4.1 ブリネル硬さ

4.1 ブリネル硬さ(Brinell hardness HB)

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1.ブリネル硬さとは

ブリネル硬さは、1900年、スウェーデンの技術者J. A. Brinell (ブリネル)氏によって考案され、その年にパリで開催された万国博覧会に試験機が展示されて、注目を集めました。
ブリネル硬さは、焼きの入った鋼球もしくは超硬合金球を試料に一定の荷重で押込み、その時にできたクボミの表面積を、押込み荷重で割った値で求められます。SI単位の場合は、常数を掛けて求めます。ブリネル硬さは応力と同じ次元を持っていますが、単位は付けないで表されます。

ブリネル硬さの測定用の球は圧子と呼ばれます。従来は焼入れした鋼球(HBS)と超硬合金球(HBW)の双方が用いられてきましたたが、現在のJIS規格(JIS Z2243)では超硬合金球(HBW)のみを認められています。

 

2. ブリネル硬さの定義

試験力F(N),圧子直径D(mm),くぼみの平均直径d(mm)のとき、次式により求められます。

図4.1.1 ブリネル硬さの原理

\(HBW = 0.102 \times \displaystyle\frac{ 2F }{ \pi D ( D – \sqrt{ ( D^2 – d^2 )}) } \)

\( d = \displaystyle\frac{ d_{ 1 } + d_{ 2 }}{ 2 } \)

ここで
F:試験力(N)
D:圧子直径(mm)
d:くぼみの平均直径(mm)
d1,d2:おおよそ90°で測定したくぼみの直径(mm)

ここで、力の単位がkgfの場合は、0.102(=1/9.80665)の係数が不要です。
加圧保持時間は規定の試験力に到達してから10~15sに規定されています。

また、ブリネル硬さの表示は、次の例に示すように表示されます。

 

3.  負荷荷重と圧子寸法

負荷荷重と圧子寸法についての組合せ(硬さ記号)は表4.1.2のようになります。

表4.1.2 硬さ記号(試験力と圧子直径との組合せ)   JIS Z2243-1

表4.1.3は、よく使用されるブリネル試験法と、それぞれに適用される材料、硬さ範囲をまとめたものです。ブリネル試験は、主に4つのサブグループ(HB30、HB10、HB5、HB2.5)に分類されます。同じサブグループ内の試験法は、試験荷重/直径の比率(0.102F/D2)が同一であり、それぞれのグループによって適した材料が異なります。サブグループが異なる試験法同士では測定値から得られる硬さが異なるため、測定されたブリネル硬さは同一のサブグループ内でしか比較することができません。

表4.1.3 硬さ記号とサブグループ   JISZ2243-1

 

各サブグループ間で硬さについてその関係を見ていきましょう。文献等を探索したのですが、そのものずばりのものはなく、かろうじてHB30(HBW/HBS)とHB5(HBS)についての比較表が見つかりました(表4.1.4)。根拠がわからないのですが複数のサイトで同様の値が示されているので、欧米では一般的なものと考えても好いかと考えます。

表4.1.4 ブリネル硬さ HB30とHB5との比較   Wilson Hardness Civersion Chart

 


 

まとめ

・ブリネル硬さは工業的な硬さの評価機として、最も早く発表されました。バルク材の硬さの測定に使用されます。

・ブリネル硬さの算出は次式によります。

\(HBW = 0.102 \times \displaystyle\frac{ 2F }{ \pi D ( D – \sqrt{ ( D^2 – d^2 )}) } \)

・ブリネル硬さの試験法は、材料種別ごとに4つに分けられたサブグループを考慮して、決める必要があります。

 

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硬さ入門INDEX

4.硬さの測定方法
 4.1ブリネル硬さ
 4.2ロックウェル硬さ
 4.3ビッカース硬さ
 4.4ショア硬さ
 4.5その他の測定方法
  (1)ヌープ硬さ
  (2)スクラッチ硬さ
  (3)モース硬さ
  (4)やすり硬さ
  (5)鉛筆硬度

 

 

 

 

参考文献
鋼・熱処理アラカルト  大和久重雄  日刊工業新聞社
JIS B2243-1 ブリネル硬さ試験-第1部:試験方法
BUEHLER (USA) ;  Wilson Hardness Civersion Chart

 

引用図表
図4.1.1 ブリネル硬さの原理   ORG
表4.1.2 硬さ記号(試験力と圧子直径との組合せ)   JIS Z2243-1
表4.1.3 硬さ記号とサブグループ   JISZ2243-1
表4.1.4 ブリネル硬さ HB30とHB5との比較   Wilson Hardness Civersion Chartより抽出

 

MOD:2021/05/17
REV:2019/3/14; サブグループ間の硬さの比較を追加