ブリネル硬さ

ブリネル硬さ試験：材料の硬さを測る普遍的な方法

ブリネル硬さ試験は、材料の硬さを評価するための広く普及した方法です。1900年、スウェーデンの工学者ヨハン・ブリネルによって考案されました。この試験では、一定の大きさの鋼球（または超硬合金球）を一定の荷重で材料に押し込み、残されたくぼみの大きさから硬さを数値化します。くぼみの大きさは、材料の硬さの逆数に比例するため、くぼみが小さいほど硬い材料であることを示します。

試験方法と計算式

ブリネル[硬さ]]試験は、まず特定の直径の鋼球（一般的には1mm、2.5mm、5mm、10mm）を用意します。試験対象の材料の表面に、この鋼球を一定の荷重（kgfまたはN）で一定時間押し当てます。荷重を除去した後、残ったくぼみの直[[径]を測定します。ブリネル[硬さ]は、以下の式で算出されます。

HB = (2P) / (πD(D - √(D² - d²)))

ここで、Pは荷重、Dは鋼球の直径です。この式は、くぼみの表面積から硬さを求める原理に基づいています。荷重の単位をNで表す場合は、この式に0.102を乗じる必要があります。

一般的に使用される試験条件は、荷重P = 3000 kgf (29400 N)、鋼球の直径D = 10 mm、押し当て時間30秒です。鋼球より硬い材料を測定する場合は、超硬合金球を使用します。

ブリネル硬さの表記方法

ブリネル[硬さ]]の表記は、HB（またはBHN）を用います。より詳細な表記をする場合は、圧子の材質（鉄・鋼・超硬合金）をそれぞれHB、HBS、HBWと表記し、その後ろに鋼球の直径]と荷重(kgf)をスラッシュで区切って記述します。例えば、「直[[径10mmの鋼球で3000kgfの荷重をかけた場合のブリネル硬さが200」であれば、「200 HBS 10/3000」と表記します。

ブリネル硬さの適用範囲と限界

ブリネル硬さ試験は、比較的大きなくぼみができるため、材料表面の硬さだけでなく、材料全体の平均的な硬さを評価するのに適しています。そのため、硬さが不均一な鍛造品や鋳物などの評価に用いられます。ただし、非常に硬い材料（HB 450を超える場合）では、鋼球自体が変形してしまうため、正確な測定が困難になります。このような場合は、超硬合金球を使用する必要があります。また、非常に薄い材料や小さな部品には適用できません。

様々な材料のブリネル硬さ

様々な材料のブリネル硬さの例を以下に示します。これらの値は、試験条件によって異なる場合があります。

木材（針葉樹）：1.6 HBS 10/100
木材（堅木）：2.6～7.0 HBS 10/100
純アルミニウム：15 HB
銅：35 HB
炭素鋼：約100～450 HB (炭素含有量による)
ステンレス鋼：1250 HB
ガラス：1550 HB
二ホウ化レニウム：4600 HB

国際規格

ブリネル硬さ試験方法は、国際標準化機構（ISO）のISO 6506、および日本工業規格（JIS）のJIS Z 2243で規定されています。

まとめ

ブリネル硬さ試験は、簡便で信頼性の高い硬さ試験方法として、様々な材料の硬さ評価に広く用いられています。その原理、計算式、表記方法、適用範囲、限界などを理解することで、より正確な材料評価を行うことができます。しかし、試験条件や材料の種類によって結果が変わる可能性があることを考慮する必要があります。より詳細な情報や具体的な適用方法については、関連する規格を参照することが重要です。

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