ロックウェル vs. ブリネル硬さ:実際の違い

ロックウェルは、荷重をかけたときに、圧子が材料にどれだけ深く入り込むかを測り、ブリネルは、荷重を取り除いた後に残る圧痕の直径を測ります。測定対象の、この1つの違いが、それ以外のすべてを決めます。どの圧子を使うか、試験がどれだけ速いか、それぞれの方法がどの材料に適しているか、です。

それぞれの試験の実際の仕組み

ロックウェルは、副荷重をかけた後に主荷重をかけ、120°のダイヤモンド円すい、または小さな超硬/鋼球(1/16″〜1/2″)を使い、全荷重はおよそ60〜150 kgfの範囲です。装置が、永久的な押し込み深さを直接読み取り、硬さの数値を即座に表示するため、別個の測定の手順はありません。規格:ASTM E18。

ブリネルは、大きな超硬球(一般的には10 mm)を、はるかに重い荷重(通常、500〜3,000 kgf)で、材料に押し込みます。荷重を取り除いた後、円形の圧痕の直径を(従来は顕微鏡で)測り、その直径、球のサイズ、荷重から、硬さの数値を計算します。規格:ASTM E10。

比較表

項目 ロックウェル(HR) ブリネル(HBW)
測定対象 圧痕の深さ 圧痕の直径
圧子 120°のダイヤモンド円すい、または小さな超硬/鋼球 大きな超硬球(通常10 mm)
荷重 約60〜150 kgf 約500〜3,000 kgf
結果 HRA、HRB、HRCなど HBW
試験速度 速い — 10〜15秒、直読 遅い — 30〜60秒、圧痕を測る必要がある
圧痕の大きさ 小さい 大きく、はっきり見える
最適な用途 量産での試験、熱処理した鋼、仕上げ済み/薄い部品 鋳物、鍛造品、粗い、または不均一な微細組織
規格 ASTM E18 ASTM E10

ロックウェルのほうが速い理由と、それが重要な理由

ロックウェルは、押し込み深さを装置から直接読み取るため、別個の測定の手順はなく、数値は10〜15秒で得られます。ブリネルは、事後に圧痕の直径を測る必要があり、1回の測定に30〜60秒かかります。熱処理した部品を、何百個も検査する生産ラインでは、その速度の違いが決め手であり、わずかな便利さではありません。

なぜ、特定の材料ではブリネルが依然として優れているのか

ブリネルの大きな圧子と重い荷重は、はるかに大きな面積にわたって硬さを平均するため、鋳物、鍛造品、粗い、または不均一な結晶粒組織を持つ、あらゆる材料でより信頼性が高くなります。粗い鋳物に小さなロックウェルの圧痕を付けると、1つの結晶粒の中だけに収まってしまい、誤解を招く読みを与えることがあり、ブリネルの大きな圧痕は、そのばらつきをならします。

焼入れ鋼に、特にロックウェルC(HRC)が使われる理由

「ロックウェル」は1つの試験ではなく、圧子と荷重で区別される、スケール(A、B、C、D、その他)の一群です。ロックウェルC(HRC)は、焼入れ鋼、工具鋼、ベアリングレースに最もよく指定されるスケールで、独自の定義されたパラメーターを持ちます。120°のダイヤモンド円すい圧子、150 kgfの主荷重(10 kgfの予備荷重付き)、そしておよそ20〜70 HRCの実用範囲です。その範囲は、焼入れ鋼が実際に必要とするものと一致しますが、対照的に、ロックウェルBは、焼入れしていない、あるいはより柔らかい材料に適した、より柔らかい鋼球圧子を使い、工具鋼向けではありません。

比較として、ブリネルは、一般に、約650 HBWまで使われます。その範囲を超えると、より硬い材料が、球圧子自体を変形させ始めるため、実用的ではなくなり、これが、焼入れ鋼の図面で、ブリネルではなくHRCが標準の指定である、もう1つの理由です。

硬さから、おおよその引張強さへの換算

普通の炭素鋼では、ブリネル硬さは、引張強さと、おおまかな経験的な関係を持っています。

  • 引張強さ(psi)= Bhn × 515(ブリネル硬さ175以下の場合)
  • 引張強さ(psi)= Bhn × 490(ブリネル硬さ175超の場合)

この関係は、均質な状態の、普通炭素鋼、合金鋼、工具鋼に固有のもので、非オーステナイト系とオーステナイト系の比較や、ほとんどの非鉄金属には当てはまりません。アルミ合金は、情報源が、別個の係数を示さずに言及している、可能性のある例外です。材料別の表を確認せずに、普通炭素鋼/合金鋼以外にこの式を適用しないでください。

どの試験を使うべきか

  • 仕上げ済みの部品、熱処理した部品、薄い断面、大量生産の検査 — ロックウェル(想定される硬さの範囲に応じて、スケールを選びます。通常、焼入れ鋼にはHRC、より柔らかい材料にはHRBです)。
  • 鋳物、鍛造品、あるいは粗い、または不均一な結晶粒組織を持つ、あらゆる材料 — ブリネル。
  • どのスケールを指定すべきか分からない場合 — まず、想定される硬さの範囲を確認してください。ロックウェルCは約70 HRC、ブリネルは約650 HBWが上限なので、その材料の見込まれる硬さが、通常、それだけで正しい試験を示します。

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Danny Ni エンジニアリング&機械システムのライター
Danny Niは、SYZ Machineでエンジニアリングを専門とするテクニカルライターで、機械部品、リンケージシステム、実際の用途に即したエンジニアリングを得意としています。アフターマーケットの車両部品、産業用ジョイント、機械の原理を扱い、複雑なエンジニアリングの概念を、エンジニア、製作者、業界のバイヤーに役立つ実践的な知見へと落とし込んでいます。

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