JPS62124436A - 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、各種火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。

〔従来の技術〕

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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

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。

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
。

この発明は、か＼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否を受けることなく、適
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
。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、試料に近い位置に、磁場発生部材を設ける
と共に、該磁場発生部材から発生する磁場中にピックア
ップコイルを配置させ、次に、磁場中で磁化される物質
で形成された微小な圧子を衝突直前及び反発直後に該ピ
ックアンプコイルを通過するように試料に向けて発射し
、ピックアップコイルに発生する起電力により衝突直前
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構成と、磁場中で
磁化される物質で形成された微小な圧子を試料に向けて
発射する発射装置と、該試料に近い位置で圧子の進路に
磁場を発生させる磁場発生部材と、前記磁場中の前記進
路側方に位置して、該圧子の通過に伴い起電力を生じる
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構成を有している。

〔作用〕

微小な圧子は、発射装置などにより、試料に向けて発射
され、コイルなどの磁場発生部材で磁化されて試料に衝
突して反発する。磁場中に配置されたピンクアンプコイ
ルは、圧子の衝突直前及び反発直後の通過により起電力
を発生し、この起電力を、例えば処理回路で処理して、
衝突直前及び反発直後の圧子速度を算出し、両速度値に
基づいて衝撃硬さを求めることを可能とする。

〔実施例〕

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。

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。

図中、■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ｉｌｌ過し、試料台３に固定
した試料４に衝突して反発し、再度核部１内を通過する
。この計測筒１の、試料４例の端部付近には、核部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例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
４１１１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、磁場中で磁化する性質のある鋼球が用
いられている。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図中すの状態となり１．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１０ＭＩＩｚ
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ｌ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、Ｔ、、Ｔ
２を表示させる。圧子２の試料４に対する反発係数には
、Ｔ１とＴ２の比で表される。また、衝突前後の１７Ｆ
の速度は、２個のピックアップコイル間の距離とＴ、、
Ｔ２から求められる。

上記実施例においては、速度検出装置としてピンクアン
プコイル５．磁場発生用コイル及び磁場中で磁化する圧
子２を用いているが他の各種速度検出手段を適用するこ
とは勿論可能である。

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。

（試験条件） 圧子２として、直径２龍と３龍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−５ｎ共品合金なども用いた。

（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にとＤ型ショア硬さｌ−Ｉ　Ｓ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Ｈ３（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の質量が大きいく３６、２　ｇ　ｒ　）ので、理想的
な硬さ）！５（Ｄ）を得るには、試料４を試料台３　（
約４　ｋｇ　ｒ　）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（３龍球で０．１
３７　ｇ　ｆ　）だけなので軽（、試料質量の影響は少
ない。

（圧子の径および速度の影響） ’ｌ　ｍｓ径と３鶴径の鋼球を用いた衝撃硬さ試験にお
ける反発係数にと、試験後の圧痕直径と鋼球直径の比ｄ
／Ｄの衝撃速度■１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には小さくなっている
。ｄ／Ｄは、逆にＶｌ　の増加とともに大きくなってい
る。すなわち、速度Ｖ。

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、２關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’１ｆｆＪ明する
。硬さの異なる試料４ではｄ／Ｄが異なるので、球の速
度■１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３龍径のＫが２１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。

（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。そこで反発係数にと法の硬さ
試験結果を比較した。

第４図は、衝ｉ尺硬さ試験でのＫとＤ型ショア■（Ｓ　
（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。はぼ
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図での関係はどではないが、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−３龍合金はＨＶに比べ
てＫが高（、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（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、ピン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
Ｈｌ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。そごで衝撃
硬さＨＩの定義を以下にした。

ＨＩ＝Ｋ”・Ｓ　　　　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。

（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Ｈ
１／ＨＶの比は小さくなっている。すなわち、Ｈｌには
ｎ値の影古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Ｈｌ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、Ｈｌ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Ｈ１／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
流れを示す材料はど、Ｈ１／ＨＶは小さくなる。この考
え方によれば、Ｈｌは圧子２下の弾性変形（その量はＨ
Ｖ　／　Ｅで表現できる）の影害を受けているはずであ
る。そこでＨ１／ＨＶをＨＶ／Ｅで整理した（第１０図
）。

ＨＶ　／　Ｅ２大きな領域では圧子２下の弾性変形（す
なわらＨＶ　／　Ｆ、　）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。

以上のことがら圧子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。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、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にあっては
、圧子が微小であるため、小さな試料であっても試料全
体に振動が発生せず、適確な衝撃硬さを求めることがで
きる効果がある。

また、静的材料強度との関係を鮮明にするとともに、材
料の衝！Ｈ特性を求めることも可能にする効果がある。

【図面の簡単な説明】

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／に、。 Ｉｓ　（Ｄ）／Ｈ３（Ｄ）。と試料質量Ｗとの関係を示
すグラフ、第３図は、衝撃速度Ｖ、と反発係数にと圧痕
直径ｄ／Ｌｌｊの直径りの関係を示すグラフ、第４図は
、Ｄ型ショア硬さＨ３（Ｄ）と反発係数にとの関係を示
すグラフ、第５図は、衝撃硬さ試験での反発係数にとＥ
型ショア硬さ試験での反発係数にとの関係を示すグラフ
、第６図は、ビッカース硬さＹｌ■と反発係ｌａＫ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Ｈ
１／ＨＶの関係を示すグラフ、第９図は、ｎ値と１１１
／σεの関係を示すグラフ、第１０図は、ＨＶ／ＥとＨ
１／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である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料に近い位置に、磁場発生部材を設けると共に
   、該磁場発生部材から発生する磁場中にピックアップコ
   イルを配置させ、次に、磁場中で磁化される物質で形成
   された微小な圧子を衝突直前及び反発直後に該ピックア
   ップコイルを通過するように試料に向けて発射し、ピッ
   クアップコイルに発生する起電力により衝突直前及び反
   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衝撃硬さ試験方法。
2. （２）磁場中で磁化される物質で形成された微小な圧子
   を試料に向けて発射する発射装置と、該試料に近い位置
   で圧子の進路に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て該圧子の通過に伴い起
   電力を生じるピックアップコイルと、前記起電力が入力
   された、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
   。