材料硬度とは何ですか?異なるエンジニアリング材料を比較する方法
製品開発プロセスにはいくつかの小さなプロセスが含まれますが、その中で最も重要なのは材料の選択です。
すべての材料には、異なる機械的特性と機能があります。また、適切な材料を選択するには、パーツが受ける荷重条件のタイプを決定する必要があります。たとえば、他のコンポーネントと接触する、または衝撃荷重を受ける部品 (またはアセンブリ) を設計しようとしている場合は、十分な材料硬度を持つ材料を選択する必要があります。
しかし、材料の硬度とは正確にはどのようなもので、どのように測定するのでしょうか?この記事では、これらの質問などに回答します。
素材の硬度とは?
素材の硬度 集中的に加えられた荷重による局部的な塑性変形に耐える材料の能力です。
このように見てください。材料の硬度が高いと言うとき、それは単純に、材料が引っかき傷、へこみ、摩耗などの外力の存在下でその形状を維持できることを意味します.したがって、チタンやダイヤモンドなどの素材は、プラスチックよりも硬度が高くなります。
ダイヤモンドとプラスチックを比較した場合、どちらの素材の方が硬度が高いかは直感的にわかると思います。しかし、密接に関連する金属 (または合金) から選択したい場合、それらの硬度テストを実行しない限り、正しい推測をすることはほとんど常に不可能です.
材料の硬度をテストするには、いくつかの方法があります。ただし、これらの方法について説明する前に、まず材料の硬度の種類を理解することが不可欠です。
素材の硬度の種類
素材の硬度には次の 3 種類があります。
<オール>押し込みの硬さ 材料に連続的な負荷がかかった場合の永久変形に対する抵抗力を表します。対照的に、スクラッチ硬度 他の金属との接触による表面の引っかき傷に抵抗する材料の能力を表します。最後に、リバウンド硬度 材料の弾力性に関連しています。衝撃エネルギーを吸収する材料の能力を表します。
パーツが経験する荷重 (または環境) 条件の種類がわかったら、次の硬度試験方法のいずれかを検討して、材料オプションを比較できます。必要な機器があれば、これらのテストを完了することができます。または、サプライヤからの情報や、さまざまな材料の特性をリストした Matweb などのオンライン リソースに頼ることもできます。
材料の硬度をテストする方法:4 つのテスト方法
方法 #1 ブリネル テスト
ウィキメディア・コモンズのブリネル硬さ試験機。
ブリネル試験では、材料の押し込み硬度を測定します .この試験方法では、圧子 (通常は硬化鋼球) を使用して、試験片に印象を作成します。この試験方法では、圧子を所定の位置に保持してから、ボール (および材料の表面) に所定の力を指定された時間加えます。
次に、材料に形成された圧痕の大きさに応じて材料にブリネル硬さ番号を割り当てます。顕微鏡を使用してくぼみを測定し、以下を使用してブリネル硬度数を計算できます。
場所:
HB =ブリネル硬度 (kg/mm2)
P =力 (ニュートンで測定)
D =圧子の直径 (ミリメートル単位で測定)
d =くぼみの直径 (ミリメートル単位で測定)
ただし、圧子に適用する定義済みの力は、テストする材料によって異なることに注意してください。たとえば、品質管理の専門家は通常、鉄や鋼などの超硬合金に 3000 kg (または 30,000 N) の標準荷重を使用します。対照的に、銅や真鍮のような柔らかい素材には 500kg (または 5000 N) の負荷をかける必要があります。
方法 #2 ロックウェル硬さ試験
ロックウェル硬さ試験を実施するオペレーター
ブリネル硬さ試験と同様に、ロックウェル硬さ試験も押し込み硬さに使用されます 通常、圧子 (通常はスチール ボールまたは球状のダイヤモンド チップ コーン) を使用します。
ただし、ブリネル硬さ試験では、主要な試験荷重を加える前に小さな荷重 (通常は 10 kg または 100 N) を加えることで、圧子を所定の位置に保持します。次に、大きな負荷を取り除いた後、小さな負荷をかけたままの押し込み深さを測定します。
硬度番号は、さまざまなロックウェル硬度スケール (A、B、C など) を使用して読み取ることができます。理想的なスケールは、使用する圧子の種類と材料に適用される試験荷重によって異なります。たとえば、鋼合金の硬度を測定するとします。最大荷重が 140 kg のダイヤモンド コーン圧子を使用する必要があります。このようなシナリオでは、「C」スケールで硬度番号を読み取ります。
銅合金のようなより柔らかい金属の場合、品質管理の専門家はダイヤモンド鋼球 (最大荷重 100 kg まで) を使用し、「B」スケールで硬度値を読み取ります。
方法 #3 モース硬度試験
モース硬度試験は、耐スクラッチ性の測定に最適です 材料の。この試験方法では、事前に定義された硬度の参照材料を使用して、試験する材料の表面を引っ掻きます。硬度値は、任意の硬度値が割り当てられた 10 個の鉱物で構成されるモース スケールを使用して表されます。
Alan's Factory Outlet で完全なモース硬度チャートを参照してください
Alan's Factory Outlet にはモース硬度チャート (上のスクリーンショット) があり、さまざまな金属の耐傷性の例を確認できます。
方法 #4 ショア スクレロスコープ硬さ試験
ショア スクレロスコープは、材料の反発硬度を測定するために使用される装置です .このデバイスは、スタンドに取り付けられた目盛り付きのガラス管を備えています。材料の反発硬度を決定するには、先端がダイヤモンドの付いたハンマーをガラス管から材料に落とします。
三脚に取り付けられた Shore Scleroscope の概略図。ウィキメディア・コモンズより。
硬さの値は、ハンマーが試験片を叩いて跳ね返る高さに比例します。たとえば、硬度の高い材料は、硬度の低い材料よりもリバウンドの高さが高くなります。
材料硬度試験と製品開発:Gensun Precision Machining Services
間違いなく、製品設計に最適な材料を決定するには、さまざまな材料の硬度を知ることが不可欠です。しかし、製品に適した材料を選択した後でも、部品を正確かつ正確に作成できる適切な機械工場と機械工を見つける必要があります。
Gensun Precision Machining は、アジアにおける機械加工サービスの大手プロバイダーです。材料の硬度をテストできる品質管理の専門家チームだけでなく、高度な資格を持つエンジニアと機械工のチームもあります。当社の専門家チームが協力して、最先端の機械加工技術を使用して、お客様の製品を正確かつ正確に作成します。
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