記磁場が形成された
進路に沿って所定間隔をおいて２つのピックアップコイ
ルを配置して、前記圧子の通過により両ピックアップコ
イルに発生する起電力により、両ピックアップ間の圧子
の通過時間を測定することによって、衝突直前及び反発
直後の圧子の速度を算出して、両速度値に基づいて衝撃
硬さを求めることを特徴とする衝撃硬さ試験方法。 - 【請求項２】磁場中で磁化される物質で形成された直径
２〜3mmの球状の圧子を試料に向けて試料への衝撃速度
が秒速14〜36mになる速さで発射する発射装置と、該試
料に近い位置で圧子の進路に沿う所定距離にわたって磁
場を発生させる磁場発生部材と、前記磁場中の前記進路
側方に位置し且つ前記進路に沿って所定間隔をおいて設
けられて前記圧子の通過に伴い起電力を生じる２つのピ
ックアップコイルと、前記起電力が入力されて、圧子の
衝突直前及び反発直後の速度を算出する処理回路とを備
えたことを特徴とする衝撃硬さ試験装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60265416A JPH0731106B2 (ja) | 1985-11-26 | 1985-11-26 | 衝撃硬さ試験方法及びそれに用いる衝撃硬さ試験装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60265416A JPH0731106B2 (ja) | 1985-11-26 | 1985-11-26 | 衝撃硬さ試験方法及びそれに用いる衝撃硬さ試験装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62124436A JPS62124436A (ja) | 1987-06-05 |
| JPH0731106B2 true JPH0731106B2 (ja) | 1995-04-10 |
Family
ID=17416856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60265416A Expired - Lifetime JPH0731106B2 (ja) | 1985-11-26 | 1985-11-26 | 衝撃硬さ試験方法及びそれに用いる衝撃硬さ試験装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0731106B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10161839B2 (en) * | 2015-11-05 | 2018-12-25 | Yamamoto Scientific Tool Laboratory Co., Ltd. | Apparatus for measuring coefficient of restitution and hardness tester |
| JP6624564B2 (ja) * | 2015-11-05 | 2019-12-25 | 株式会社山本科学工具研究社 | 反発係数測定機および硬さ測定機 |
| CN106950124B (zh) * | 2017-03-17 | 2019-04-19 | 安徽商贸职业技术学院 | 一种评估碰撞过程中最大冲力的方法 |
| CN117268969B (zh) * | 2023-11-03 | 2024-05-14 | 溧阳市金昆锻压有限公司 | 带有稳固夹持功能的合金硬度多点检测装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2452880C2 (de) * | 1974-11-07 | 1986-01-02 | Proceq S.A., Zürich | Verfahren und Vorrichtung zur Härteprüfung von Werkstücken |
-
1985
- 1985-11-26 JP JP60265416A patent/JPH0731106B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62124436A (ja) | 1987-06-05 |
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