ビッカース硬さ で 精密 金属加工 品質 向上 技術

ビッカース硬さ と 金属加工

ビッカース硬さ の原理と測定方法

ビッカース硬さ試験は、材料の硬さを高精度に測定するための標準的な方法です。この試験方法は1924年にイギリスのVickers社によって開発され、現在では世界中の金属加工業界で広く使用されています。

ビッカース硬さの基本原理は、対面角136°のダイヤモンド製四角錐圧子（ピラミッド型）を試料表面に一定の荷重で押し込み、その際に生じる永久的な圧痕（へこみ）の表面積から硬さを算出するというものです。この方法は特に精密な測定が求められる場合に適しています。

ビッカース硬さ（HV）は以下の式で計算されます。
HV = 1.8544 × F ÷ d²
ここで、Fは試験荷重（N）、dは圧痕の対角線の平均長さ（mm）です。結果は単位なしの数値として表され、「HV」という記号が付きます。例えば、「800 HV」のように表記します。

測定に使用される試験機には、以下の主要な構成要素があります。

• 荷重を加えるための機構
• ダイヤモンド四角錐圧子
• 圧痕を測定するための顕微鏡システム
• デジタル表示装置（最新の機器の場合）

ビッカース硬さ試験は、試験荷重によって次のように分類されます。

• マクロビッカース：試験荷重が49N（5kgf）以上
• ビッカース：試験荷重が1.96N（200gf）から49N（5kgf）まで
• マイクロビッカース：試験荷重が1.96N（200gf）未満

マイクロビッカース試験は、特に表面硬化層や薄い材料、小さな部品の硬さを測定する場合に非常に重要です。微小な荷重（一般的には0.01kgf〜1kgf）を使用することで、材料の最表面の硬さを正確に測定することができます。金属加工業界では、熱処理や表面処理の効果を評価する際に、マイクロビッカース硬さ試験が頻繁に活用されています。

ビッカース硬さ試験の利点は、単一のスケールで広範囲の硬さを測定できることと、試験片のサイズや形状に対する制約が少ないことです。このため、金属加工において、様々な製品や部品の品質管理に適しています。

ビッカース硬さ と金属材料の品質管理

金属材料の品質管理において、ビッカース硬さ試験は極めて重要な役割を果たしています。硬さ測定は、材料の機械的特性を簡便かつ非破壊的に評価できる方法として、製造プロセスの各段階で広く活用されています。

硬さと他の機械的特性には密接な相関関係があります。一般的に、硬さが高い材料ほど引張強度も高くなる傾向があります。例えば、鋼材の場合、ビッカース硬さ（HV）と引張強度（MPa）の間には以下のような近似的な関係があります。
引張強度（MPa）≒ 3.3 × HV
この関係を利用することで、硬さ測定から材料の強度を推定することが可能になります。これは特に、引張試験が困難な小型部品や複雑形状の部品の評価に役立ちます。

金属加工において、ビッカース硬さ測定は以下のような品質管理の場面で活用されています。

1. 熱処理の評価：焼入れ、焼戻し、焼なましなどの熱処理効果を確認するために、処理前後の硬さを比較します。例えば、焼入れ深さや焼戻し状態の均一性を評価することができます。
2. 材料の同定：異なる材料や合金は、特徴的な硬さ値を示します。これを利用して、未知の材料の同定や混入