JPWO2013145111A1 - 硬さ試験機及び硬さ試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面層を除去しなくても、精度良く硬さを測定することができる硬さ試験機及び硬さ試験方法を提供する。【解決手段】 圧子１１により試料表面に基準値から任意に変えた初試験力を加え、次に、初試験力に追加試験力を足した本試験力を加え、再び初試験力に戻し、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差から、ロックウェル硬さ演算式に基づき試料の試験硬さを求める。求めた試験硬さについては、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正する。【選択図】図１

Description

本発明は、試料表面に圧子を押し込んで評価する硬さ試験機及び硬さ試験方法に関する。

材料の硬さを表す尺度の一つとして、ロックウェル硬さが広く用いられている。ロックウェル硬さは、試料に初試験力を加え、次に、初試験力に追加試験力を足した本試験力を加え、再び初試験力に戻したとき、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差から算出される値である。日本工業規格では、初試験力は１０ｋｇｆ、本試験力は６０ｋｇｆ、１００ｋｇｆ、１５０ｋｇｆの３種類が規定されている。このロックウェル硬さ試験では、従来より、試験精度を向上させるための様々な提案がされている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１０５１８２号公報

しかしながら、ロックウェル硬さは、試料表面から圧子を押し込むことにより評価するので、例えば、ホットプレスされた特殊鋼のように、試料表面に酸化膜等の測定対象以外の厚い層がある場合には、正しい評価をすることができない。そこで、従来は、試料表面を削って酸化膜等を除去し、測定対象を表面に露出させた後に試験を行っていた。そのため、前処理に手間がかかり面倒であるという問題があった。

本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、表面層を除去しなくても、精度良く硬さを測定することができる硬さ試験機及び硬さ試験方法を提供することを目的とする。

本発明の硬さ試験機は、圧子により試料表面に初試験力を加え、次に、初試験力に追加試験力を足した本試験力を加え、再び初試験力に戻すことにより、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差から試料の硬さを評価するものであって、圧子に力を加えることにより試料表面に圧子を押し込む押圧手段と、圧子により試料表面に加える初試験力を基準値から任意に変えて設定可能とする初試験力設定手段と、押圧手段により圧子が試料表面に押し込まれた進入深さを検出する深さ検出手段と、この深さ検出手段により検出した前後２回の初試験力における圧子の進入深さの差からロックウェル硬さ演算式に基づき試料の試験硬さを求める硬さ演算手段と、この硬さ演算手段により求めた試験硬さについて、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正する補正手段とを備えたものである。

本発明の硬さ試験方法は、圧子により試料表面に初試験力を加え、次に、初試験力に追加試験力を足した本試験力を加え、再び初試験力に戻すことにより、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差から試料の硬さを評価するものであって、圧子により試料表面に加える初試験力を基準値から任意に変えて設定し、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差から、ロックウェル硬さ演算式に基づき試料の試験硬さを求め、求めた試験硬さについて、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正するものである。

本発明の硬さ試験機及び硬さ試験方法によれば、圧子により試料表面に加える初試験力を基準値から任意に変えて設定できるようにしたので、初試験力を大きくすることにより、試料表面に酸化膜等の測定対象以外の層があっても、初試験力を加えた時に、圧子を測定対象外の層の下まで押し込むことができる。よって、試料表面を削るなどの処理をする必要がなく、簡単に硬さを測定することができる。また、求めた試験硬さについて、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正するようにしたので、試料の硬さを精度良く求めることができる。

更に、予め、硬さが分かっている複数の基準片について、初試験力を基準値から任意に変えて加え、次に、初試験力に追加試験力を足した本試験力を加え、再び初試験力に戻し、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差からロックウェル硬さ演算式により基準片試験硬さを求めておき、初試験力毎に得られた基準片試験硬さと分かっている基準片の硬さとの関係に基づき、試料の試験硬さを補正するようにすれば、精度良く補正することができる。

本発明の一実施の形態に係る硬さ試験機の構成を表す部分断面図である。 基準片試験硬さと基準片の硬さとの関係を表す図である。 本実施例の補正値の結果を表す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係る硬さ試験機１０の構成を表すものである。この硬さ試験機１０は、圧子１１により試料表面に初試験力を加え、次に、初試験力に追加試験力を足した本試験力を加え、再び初試験力に戻すことにより、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差から試料の硬さを評価するものである。すなわち、いわゆるロックウェル硬さ試験機である。

この硬さ試験機１０は、例えば、測定対象物である試料Ｍを載置する試料台１２を備え、その上方に、試料表面を押圧する圧子１１が配設されている。圧子１１は、例えば、押圧手段１３により力が加えられ、試料表面に押し込まれるように構成されている。押圧手段１３は、例えば、圧子１１の上方に伸長して設けられた荷重軸１３Ａと、荷重軸１３Ａを支持する筐体１３Ｂと、筐体１３Ｂを上下方向に移動させるモータ１３Ｃとを有している。

荷重軸１３Ａの中には、例えば、押圧手段１３により圧子１１が試料表面に押し込まれた進入深さを検出する深さ検出手段１４が配設されている。深さ検出手段１４は、例えば、デジタルゲージにより構成されており、圧子１１と同軸上に配設されている。圧子１１の周りには、例えば、中空状の接触子１５が筐体１３Ｂに対して上下方向に移動可能に配設されている。接触子１５は、試料Ｍを押えると共に、試料表面の位置を検出するためのものである。接触子１５には、例えば、深さ検出手段１４の先端が当接された検出体１６が配設されている。

また、硬さ試験機１０は、例えば、硬さ試験機１０を制御し、演算を行う制御・演算部１７を備えている。制御・演算部１７は、例えば、圧子１１により試料表面に加える初試験力を基準値から任意に変えて設定可能とする初試験力設定手段１７Ａと、深さ検出手段１４により検出した前後２回の初試験力における圧子１１の進入深さの差からロックウェル硬さ演算式に基づき試料Ｍの試験硬さを求める硬さ演算手段１７Ｂを有している。

初試験力の基準値は、１０ｋｇｆである。初試験力設定手段１７Ａは、初試験力を基準値の１０ｋｇｆと異なる値に設定するためのものである。これにより、押圧手段１３による圧子１１の押圧量が制御される。硬さ演算手段１７Ｂにおいて演算されるロックウェル硬さ演算式は、例えば、ＨＲ＝ａ−ｂ×ｈである。ＨＲはロックウェル硬さ、ａ及びｂは、スケールごとに決められた値、ｈは前後２回の初試験力における圧子１１の進入深さの差である。ａは例えば１００又は１３０であり、ｂは例えば５００である。

制御・演算部１７は、また、硬さ演算手段１７Ｂにより求めた試験硬さについて、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正する補正手段１７Ｃを有している。補正手段１７Ｃは、例えば、予め、硬さが分かっている複数の基準片について、初試験力を基準値から任意に変えて加え、次に、初試験力に追加試験力を足した本試験力を加え、再び初試験力に戻し、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差からロックウェル硬さ演算式により基準片試験硬さを求めておき、初試験力毎に得られた基準片試験硬さと分かっている基準片の硬さとの関係に基づき、試料の試験硬さを補正するように構成されることが好ましい。

例えば、初試験力を１５ｋｇｆ、２０ｋｇｆ、２５ｋｇｆ、３０ｋｇｆ、３５ｋｇｆ、４０ｋｇｆと変化させ、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差から基準片試験硬さを求め、初試験力毎に得られた基準片試験硬さと分かっている基準片の硬さとの関係式を求めておき、この関係式に基づき試験硬さを補正するようにすることが好ましい。

本実施の形態に係る硬さ試験方法は、例えば、この硬さ試験機１０を用い、次のようにして硬さを測定する。まず、例えば、初試験力設定手段１７Ａにより初試験力を基準値から任意に変えて設定する。次いで、例えば、試料Ｍを試料台１２の上に載置し、モータ１３Ｃを駆動させて筐体１３Ｂを下に移動させ、接触子１５を試料表面に接触させる。続いて、モータ１３Ｃを駆動させて筐体１３Ｂを下に移動させ、荷重軸１３Ａにより圧子１１を押圧して、圧子１１により試料表面に初試験力を加える。この時、深さ検出手段１４により、圧子１１が試料表面に押し込まれた進入深さを検出する。

次いで、モータ１３Ｃを駆動させて筐体１３Ｂを下に移動させ、荷重軸１３Ａにより圧子１１を押圧して、圧子１１により試料表面に、初試験力に追加試験力を足した本試験力を加え、そののち、モータ１３Ｃを駆動させて筐体１３Ｂを上に移動させ、圧子１１により試料表面に加える力を再び初試験力に戻す。この時、深さ検出手段１４により、圧子１１が試料表面に押し込まれた進入深さを検出する。なお、本試験力はスケールにより決定され、任意に設定することができる。

続いて、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差からロックウェル硬さ演算式に基づき試料Ｍの試験硬さを求め、求めた試験硬さについて、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正する。補正は、例えば、予め、硬さが分かっている複数の基準片について、初試験力を基準値から変えて、試料Ｍの試験硬さと同様にして基準片試験硬さを求めておき、初試験力毎に得られた基準片試験硬さと、分かっている基準片の硬さとの関係に基づいて行う。これにより、試料Ｍの硬さが求められる。

このように本実施の形態によれば、圧子１１により試料表面に加える初試験力を基準値から任意に変えて設定できるようにしたので、初試験力を大きくすることにより、試料表面に酸化膜等の測定対象以外の層があっても、初試験力を加えた時に、圧子１１を測定対象外の層の下まで押し込むことができる。よって、試料表面を削るなどの処理をする必要がなく、簡単に硬さを測定することができる。また、求めた試験硬さについて、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正するようにしたので、試料Ｍの硬さを精度良く求めることができる。

更に、予め、硬さが分かっている複数の基準片について、初試験力を基準値から変えて、試料Ｍと同様にして基準片試験硬さを求めておき、初試験力毎に得られた基準片試験硬さと分かっている基準片の硬さとの関係に基づき、試料Ｍの試験硬さを補正するようにすれば、精度良く補正することができる。

上述した硬さ試験機１０を用い、硬さが分かっている複数の基準片について、初試験力を変えて、基準片試験硬さを求めた。具体的には、基準片に初試験力を加え、次に、初試験力に追加試験力を足した本試験力を加え、再び初試験力に戻し、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差からロックウェル硬さ演算式により基準片試験硬さを求めた。

基準片は、ロックウェル硬さＨＲＣ２０、ＨＲＣ２５、ＨＲＣ３０、ＨＲＣ３５、ＨＲＣ４０、ＨＲＣ４５、ＨＲＣ５０、ＨＲＣ５５、ＨＲＣ６０、ＨＲＣ６５の１０種類について行った。初試験力は、基準値の１０ｋｇｆから５ｋｇｆずつ増やし、１５ｋｇｆ、２０ｋｇｆ、２５ｋｇｆ、３０ｋｇｆ、３５ｋｇｆ、４０ｋｇｆと変え、それぞれについて基準片硬さを求めた。本試験力は１５０ｋｇｆとし、ロックウェル硬さ演算式はＨＲＣ＝１００−５００ｈとした。なお、ＨＲＣはロックウェルＣスケール硬さであり、ｈは前後２回の初試験力における圧子進入深さの差である。基準片試験硬さは、１つの基準片について５箇所の測定を行い、その平均を求めた。得られた基準片試験硬さを表１に示す。

次いで、初試験力毎に、得られた基準片試験硬さと分かっている基準片の硬さとグラフに表した。得られた結果を図２に示す。図２に示したように、初試験力を大きくすると、塑性変形量が減少し、硬さ値が高くなる傾向が見られた。

続いて、試料Ｍとして、ホットプレスされた特殊鋼を用意し、上述した硬さ試験機１０により、初試験力を変えて、試験硬さを求めた。具体的には、試料Ｍに初試験力を加え、次に、初試験力に追加試験力を足した本試験力を加え、再び初試験力に戻し、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差からロックウェル硬さ演算式により試験硬さを求めた。

初試験力は、１５ｋｇｆ、２０ｋｇｆ、２５ｋｇｆ、３０ｋｇｆ、３５ｋｇｆ、４０ｋｇｆと変え、それぞれについて試験硬さを求めた。本試験力は１５０ｋｇｆとし、ロックウェル硬さ演算式はＨＲＣ＝１００−５００ｈとした。ＨＲＣ、ｈは上述した通りである。試験硬さは、１つの試料Ｍについて５箇所の測定を行い、その平均を求めた。

次いで、得られた試験硬さについて、基準片を用いて求めた基準片試験硬さと分かっている基準片の硬さとの関係から、補正を行った。得られた結果を表２及び図３に示す。

また、本実施例に対する比較例として、試料Ｍの表面を研磨して酸化層を除去したものと、研磨せず酸化層をそのままつけた状態のものについて、初試験力を基準値の１０ｋｇｆとし、他は本実施例と同様にして試験硬さを求めた。補正は行っていない。その結果、表面を研磨した場合の試験硬さは４４．９０であり、表面を研磨しなかった場合の試験硬さは３８．０であった。

これに対して、本実施例によれば、補正により求めた硬さ値が４４．１４から４５．３４の範囲内であり、表面を研磨した場合と同等の結果が得られた。すなわち、本実施例によれば、簡単に精度良く硬さを測定できることが分かった。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、硬さ試験機の構成について具体的に説明したが、他の構成を有していてもよい。

硬さ試験に用いることができる。

１０…硬さ試験機、１１…圧子、１２…試料台、１３…押圧手段、１３Ａ…荷重軸、１３Ｂ…筐体、１３Ｃ…モータ、１４…深さ検出手段、１５…接触子、１６…検出体、１７…制御・演算部、１７Ａ…初試験力設定手段、１７Ｂ…演算手段、１７Ｃ…補正手段

Claims (4)

1. 圧子により試料表面に初試験力を加え、次に、初試験力に追加試験力を足した本試験力を加え、再び初試験力に戻すことにより、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差から試料の硬さを評価する硬さ試験機であって、
   前記圧子に力を加えることにより試料表面に前記圧子を押し込む押圧手段と、
   前記圧子により試料表面に加える初試験力を基準値から任意に変えて設定可能とする初試験力設定手段と、
   前記押圧手段により前記圧子が試料表面に押し込まれた進入深さを検出する深さ検出手段と、
   この深さ検出手段により検出した前後２回の初試験力における前記圧子の進入深さの差からロックウェル硬さ演算式に基づき試料の試験硬さを求める硬さ演算手段と、
   この硬さ演算手段により求めた試験硬さについて、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正する補正手段と
   を備えたことを特徴とする硬さ試験機。
2. 前記補正手段は、予め、硬さが分かっている複数の基準片について、初試験力を基準値から任意に変えて加え、次に、初試験力に追加試験力を足した本試験力を加え、再び初試験力に戻し、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差からロックウェル硬さ演算式により基準片試験硬さを求めておき、初試験力毎に得られた基準片試験硬さと分かっている基準片の硬さとの関係に基づき、試料の試験硬さを補正する
   ことを特徴とする請求項１記載の硬さ試験機。
3. 圧子により試料表面に初試験力を加え、次に、初試験力に追加試験力を足した本試験力を加え、再び初試験力に戻すことにより、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差から試料の硬さを評価する硬さ試験方法であって、
   圧子により試料表面に加える初試験力を基準値から任意に変えて設定し、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差から、ロックウェル硬さ演算式に基づき試料の試験硬さを求め、求めた試験硬さについて、初試験力を基準値から変えたことによる硬さのずれを補正することを特徴とする硬さ試験方法。
4. 前記補正は、予め、硬さが分かっている複数の基準片について、初試験力を基準値から任意に変えて加え、次に、初試験力に追加試験力を足した本試験力を加え、再び初試験力に戻し、前後２回の初試験力における圧子進入深さの差からロックウェル硬さ演算式により基準片試験硬さを求めておき、初試験力毎に得られた基準片試験硬さと分かっている基準片の硬さとの関係に基づき行うことを特徴とする請求項３記載の硬さ試験方法。

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