ロックウェル硬さ試験：原理・用途・限界

ロックウェル硬さ試験の原理と方法（HR）

ロックウェル試験は、制御荷重下で生じる永久くぼみ深さを2段階で測定します。

1. 予備荷重（Preload）： 3～10 kgfの初期荷重で「0」の基準点を設定し、表面の不均一による影響を除きます。
2. 主荷重（Major Load）： 追加荷重（スケールに応じて15～3,000 kgf）を加えてから除荷し、予備荷重を残します。主荷重の前後の深さの差から硬さを算出します。

計算式：

ここで：

• Nとh: スケールごとの定数。
• d: 深さの差（mm）。

スケールと圧子

ロックウェルには30を超えるスケールがあり、2つのグループに分かれます：

• 通常スケール（HR）：
  • HRC: ダイヤモンド圧子、荷重150 kgf（焼入れ鋼など。例：60～65 HRC）。
  • HRB: 1/16インチ超硬合金球、荷重100 kgf（アルミニウム、銅などの軟質金属）。
• 表面ロックウェルスケール（HRN/HRT）：
  • HR15N: 薄い材料や表面硬化層に使用します。

ベトナムの首相が承認した国家硬さ計測標準では、硬さの単位としてHRC.

HRC硬さ単位（Hardness Rockwell C）は、SKD11、SKD61、SCM440、DC11などの鋼材の硬さを示します。Cスケールはダイヤモンド円すい圧子と150 kgの荷重を用い、中～高硬度の材料を測定します。

注意： 誤差を避けるため、材料の種類、厚さ、硬さの範囲に合ったスケールを選択してください。

用途

• 品質管理： 自動車、航空宇宙、工具の製造において材料の均一性を迅速に確認します。
• 材料選定： 硬さと引張強さの相関から、高荷重への耐性を評価します。
• 熱処理検査： 鋼材が適切な工程で焼入れされていることを確認します。

利点

• 高速： 数秒で結果が得られ、大量生産に適しています。
• 試料準備が簡単： 表面研磨は不要です。
• 非破壊： 小さなくぼみが残るだけです。
• 汎用性： 金属、プラスチック、複合材料に適用できます。

制限事項

• 表面状態の影響： 油、ほこり、曲面は結果を歪める可能性があります。
• スケール間の非互換性： 異なるスケールの硬さ値は直接比較できません。
• 圧子の摩耗： ダイヤモンド圧子は長期間使用すると精度が低下します。
• 厚さの制限： 試料の厚さはくぼみ深さの10倍必要です。

最近の改良

• 自動化：自動試験機（例：Affri Dako Jominy）はタッチスクリーンと自動荷重切替を備えています。
• 携帯型機器： 大型部品を現場で検査できます。
• 高精度： デュアル荷重センサーと高度なソフトウェアで誤差を低減します。

他の試験方法との比較

最適な使用方法

• 基準ブロックで定期的に校正します。
• 試料表面を清掃し、平らにします。
• 変形を防ぐため、荷重保持時間を守ります。

硬さ換算表

主なロックウェル硬さ試験機硬さ試験機

AFFRI硬さ試験機シリーズ（イタリア）

ロックウェルおよび表面ロックウェル方式による自動硬さ試験機で、大型・小型の試料を検査できます。

大型部品に適用でき、高精度測定を行う半自動ロックウェル硬さ試験機です。