素材の硬さを理解する

圧痕などの局部的な永久変形に耐える材料の能力は、その硬さによって特徴付けられます。切断、摩耗、貫通、引っ掻きはすべて材料を歪ませる原因となるため、硬度を使用して材料の変形に対する抵抗を定義することもできます。

局所的な永久変形に対する物質の耐性は、その硬度によって測定されます。塑性変形は、永久歪みの別名です。材料が力を加えたときにのみ形状が変化する場合は弾性変形が発生しますが、物質が元の形状に戻らない場合は塑性変形が発生します。

この記事では、次の質問について説明します:

• 素材の硬度は?
• 硬さにはどのような種類がありますか?

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素材の硬度は?

硬度は、機械的なへこみや摩耗によって引き起こされる局部的な塑性変形に対する材料の耐性を判断するために使用される方法です。硬度は素材によって異なります。たとえば、チタンやベリリウムなどの硬い金属は、ナトリウムや金属スズなどの軟らかい金属や、木材や通常のポリマーよりも硬い.

強力な分子間結合は巨視的な硬さを表しますが、力がかかった固体材料の挙動は複雑であるため、引っかき硬さ、押し込み硬さ、反発硬さはすべて硬さの異なる測定基準です。延性、弾性剛性、可塑性、歪み、強度、靭性、粘弾性、および粘度はすべて、硬度に影響を与える要因です。セラミックス、コンクリート、特定の金属、および超硬質材料はハード マターの例であり、ソフト マターと比較することができます。

素材によっては自然硬度が高いものがあります。たとえば、タングステンは工具鋼の合金元素として使用される非常に硬い金属です。これにより、このグループの鋼は、高温で切断しても摩耗に耐えることができます。タングステンは、フライスで一般的に使用される超硬合金に含まれていることがよくあります。これらの交換可能な切削工具ビットは、切削工具の寿命を大幅に延ばします。

一方、金属などの他の材料は、さまざまな用途で使用できないほど柔らかいです。純金は繊細なため、引っかいたり曲げたりするのに手間がかかりません。硬度を高めるには、銀、銅、アルミニウムなどの他の金属を追加する必要があります。

一部の材料では、熱処理を使用して、金属の他の特性を維持しながら表面硬度を高めることができます。これは、機械のシャフトを長寿命化するための一般的な操作です。製品設計コンセプトを開発する際、エンジニアは硬度比も考慮する必要があります。たとえば、ベアリングとシャフトのはめあいでは、交換が容易なため、ベアリングを柔らかくする必要があります。頻繁に動くと、1 つの部品が摩耗しなければならず、エンジニアが最終決定権を持ちます。

硬さの種類は?

変形に抵抗する材料の能力は、表面のくぼみに対する抵抗を測定する標準的なテストによってテストされます。へこみの形状や種類、サイズ、加えられる荷重の量は、最も頻繁に行われる硬度試験です。

スクラッチ、インデント、リバウンドは、硬度試験の 3 つの基本的なタイプです。これらの各測定クラスには、個別の測定スケールが存在します。変換テーブルは、実用的な目的であるスケールから別のスケールに変換するために使用されます。硬度の種類は次のとおりです。

• スクラッチの硬度
• 押し込みの硬さ
• 反発硬度

スクラッチ硬度

硬度のスクラッチタイプは、鋭利なアイテムからの摩擦の結果としての破砕または永続的な塑性変形に対するサンプルの耐性を指します。原理によれば、より硬い物質でできた物体は、より柔らかい物質でできた物体をこすり落とします。

スクラッチ硬度とは、コーティングのテスト中にフィルムを基板まで切断するのに必要な力を指します。鉱物学で使用されるモーススケールは、最も一般的なテストです。硬化計は、この測定を行うために使用できるツールの 1 つです。

ポケット硬さ試験機は、同様の試験を行うために使用される別のツールです。このガジェットでは、目盛り付きのスケール アームが 4 輪キャリッジに連結されています。鋭利なリムを備えたスクラッチ器具が、事前に定義された角度でテスト面に取り付けられます。これを使用するには、スケール アームの目盛りの 1 つに既知の質量を載せ、試験面上でツールを引きます。高価な機械を使用しなくても、重量とマークを使用して既知の圧力をかけることができます。

押し込みの硬さ

鋭利なものからの安定した圧縮荷重によって引き起こされる材料の変形に対するサンプルの耐性は、押し込み硬度によって測定されます。押し込み硬度試験は、工学および冶金学で最も一般的に採用されています。この試験は、特別に寸法が決められ、荷重が加えられた圧子によって作成された圧痕の重要な寸法を決定するという原則に基づいています。ロックウェル、ビッカース、ショア、およびブリネルは、最も一般的なインデント硬度計です。

反発硬度

一定の高さから材料に落としたダイヤモンド チップ ハンマーの「跳ね返り」の高さは、動的硬度としても知られる反発硬度によって測定されます。弾力性は、このタイプの硬さに関連しています。ステレオスコープは、この測定に使用される装置です。

リーブ反発硬度試験とベネット硬度スケールは、反発硬度を定量化する 2 つのスケールです。

振動ロッドの周波数を測定することにより、超音波接触インピーダンス (UCI) アプローチが硬度を評価します。振動要素と一方の端に取り付けられたピラミッド型のダイヤモンドを備えた金属シャフトがロッドを構成します。

まとめ

材料の硬度は、エンジニアリング プロジェクトを設計する際に考慮すべき非常に重要なことです。これは、プロジェクトの信頼性と機能を決定するものです。言い換えれば、材料の硬度は工学設計の重要な要素です。材料の硬度に関するこの短い記事は以上です。

読書から多くのことを学べることを願っています。もしそうなら、親切に他の人と共有してください。読んでくれてありがとう。また会いましょう!