かたさ試験(handness test)

ダイヤモンドや鋼球などで圧力をかけてできる傷や圧痕（永久変形）を比べるもの
他の金属試験（引っ張りなど）と違い比較数値、経験数値？的なもので
硬度測定にはいろいろな測定方式があるが相互の比較、検算は難しい...

ブリネルかたさ(Brinell hardness)試験
もっと古くから行われている方法...測定信頼度..高い

超硬合金球やダイヤモンド球を荷重をかけて圧しつけて...
圧力でできたくぼみ（永久変形）の表面積を比べる

ブリネルかたさ試験式

ＨB＝試験荷重(kg)÷永久くぼみの表面積＝Ｐ／πＤｈ

ｈ＝（Ｄ−√（Ｄ2−ｄ2））÷２

試験荷重Ｐｋｇ
圧子直径Ｄｍｍ
圧痕ｄｍｍ
圧痕深さｈｍｍ


現在は超鋼合金のみ...荷重単位はＮニュートン

ＨB＝(0.102×試験荷重(Ｎ))÷永久くぼみの表面積＝(0.102×Ｐ)／(πＤｈ)

ｈ＝（Ｄ−√（Ｄ2−ｄ2））÷２

計測器についての詳細（写真など）は、検索で「ブリネル+計測?　試験?」で引いてください(^^)...
沢山販売用のＨＰがでてきます...

圧子は、通常10mm〜5mmの鋼球を使い５００ＨBまで計測可能（４００ＨB以上変形あり）
それ以上の硬度測定は超硬合金球を使用する...

古い計測方法なので、４００ＨB以上は、圧子の種類によって数値がずれてくる

６００ＨB...硬球 -50 超硬合金球 -12
８００ＨB...硬球-150 超硬合金球 -65 ダイヤモンド球-62
１０００ＨB.硬球-260 超硬合金球-188 ダイヤモンド球-87
概算...

荷重は、徐々に加え（１０〜１５秒）試験荷重を一定時間保持（３０秒）する...

特殊な条件（軟弱材料や高温度物質の測定の場合）保持時間を正確に定め計測する必要がある


通常、計測誤差軽減のため
圧痕ｄｍｍ÷圧子直径Ｄｍｍ＝０．２５〜０．５になる組み合わせの圧力や圧子直径を選ぶ...

試験片計測に必要な大きさは、
圧痕中心から試験片の端まで圧痕の直径ｄ×2.5倍以上あること
多数回、試験する場合、圧痕中心が圧痕の直径ｄ×4倍以上離れること
試験片の厚さは、厚痕の深さの１０倍以上あること



ＨB測定値は計測機器や荷重時間により数値の変化が激しいため...
圧子球直径、荷重、負荷時間を明記する必要がある...

ＨB(10/2000/30)=(圧子球直径/荷重/負荷時間)


戦車の装甲硬度（ＨB値）．．．
複合装甲以前は、（大戦中の戦車が主、第３世代戦車はもうちょっと違います(^^)）
薄板(25mmまで)は、ＨB350〜400
厚板(25mm以上)は、ＨB275〜325
が一般的です...

対弾強度．．．
ＨB400〜500当たりに特異範囲が存在する．．．

ＨB400までは粘りで弾を受け止め､ＨB500以上は弾丸を破砕して貫通を防ぐ。
ＨB400〜500当たりは推移域と呼ばれて防弾力が極端に落ちる．．．

小口径弾の場合は、硬度の増加は、弾丸破砕を起こして防弾力が増すが、
大口径弾の場合は、硬度の増加は、脆さの方が大きく急速に防弾力が落ちる．．．

（旧軍は、小口径弾の実験からこの当たりの現象を誤解して硬度さえ増加させれば）
（良いという誤った結論に達し、脆い装甲の戦車を作ってしまった(-_-;)．．．）
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９５式軽戦車の装甲（英軍の報告書から）
９ｍｍ、ＨB530
６ｍｍ、ＨB445
１２ｍｍ表面硬化、ＨB715
鋳鋼砲眼部、ＨB185

英軍判定は．．．
６ｍｍ、９ｍｍは良好、（薄い装甲なので、小銃、軽機銃弾に対する判定．．．）
１２ｍｍは著しく不良（硬すぎて圧貫現象を起こす）

重機関銃(12.7mm)で射撃すると150ヤード(137.16m)20deg以内で貫通する...
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圧貫現象．．．
数学的に考えると、粘りの無い装甲の場合は貫通孔に在った装甲は撃ち抜かれる．．．
消費エネルギーは貫通孔の円周長さ分の装甲を引き千切るエネルギーになり
平面的な二乗エネルギーにすぎないのに対し．．．
粘りのある装甲の場合は命中個所周囲が全体的に変形して砲弾を受け止める
この場合はエネルギーは変形個所全体に分散して強靭な効力(三乗)を生み出す．．．

（捕獲した米軍戦車の装甲はこのタイプでしたが、溶接を容易にするため）
（硬度を落としていると誤解して解析できなかった(-_-;)．．．）


補正...
マイヤーかたさ
Ｈ＝４Ｐ÷πｄ２

実験式...Ｐ＝ａｄｎ
試験荷重Ｐｋｇ、圧痕ｄｍｍ
定数ａとｎを求めた...
ａは圧子直径によって変わるがｎは材料によって定まる...
鉛........ｎ＝１．９１
アルミニュウム.ｎ＝２．０７
銅........ｎ＝２．０５
鋼.......ｎ＝２．２０
鋼Ｎｉ3%...ｎ＝２．２２
鋼Ｎｉ16%...ｎ＝２．３２

鋼のかたさ換算表．
大体の概算は（表が無い場合の暗算用）...
ＨＶ≒ＨＢ
ＨＳ≒ＨＢ/10＋12
ＨＳ≒ＨＲＣ＋15

ビッカースかたさ(Vickers hardness)

圧子にダイヤモンド正四角錐（対面角度１３６度）を使用し...
ブリネルかたさのように圧子の材質で数値が変化したりしない。

くぼみの対角線の長さを顕微鏡で簡単に計測できるので測定精度が良く
ブリネル計測機より小さな圧痕で計測できる．．．

ＨV＝試験荷重(kg)÷永久くぼみの表面積≒１．８５４４×Ｐ／ｄ2

ＨV＝（２Ｐ×sin(α/２)）÷ｄ2

ＨV=ビッカースかたさ(kg/mm2)　Ｐ=荷重kg
ｄ＝くぼみの対角線の長さの平均mm　α＝対面角(136度)

荷重１ｋｇ〜１２０ｋｇ（通常５〜５０ｋｇの範囲で使用）

ビッカースかたさ試験式試作...

ミクロかたさ試験機(micro hardness tester)
ビッカースの小型版、荷重５ｇ〜５００ｇ

ヌープかたさ試験機(Knoop hardness)
ダイヤモンド正四角錐の変わりに菱形四角錐（対面角度１３０度、１７２度３０分）
を使用する．．．

圧痕の菱形の対角線は7.11/1になり長い方の対角線を計測して計算する

ＨK＝（14.230×Ｐ）÷l2

計測条件がほぼ同じなので圧痕の小さいヌープかたさ方式は、
ビッカースかたさの値より小さくなる傾向がある...
（金属は表面ほど固いため）

ロックウェルかたさ(Rockwell hardness)

鋼球またはダイヤモンド円錐を一定荷重で圧しつけてくぼみの
深さによってかたさを測る方法...

基準荷重を加え（１０ｋｇ）この荷重によってできたくぼみを出発点に
試験荷重（６０．１００，１５０ｋｇ）を加えて深さの差を測って計測する...

一般的に使われるのは
Ｂスケール、1/16インチの鋼球、試験荷重１００ｋｇ、Ｂ、0〜100まで
Ｃスケール、ダイヤモンドコーン、試験荷重１５０ｋｇ、Ｃ、0〜70まで

（圧子と試験荷重の組み合わせが多数あり沢山の試験基準がある...）

ロックウェル方式の数値は、０以下にかたさ数値が存在する...
数値が半分になってもかたさが半分になったとは言えないので注意...

Ｂスケールは、鋼球の変形が存在するのでＢ１００以上は計測誤差が存在する...

Ａ、Ｄ、
Ｃスケールで測れない柔らかいもの脆いもの用、ダイヤモンドコーンA=60kg、D=100kg
Ｈ、粉末治金製品、1/8インチ鋼球、６０ｋｇ
Ｌ，Ｍ、樹脂製品、1/4インチ鋼球、L=60kg、M=100kg
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カスタム・ナイフ用鋼材の硬度がロックウェルＣスケール(HRC)

［ＡＴＳ３４］
ラブレス以来、カスタムナイフ用鋼材の代名詞
１５４CMにアルミと銅をプラス
［４４０Ｃ］ＨＲＣ５７〜５８
硬度は低いが研ぎ易く実用的、クロム16%〜18%なので堆ショク性に優れている。
［１５４ＣＭ］
ベアリングに使われる材質、耐熱、耐磨耗性に優れる
［Ｄ２］６０〜６２HRC
炭素の含有量が多い、マンガン、クロムが少なく錆に弱い
［ＣＶ１３４］６１〜６２HRC
鉄道のまくらぎのカッター用に使われていた鋼材...
実用硬度が非常に高く、耐磨耗性、（革刃）性ともに高いが、
被研磨性は極端に悪い（手入れが難しい）
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ショアかたさ(Shore hardness)

先端にダイヤモンドの付いたハンマーを資料に落下させ
跳ね返る高さと落下させる高さの比を使った計測方法...

Ｈs＝(10000／65)×ハンマー落下高さ÷跳ね返り高さ

(10000／65)×(ｈ／ｈ2)

試験片は0.1kg以上、厚さ10mm以上
ゴムや樹脂製品は異常に大きく表示されるので不可...

汚れやハンマーの損傷で異なったデーターが出やすいので
定期的に基準片を使って検定する必要がある...
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