硬度換算表とは? 硬さ試験の種類や換算表の見方を解説

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硬度換算表とは? 硬さ試験の種類や換算表の見方を解説

金属や樹脂など、材料の硬さを測定する試験にはいくつかの方法があり、それぞれ材料の硬さを表す方法も異なっています。これらの異なる基準で測定された硬さを換算できる表が、「硬度換算表」です。
この記事では、硬度換算表の概要や硬度試験の種類、換算表を使用する際の注意点などをご紹介します。

硬度換算表とは

素材の硬さを測定する「硬さ試験」には複数の試験方法があります。それぞれ基準となる硬度が異なるので、求めている硬度とは別の試験方法で測定された場合は、わかりにくくなることも考えられます。

このようなときにそれらの硬度を見比べ、異なる単位へと換算するために使う表が硬度換算表、または硬さ換算表と呼ばれるものです。JISハンドブックの巻末には、SAE(自動車技術者協会)によって作られた硬度換算表が参考として引用されています。

硬度換算表に記載されている硬さ試験の種類

硬さを測定する方法は、それぞれ特徴や得意とする分野が異なるため、いくつかの種類を使い分けています。各試験方法とそれぞれの特徴、それぞれが得意とする分野は以下の通りです。

・ロックウェル硬さ

ロックウェル硬さ試験は、日本国内でよく使われる押し込み式の試験方法です。ダイヤモンドまたは超硬合金の圧子を対象物に押し込み、生じたくぼみの深さから硬度を測定します。
圧子と荷重の組み合わせによって、柔らかいものから硬いものまで、さまざまな材料の測定に対応が可能です。圧子と荷重の組み合わせは「スケール」と呼ばれ、いくつかのパターンがあります。

・ビッカース硬さ

ビッカース硬さ試験では、正四角錐のダイヤモンド圧子を対象物に押し込み、くぼみの大きさを測定します。大きな荷重をかけるのが困難な薄い材質も測定できるなど、あらゆる材質の硬度測定に適用できる試験方法です。

・ショア硬さ

測定対象に向けて一定の高さからダイヤモンドハンマーを落下させ、ハンマーが跳ね上がった高さを測定するのがショア硬さ試験です。
反発力を利用して測定するので、測定物に傷がつきにくいという特徴がありますが、再現性は良好ではなく測定値のバラつきが発生しやすい点に注意が必要です。主にゴムの硬さを計測するときに使用されます。

・ブリネル硬さ

ブリネル硬さ試験は鋼球や超硬球の圧子を材料に押し付け、生じたくぼみの面積によって硬さを求める試験方法です。 くぼみが生じたときの荷重を、荷重を外したときに残っているくぼみの表面積で割った値を硬さとして求めます。このとき、使った圧子の直径と荷重を併記することが一般的です。

幅広い材質において利用が可能な試験方法ですが、くぼみが不明確で測定に誤差が生じる場合もあります。

硬度換算表の記号の意味

硬度換算表には一定の表記ルールがあり、それによってどのような条件で測定された硬さなのかを知ることができます。ここでは、換算表に記載されている記号や数値の意味を見ていきましょう。

・硬さ記号

硬さ試験はアルファベットの組み合わせで表され、HRCやHV、HS、HBなどの記号があります。これらは、どのような試験方法によって得られた硬さであるかを示すため、硬さ値の末尾に付される記号です。
それぞれ、HR(ロックウェル硬さ)、HV(ビッカース硬さ)、HS(ショア硬さ)、HB(ブリネル硬さ)のことを指します。
ロックウェル硬さでは圧子と荷重の組み合わせによってスケールが決められているため、HRA/HRB/HRCのように、使用したスケールと合わせて表記される場合が一般的です。

・硬さ値

硬さを表す値で、数字によって表記されます。例えば「60HRC」と表記されている場合は、ロックウェル硬さ試験でCスケールを使って測定したときの硬さ値が60であることがわかります。

・荷重

押し込み式の試験の場合、試験時にかけた荷重も表記されます。「600HV30」と表記されていた場合は、ビッカース硬さ試験で30kgfの荷重をかけたときの硬さ値が600であるという意味です。

硬度換算表を使用する際の注意点

硬度換算表を使用する際には、いくつか注意点があります。ここでは、硬度換算表を使用する際に気を付けたいポイントについてご紹介します。

・近似的な鋼種に適用される

鋼種には数多くの種類が存在し細分化されていますが、硬度換算表はこれらの鋼種を網羅しているわけではありません。
硬度換算表は、幅広い鋼種の中から近似的なものに適用した値を表しているものだと理解して使用する必要があります。

・一部の材料では換算できない

一部の材料は、硬度換算表で換算できない点にも注意が必要です。例えば、オーステナイト系ステンレスや冷間加工したものなどは、換算表を適用することができません。

・表面の条件が限られる

硬さ試験は、どの試験方法においても表面が滑らかであることを条件としています。荒れたり凹凸があったりする表面には適用されず、表面焼入れが施されている場合も硬さの基準が異なるため換算できません。
また、測定する材料には十分な厚みがあることなどの条件がある場合もあります。

換算表があれば硬度の換算が可能

硬度試験は、それぞれの測定に適した材料があり、分野によっては慣例的に使用される試験が決まっているケースもあります。そのような場合でも、硬度換算表があれば別の試験で得られる硬度へと換算が可能です。
ただし換算表の適用には注意点もあるため、換算表の正しい使用方法や、換算表が使用できないケースを把握したうえで活用すると良いでしょう。