ISO 6506に準拠したブリネル硬さ試験手順
光学的方法であるブリネル硬さ試験では、圧子によって残された圧痕 のサイズが測定されます。ピラミッド型の圧子を試料に押し込む光学式ビッカース試験方法とは対照的に、ブリネル試験は球状の圧子を使用します。
ブリネル圧子が特定のボール直径を持ち、ワークピース (試験片) の表面に規定の試験荷重を加えた場合のくぼみが大きいほど、試験される材料は柔らかくなります。
ISO6506に従って、ブリネル硬さ (HBW) を測定するために、硬質金属 (タングステンカーバイド) で作られた球状の圧子が、定義された試験力 (1 kgf から 3000 kgf の間) で試験片 (ワークピース) に押し込まれます。
ブリネル硬さの計算
ブリネル硬さ（HBW)は、加えられた試験力F（N）と、試験力を取り除いた後の試験片の残留圧痕の表面積 (圧痕の投影) の商から得られます (ブリネルの式を参照)。残留ボールのくぼみの表面積を計算するには、2 つの垂直な対角線d1とd2（mm）の算術平均dを使用します。これは、ブリネルのくぼみの底面積が完全な円形ではないことが多いためです。
実際には、硬さの値を決定するとき、式は個々の試験ごとに計算されるわけではありません。硬さの値は、表から決定することもできます。これは、特別にプログラムされた硬さ試験ソフトウェアであり、すべての規格化されたボールの直径と試験荷重の平均圧痕直径dの関数として硬さの値を表示します。
試験力は、平均圧痕直径dが0.24D～0.6Dになるように選択する必要があります。
これらの制限に準拠できるようにするには、試験荷重をボールの直径と調整する必要があります。試験力とボール直径の二乗の商が一定に保たれるブリネル試験方法内で、異なる試験力-直径指数（負荷レベルまたは負荷係数とも呼ばれます) が得られます：B = 0.102*F/D2.5つの一般的な試験力-直径係数は、1、2.5、5、10、および 30 です。ボールの直径と試験力が異なる材料の試験は、同等の試験結果を得るために、同じ試験力-直径係数内で実施する必要があります (概要表「ブリネル試験方法とアプリケーション」を参照)。
ボールの直径は、くぼみが可能な限り試験片の領域をカバーするように選択する必要があります。
規格 (ISO 6506) によると、試験荷重は、最短2秒から最長8秒以内に最終値まで増加する必要があります。通常、試験荷重の滞留時間は10～15秒です (公称時間は14秒)。滞留時間がそれ以上の場合は、秒単位の持続時間も硬度値で指定する必要があります。例：210HBW 5/250/30 (滞留時間30s).
ブリネル試験方法による硬さ試験のメリットとデメリット
ブリネル試験方法には、次のメリットがあります：
- ブリネル試験方法は、大きなボールが多くの結晶 (材料のさまざまな金属組織成分) と接触し、それによって機械的平均値を形成するため、不均一な材料 (鋳造物など) の試験に使用できます。
- 多種多様な用途に合わせて、多数な試験力とボール直径から選択できます。
- 比較的大きなテストのくぼみで、小さなビッカースくぼみよりも測定しやすいです。
- 試験片の硬さが不均一な材料や粗い粒子構造を持った材質に適しています
ブリネル試験方法には以下のデメリットがあります：
- くぼみは光学的に測定されるため、試験片の表面品質は良好でなければなりません。=テスト場所を準備する必要があることを意味します。
- 高い試験荷重 (例: HBW 10/3000) を伴うマクロ範囲での試験では、試験対象の材料が変形するリスクが高く、その結果、壁の形成による測定誤差のリスクが生じます。したがって、テストのくぼみを正しく評価するためには、良好な照明が重要です (例: リングライトを使用)。
- 非常に硬い材料の薄い試験片にこの方法を適用する際の制限 (ブリネル試験方法、最小試験片の厚さを参照)。
- ロックウェル試験方法と比較して、プロセスはかなり遅いです。テストサイクルには、試験片の準備にかかる時間を除いて、30～60秒かかります。
ブリネル硬さ試験方法と用途例
ブリネル試験方法は、鋼や鉄などの硬質金属だけでなく、軟質金属 (軽金属、鉛、スズ) の硬度試験にも適しています。
異なるボール直径と試験力を持つ材料のブリネル試験は、測定された硬度値の直接比較を可能にするために、同じ力-直径係数 (「ブリネル試験手順」) 内で実施する必要があります。
以下の表は、力-直径係数、関連する硬度範囲、および推奨されるアプリケーション (材料) によってグループ化されたブリネル試験方法を示しています。荷重係数が高いほど、この力-直径係数内の方法で試験できる、または試験すべき金属が硬くなります。最も一般的な力直径係数 (負荷係数) はHBW30です。HBW30に属する方法は、鋼や鉄などの硬質金属の試験に使用されます。
| 材料 | 方法 | 圧子 | 試験荷重(Fmax) | 負荷の程度 0.102 x F/D | 硬度範囲 HBW* |
|---|---|---|---|---|---|
| スチール/鉄 | HBW 1/30 | 1 mm | 294.2 N | 30 | 95.5-653 |
| HBW 2.5/187.5 | 2.5 mm | 1.839 kN | |||
| HBW 5/750 | 5 mm | 7.355 kN | |||
| HBW 10/3000 | 10 mm | 29.42 kN | |||
| 軽金属 銅 / アルミニウム 銅合金 アルミニウム合金 | HBW 1/10 | 1 mm | 98.07 N | 10 | 31.8-218 |
| HBW 2.5/62.5 | 2.5 mm | 612.9 N | |||
| HBW 5/250 | 5 mm | 2.452 kN | |||
| HBW 10/1000 | 10 mm | 9.807 kN | |||
| 軽金属 銅 /アルミニウム 銅合金 w/o 熱処理 | HBW 1/5 | 1 mm | 49.03 N | 5 | 15.9-109 |
| HBW 2.5/31.25 | 2.5 mm | 306.5 N | |||
| HBW 5/125 | 5 mm | 1.226 kN | |||
| HBW 10/500 | 10 mm | 4.903 kN | |||
| 軽金属 | HBW 1/2.5 | 1 mm | 24.52 N | 2.5 | 7.96-54.5 |
| HBW 2.5/15.625 | 2.5 mm | 153.2 N | |||
| HBW 5/62.5 | 5 mm | 612.9 N | |||
| HBW 10/250 | 10 mm | 2.452 kN | |||
| 軽金属 鉛/スズ | HBW 1/1 | 1 mm | 9.807 N | 1 | 3.18-21.8 |
| HBW 2.5/6.25 | 2.5 mm | 61.29 N | |||
| HBW 5/25 | 5 mm | 245.2 N | |||
| HBW 10/100 | 10 mm | 980.7 N | |||
*推奨硬度範囲acc。 EN ISO 6506-4に準拠、表2 | |||||
ブリネル試験における試験片のくぼみの最小距離と試験片の最小厚さ
- ブリネル試験方法では、くぼみは、試験片の端と個々のくぼみの間に十分なクリアランスがあるように配置する必要があります。ブリネル法では、くぼみは、試験片の端と個々のくぼみの間に十分なクリアランスがあるように配置する必要があります。
- 規格に従って遵守しなければならない最小値は、図に示されています。これは、規格によれば、試験片はブリネルボールのくぼみ深さの少なくとも8倍の厚さでなければならないことを意味します。圧痕の深さは、予想される硬度値から推定できます。これは、圧痕の平均直径に依存します。したがって、試験片の最小厚さは、平均圧子直径とブリネル圧子のボール直径の関数として導き出すことができます。ブリネルに対応する最小試験片の厚さを読み取ることができる詳細な表はこちらです：
| 平均圧痕径 (mm) | 最小試験片厚さ (mm) | |||
|---|---|---|---|---|
| ボール径(mm) | ||||
| 1.0 | 2.5 | 5.0 | 10 | |
| 0.2 | 0.12 | |||
| 0.3 | 0.18 | |||
| 0.4 | 0.33 | |||
| 0.5 | 0.54 | |||
| 0.6 | 0.80 | 0.29 | ||
| 0.7 | 0.40 | |||
| 0.8 | 0.53 | |||
| 0.9 | 0.67 | |||
| 1.0 | 0.83 | |||
| 1.1 | 1.02 | |||
| 1.2 | 1.23 | 0.58 | ||
| 1.3 | 1.46 | 0.69 | ||
| 1.4 | 1.72 | 0.80 | ||
| 1.5 | 2.00 | 0.92 | ||
| 1.6 | 1.05 | |||
| 1.7 | 1.19 | |||
| 1.8 | 1.34 | |||
| 1.9 | 1.50 | |||
| 2.0 | 1.67 | |||
| 2.2 | 2.04 | |||
| 2.4 | 2.45 | 1.17 | ||
| 2.6 | 2.92 | 1.38 | ||
| 2.8 | 3.43 | 1.60 | ||
| 3.0 | 4.00 | 1.84 | ||
| 3.2 | 2.10 | |||
| 3.4 | 2.38 | |||
| 3.6 | 2.68 | |||
| 3.8 | 3.00 | |||
| 4.0 | 3.34 | |||
| 4.2 | 3.70 | |||
| 4.4 | 4.08 | |||
| 4.6 | 4.48 | |||
| 4.8 | 4.91 | |||
| 5.0 | 5.36 | |||
| 5.2 | 5.83 | |||
| 5.4 | 6.33 | |||
| 5.6 | 6.86 | |||
| 5.8 | 7.42 | |||
| 6.0 | 8.00 | |||
