ロックウェル硬さ試験、鋼に対する治療の効果

Structural Engineering

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Overview

ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科

硬さ試験は、エンジニアが利用できる最も普遍的に貴重な機械的テストの 1 つそれはシンプルで豊富な情報とそれが生成するデータ用の比較的安価です。硬さ試験、一般的に表面貫入試験の形式ではより速く、引張試験より少ない破壊です。硬さは、鋼など、多くの材料の強さの広い範囲にわたって引張強度と線形の関係を提供します。硬さ試験は、します理論から得られる結果は、多くの異なる材料プロパティ (ヤング率、降伏強度など) からの影響を合成ではなく経験に基づいた。

硬度は知られている力を加えたときに材料に加えられるどのくらいプラスチック変形 (降伏) を記述するために使用される材料の特性)。1 つは 3 つの方法で硬さを特徴付けることができる: スクラッチ、インデント、および硬さを回復します。硬度 (スクラッチ) テストの一般的な初期の例は、派生、鉱物とするタルクが 1 とダイヤモンドの値 10 の値でモース (1820 年)、です。押込みロックウェル アプローチを使用して、小さなダイヤモンドの圧子は、さまざまな負荷で使用されます。最も一般的なは、ロックウェル硬度 B (HRB)、1/16 インチが使用は硬化と共に 100 kg 鋼球圧子とロックウェル硬度 C (HRC) で、150 kg 体重と一緒にダイヤモンド円錐圧子を使用します。HRB テストを実施材料軟鋼、真鍮、アルミなどの低域の硬さに対して、HRC テストが難しい鋼などの高範囲の硬さと材料の使用します。小さい重み (15 に 45 kg) は、15 kg と 1/8 インチのスチール ボールを使用する HR15W などロックウェル表面硬さ試験に使用されます。負荷が低く、浅い印象浅ロックウェル硬さ試験は、非常に薄いまたは脆性材料に最適です。リバウンド テストの例はシュミット ハンマーは、コンクリートの強度を測定するために使用します。このテストで鋼の質量は知られている力で表面で撮影され、ボールのリバウンドが測定されます。硬さ試験のすべての種類で、信頼性の高い結果が得られる場合、豊富な校正を実施することが不可欠です。

この実験では、未処理と熱処理アルミの硬さを測定するロックウェル硬さ試験が検討されます。

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JoVE Science Education Database. 構造工学. ロックウェル硬さ試験、鋼に対する治療の効果. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

(HB) ブリネル、ビッカース (V)、ヌープ (K)、ショア硬さ試験、硬度を測定するいくつかの一般的な方法があります。これらの各メソッドは、貫通、直接読むことによってまたは球 (ブリネル)、コーン (ロックウェル)、または光学的測定されますダイヤモンド ピラミッド (ビッカース、ヌープ、およびロックウェル)、金属の表面に刻み目を作るための形状のいずれかを利用しています。ショア硬さ試験は通常、プラスチックやその他のポリマーの表面に貫入を測定します。ブリネル硬さ試験を導入した最初の硬さ試験、初歩的な計測器を利用した高負荷のための堅牢なメソッド。ビッカース硬さ試験は、有益な値の広い範囲に硬さを見てする必要があるときそれをから測定することができます最低から最高硬度を記録しました。ヌープ硬さ試験は、非常に小さなまたは薄いサンプル アプリケーションに有益です。それにもかかわらず、ロックウェル硬さ試験は、最も人気のある、それは非常に迅速かつ安価な唯一の硬度だけでなくテスト直接光のツールの助けを借りず硬度を読むことができます 1 つは。

この研究の焦点を当てますロックウェル硬さ試験 ASTM E-18 で定義されています。典型的なロックウェル試験機は図 1 に示すように、読み出しとビューアーに隠されている、荷重を適用するレバー システム成っています。手動と自動のバージョンのこれらのマシンは一般試験所で利用可能です。

Figure 1
図 1: ロックウェル試験機。

硬度が高い、以下の浸透深さ従って対応するロックウェル硬さ値は低くなります。ロックウェル B と C 硬度として計算されます。

Equation 1

Equation 2

任意の硬さの試験からの結果は、大規模なデータセットに最適方程式を通じて他の硬度のスケールに変換できます。ない 1 つの離散、線形変換があるし、計算結果の値が絶対値ではなく近似になるため。たとえば、平面ひずみ下での非加工硬化材。

Equation 3

Equation 4

図 2 は、校正用試験片、試験機には通常の典型的なインデントを示します。これらのブロックを使用して定期的にマシンが正しく実行されていることを確認する必要があります。

Figure 2
図 2: キャリブレーション ブロックのインデント。

一般に、材料の引張強度u) のような方程式をブリネル硬度 (HB) に関連付けることができます。

Equation 5

熱処理、冷間圧延材料の強さが変更された方法の 1 つです。一般に、順次薄くロールを介して冷間圧延は強いになります (と硬い素材)。同様に、鋼の冷却速度は大きく機械的パフォーマンスの向上に貢献するマルテン サイト構造の形成を影響します。マルテン サイト構造は、体心正方晶 (BCT)、結晶が両端に正方形に伸ばして、それにより材料にグレート硬度を付与、レンズのように、両側に長くの異なる結晶構造を表わします。

熱処理の特性の 1 つの方法は、ジョミニー終わり抑制試験 (ASTM A225) を通じてです。このテスト丸棒試験片の長さ 4 インチはオーブンで均一に加熱されます。完全 austenizing に達しているその所望の温度に達した後 (> 900 ° C)、1 つの端のウォーター ジェットで試料を冷却します。Austenization は、鋼を加熱して、フェライトからオーステ ナイトに変態、ガンマ相鉄として知られている鉄の金属、非磁性同素体結晶構造を変えるプロセスです。

水の噴流を受ける最後のクールが異なるマルテン サイト構造と試料の長さに沿って、したがって異なる硬度の結果、もう一方の端よりも速く大幅。この時点で浅いフラット表面に硬さ、平らな面に試験では、試験片の長さに沿って地面で。ジョミニー試験片はロックウェル硬さ試験を示すため役に立つが、ジョミニー終わり抑制試験測定になっている材料の焼入性と硬度テスト結果を混同しないように注意する必要があります。焼入性を測定するものではマルテン サイト構造材料の部分の深さによって異なりますどのように硬度はその変化を特徴づける一つの方法です。

典型的なロックウェル C テストで予備荷重、圧子を初期の侵入深さを測定します。この最初のステップは、ゼロを確立するか、材料の表面の変化から任意の効果を軽減するために位置を参照することです。次に、主要な負荷は、圧子に適用されます。最後に、プリロードが削除され、最終浸透深さを測定します。初期プリロード値からこの値の違いは、硬さ値に計算されます。

Procedure

次の手順は、図 1 に示すマニュアル機です。手順は、他のコンピューターのために典型的です。

  1. 水冷却治療を受けた典型的なジョミニの終わり抑制試験片を入手します。
  2. テスト中に移動しないように、試験機のテーブルに供試体を保護します。
  3. 選択レバーが「取り出し」位置を確認します。
  4. (お問い合わせだけしたとき、フロントのダイヤルに針を少しの移動を開始)、圧子との接触が確立されるまで、サンプルを上げる支援のもと調整ホイールを使用して。
  5. 最初の読みが 0 になるようにダイヤル ゲージを調整します。
  6. ゆっくりとダイヤル ゲージの 3 つの完全な回転; を経てきたまでテーブルの調整を有効に継続することにより予圧を適用します。針が 0 に戻るときを停止します。
  7. 側面のレバーを「読み込み」の位置に移動します。
  8. 針の動きは止まりますまで待つ (5 に 10 s)「アンロード」にレバーを戻した。
  9. ダイヤル ゲージを読んでからロックウェル C 硬さを記録します。
  10. 長さに沿ってテストを繰り返します。ASTM A255 最初の 1/2 のインチの間隔を 1/16 インチ、1/8 インチ間隔で次のスの測定をすべきであることを指定します。

硬さ試験は、シンプルで比較的安価なテストです。迅速かつ引張試験よりより少なく破壊的なそれはエンジニアが利用できる最も普遍的に貴重な機械的テストの 1 つと見なされます。

硬度テスト値は経験的、まだ結果は材料の広い範囲にわたって材料強度と非常に良い相関関係を提供します。硬さ試験で知られている力を適用すると、材料を経るプラスチック変形の量は硬さの値を決定します。

ロックウェル型テストは、様々 なサイズと形状の測定硬度の圧子押込みを読み込まれます。この実験のため、測定し、ロックウェル硬さ試験を使用して未処理と熱処理鋼の硬度を比較します。

金属の硬さを測定するいくつかの一般的な方法には、ブリネル、ビッカースやヌープ、ロックウェル硬度 BNC が含まれます。これらの各メソッドは、いずれかの球、円錐形、またはダイヤモンド ピラミッドの形をした貫通を利用しています。

金属の表面にくぼみを作った、かたさ測定値が表示されます。このリストのロックウェル硬さ試験は、構造用鋼の最も人気の一つです。標準的な手動ロックウェル テスターは、負荷と硬度数を示すアナログ読み出しを行うレバー システムで構成されます。

典型的なロックウェル試験でゼロ点は予備荷重を適用して、初期の侵入深さを測定によって表面の変化のアカウントに設定されます。次に、主要な負荷は、圧子に適用されます。最後に、負荷が削除され、最終浸透深さを測定します。マシンの上にダイヤル ゲージは、ロックウェル硬さ値を表示する 2 つの値の違いを使用してください。材料は難しく、以下、圧が浸透、高いロックウェル硬さ値の結果します。したがって、ロックウェル B およびロックウェル C 硬さの値、浸透の深さに基づいています、したがってテスト機はしばしば特定の硬さ範囲の校正用試験片を使用して校正されています。

ロックウェル硬さ試験は、熱処理や冷間圧延などのプロセスを通して材料の強度を変更する方法を評価する使用ことができます。冷間圧延は難しくより強い材料が発生する傾向があります。熱処理焼入が難しい構造を加熱によって柔らかい材料で起因できます。

たとえば、ジョミニー終わり急冷試験の円柱供試体は均一に加熱されています。一方の端は水の流れでしてクエンチしました。焼入れ端から消されていない最後に試験片の長さ方向に沿って変化は微細構造の変化の代表である硬度値で見ることができます。

次のセクションでは、未処理からロックウェル硬さ試験を用いた熱処理鋼への遷移を観察する鋼ジョミニー終わりを癒やすテスト標本の長さに沿って硬さを測定します。

開始する前に、試験機に精通します。発生するまたはキャプスタン ハンド ホイールによって下げることが、アンビルは、交換可能な圧子下のサンプルをサポートしています。

テスト負荷はマシン側にセレクターを使用してを選択、読み込み位置にアンロード位置から負荷レバーを回すことによって適用されます。予荷重を修正し、最終測定は、マシンの上にダイヤル ゲージを使用して決定されます。

試験片を挿入する前に、ロックウェル C ダイヤモンド円錐圧子がインストールされ、テスト負荷は 150 キロに設定されてことを確認します。アンビルに対して平らな面を持つマシンで供試体を保護します。このデモでは、冷温水を受けているジョミニー終わり急冷試験片に使用します。

アンロードの位置にレバーを動かして、圧子の近くに標本をもたらすにアンビルを持ち上げます。圧子が端からのインチの 16 分の 1 体の位置を調整します。位置が正しいときに、再テスト中に移動しないように供試体を保護します。今、上げるサンプルもう一度フロントのダイヤルの針がわずかに動き出すまで、圧子が付いている接触を確立することを示します。

ダイヤルの針が 3 回転を完了するまでに供試体をゆっくりと上げ続けることによって予荷重を適用します。針が 3 番目のターンを完了したときに停止します。初期の読書はゼロ、ダイヤル ゲージの外リングを調整します。試験荷重を適用する荷重位置に、レバーを移動します。針は、負荷が適用される新しい値に解決されます。移動を停止するまで待つし、アンロードの位置にレバーを動かしてください。

ダイヤル ゲージからロックウェル C 硬さを記録し、圧子からサンプルを移動するアンビルを下ろしてください。試験片の長さ方向に沿ってこのテストを繰り返します。ASTM A255 ガイドラインは、最初の半分のインチの 16 分の 1 インチ間隔で、次の半分のインチの 8 分の 1 インチ間隔で測定値をすべきであることを指定します。

供試体上の位置の関数として試料のロックウェル硬さをプロットします。硬さは、焼入端からの距離として明確に減少します。

ロックウェル硬さ試験は、冷却の率、材料の内部構造の変化に、順番を材料の強度を示す素材の硬度が影響を受けるを使用されました。

今では、その使いやすさの硬さ試験を感謝日常製品の品質を保証するために適用する方法を見てをみましょう。

硬さ値は、経験的な方程式から得られるチャートを使用して強度値に簡単に変換できます。予想通り、柔らかい材料低強度値を有し硬い材料高強度値。このため、私たちは毎日を使用することの強さを予測するより高価な引張試験の代わりに硬さ値を使用できます。

ちょうど裏庭のバーベキューの周り見て、硬さ試験による安全とみなされる多くの製品が表示されます。金属の芝生の椅子、温度、焼入れ鋼のナイフおよび水生条件で金属プールの梯子の広い範囲にわたってグリルでグリル。すべては、消費者の安全を確保するためにテスト可能性が高い硬さだった。

ゼウスのロックウェル硬さ試験入門を見てきただけ。今、なぜ硬さ試験は、一般的に使用される硬度テストを実行する方法、および得られた結果を分析する方法を理解する必要があります。

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Results

ビデオにロックウェル人事 C テスト ジョミニー試験片のテストの典型的な結果を示します。硬度は水の噴流を受ける端から離れて 1 つの動きとしてかなり減少します。硬度テスト値は、引張強度試験機製造者によって提供されるグラフに変換できます。焼入れ端から遠ざかるにつれ、鋼が強度と硬さでかなり異なることを示した。

Applications and Summary

硬さ試験は、材料についての重要なエンジニア リングを獲得する主要なテストの 1 つです。ロックウェル硬さ試験硬さ試験、推奨される方法は、それは光学機器を高度な必要があるが、正確に、安く、代わりに基本的な実験装置を採用しています、すぐに体の硬さを測定します。もっと重要なは、このメソッドは、簡単に翻訳とラボとテスト担当者の間再現性を相対的なシンプルさのためです。手順では、条件をプリロードするの最初の読みを取って後、1 つは主要な負荷を適用し、初期値からの位置の変化を測定する必要があります。この値は、硬さ値に変換、方程式の他の硬度のスケールに近似することができますも計算できます。ロックウェル硬さ試験は、鋼のマルテン サイト組織に影響を与える冷却速度とどのように冷却速度が大幅に異なる強みを持つ材料で結果を表示する使用されました。

硬さ試験は、それらの使用でのパフォーマンスの質の高さを確保する適切な材料を利用することを有効にします。私たちの日常生活で使用するすべての製品は、硬度のテストされています。次の面白いシナリオがどのように私たちに便利で安全な素材を楽しむことにより、硬さ試験に多くの毎日の例の 1 つで、検討してください。あなたの家族の再会のための裏庭でバーベキューをスローするようにあなたのために使用された硬度テスト時間の茄多を想像してください。金属の芝生の椅子は確かに硬さ、地面におばさんベッシーはタンブリング行くない彼女が座ったとき金属が十分に強いことを確認するテストをしなければならなかった。グリルの上の金属の格子はまた硬度 (あなたのお母さんには、強火でよく彼女のステーキが好きな) ことを考えれば、温度の広い範囲にわたってテストをしなければならなかったない破壊したり時を与えるだろうことが必然的に落としたないグリル トング グリルで。肉をカットに使用するナイフはすべて焼入鋼も。最後に、プールで金属製のはしごの硬さにテストをしていた水生条件該当確認することあなたのいとこがプールから登るしようとすると、彼 didn't バック金属が失敗したときに。硬さ試験のおかげで、人間の生活はもちろんのこと悪童、保存したハンバーガー、ホットドッグ、たくさんがあります。

次の手順は、図 1 に示すマニュアル機です。手順は、他のコンピューターのために典型的です。

  1. 水冷却治療を受けた典型的なジョミニの終わり抑制試験片を入手します。
  2. テスト中に移動しないように、試験機のテーブルに供試体を保護します。
  3. 選択レバーが「取り出し」位置を確認します。
  4. (お問い合わせだけしたとき、フロントのダイヤルに針を少しの移動を開始)、圧子との接触が確立されるまで、サンプルを上げる支援のもと調整ホイールを使用して。
  5. 最初の読みが 0 になるようにダイヤル ゲージを調整します。
  6. ゆっくりとダイヤル ゲージの 3 つの完全な回転; を経てきたまでテーブルの調整を有効に継続することにより予圧を適用します。針が 0 に戻るときを停止します。
  7. 側面のレバーを「読み込み」の位置に移動します。
  8. 針の動きは止まりますまで待つ (5 に 10 s)「アンロード」にレバーを戻した。
  9. ダイヤル ゲージを読んでからロックウェル C 硬さを記録します。
  10. 長さに沿ってテストを繰り返します。ASTM A255 最初の 1/2 のインチの間隔を 1/16 インチ、1/8 インチ間隔で次のスの測定をすべきであることを指定します。

硬さ試験は、シンプルで比較的安価なテストです。迅速かつ引張試験よりより少なく破壊的なそれはエンジニアが利用できる最も普遍的に貴重な機械的テストの 1 つと見なされます。

硬度テスト値は経験的、まだ結果は材料の広い範囲にわたって材料強度と非常に良い相関関係を提供します。硬さ試験で知られている力を適用すると、材料を経るプラスチック変形の量は硬さの値を決定します。

ロックウェル型テストは、様々 なサイズと形状の測定硬度の圧子押込みを読み込まれます。この実験のため、測定し、ロックウェル硬さ試験を使用して未処理と熱処理鋼の硬度を比較します。

金属の硬さを測定するいくつかの一般的な方法には、ブリネル、ビッカースやヌープ、ロックウェル硬度 BNC が含まれます。これらの各メソッドは、いずれかの球、円錐形、またはダイヤモンド ピラミッドの形をした貫通を利用しています。

金属の表面にくぼみを作った、かたさ測定値が表示されます。このリストのロックウェル硬さ試験は、構造用鋼の最も人気の一つです。標準的な手動ロックウェル テスターは、負荷と硬度数を示すアナログ読み出しを行うレバー システムで構成されます。

典型的なロックウェル試験でゼロ点は予備荷重を適用して、初期の侵入深さを測定によって表面の変化のアカウントに設定されます。次に、主要な負荷は、圧子に適用されます。最後に、負荷が削除され、最終浸透深さを測定します。マシンの上にダイヤル ゲージは、ロックウェル硬さ値を表示する 2 つの値の違いを使用してください。材料は難しく、以下、圧が浸透、高いロックウェル硬さ値の結果します。したがって、ロックウェル B およびロックウェル C 硬さの値、浸透の深さに基づいています、したがってテスト機はしばしば特定の硬さ範囲の校正用試験片を使用して校正されています。

ロックウェル硬さ試験は、熱処理や冷間圧延などのプロセスを通して材料の強度を変更する方法を評価する使用ことができます。冷間圧延は難しくより強い材料が発生する傾向があります。熱処理焼入が難しい構造を加熱によって柔らかい材料で起因できます。

たとえば、ジョミニー終わり急冷試験の円柱供試体は均一に加熱されています。一方の端は水の流れでしてクエンチしました。焼入れ端から消されていない最後に試験片の長さ方向に沿って変化は微細構造の変化の代表である硬度値で見ることができます。

次のセクションでは、未処理からロックウェル硬さ試験を用いた熱処理鋼への遷移を観察する鋼ジョミニー終わりを癒やすテスト標本の長さに沿って硬さを測定します。

開始する前に、試験機に精通します。発生するまたはキャプスタン ハンド ホイールによって下げることが、アンビルは、交換可能な圧子下のサンプルをサポートしています。

テスト負荷はマシン側にセレクターを使用してを選択、読み込み位置にアンロード位置から負荷レバーを回すことによって適用されます。予荷重を修正し、最終測定は、マシンの上にダイヤル ゲージを使用して決定されます。

試験片を挿入する前に、ロックウェル C ダイヤモンド円錐圧子がインストールされ、テスト負荷は 150 キロに設定されてことを確認します。アンビルに対して平らな面を持つマシンで供試体を保護します。このデモでは、冷温水を受けているジョミニー終わり急冷試験片に使用します。

アンロードの位置にレバーを動かして、圧子の近くに標本をもたらすにアンビルを持ち上げます。圧子が端からのインチの 16 分の 1 体の位置を調整します。位置が正しいときに、再テスト中に移動しないように供試体を保護します。今、上げるサンプルもう一度フロントのダイヤルの針がわずかに動き出すまで、圧子が付いている接触を確立することを示します。

ダイヤルの針が 3 回転を完了するまでに供試体をゆっくりと上げ続けることによって予荷重を適用します。針が 3 番目のターンを完了したときに停止します。初期の読書はゼロ、ダイヤル ゲージの外リングを調整します。試験荷重を適用する荷重位置に、レバーを移動します。針は、負荷が適用される新しい値に解決されます。移動を停止するまで待つし、アンロードの位置にレバーを動かしてください。

ダイヤル ゲージからロックウェル C 硬さを記録し、圧子からサンプルを移動するアンビルを下ろしてください。試験片の長さ方向に沿ってこのテストを繰り返します。ASTM A255 ガイドラインは、最初の半分のインチの 16 分の 1 インチ間隔で、次の半分のインチの 8 分の 1 インチ間隔で測定値をすべきであることを指定します。

供試体上の位置の関数として試料のロックウェル硬さをプロットします。硬さは、焼入端からの距離として明確に減少します。

ロックウェル硬さ試験は、冷却の率、材料の内部構造の変化に、順番を材料の強度を示す素材の硬度が影響を受けるを使用されました。

今では、その使いやすさの硬さ試験を感謝日常製品の品質を保証するために適用する方法を見てをみましょう。

硬さ値は、経験的な方程式から得られるチャートを使用して強度値に簡単に変換できます。予想通り、柔らかい材料低強度値を有し硬い材料高強度値。このため、私たちは毎日を使用することの強さを予測するより高価な引張試験の代わりに硬さ値を使用できます。

ちょうど裏庭のバーベキューの周り見て、硬さ試験による安全とみなされる多くの製品が表示されます。金属の芝生の椅子、温度、焼入れ鋼のナイフおよび水生条件で金属プールの梯子の広い範囲にわたってグリルでグリル。すべては、消費者の安全を確保するためにテスト可能性が高い硬さだった。

ゼウスのロックウェル硬さ試験入門を見てきただけ。今、なぜ硬さ試験は、一般的に使用される硬度テストを実行する方法、および得られた結果を分析する方法を理解する必要があります。

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