ロックウェル硬さ
ロックウェル硬さは、圧子を材料表面に押し込み、除荷後の永久押し込み深さから硬さを数値化する試験法である。初期荷重(微小荷重)を与えて基準面を定め、次いで主荷重を付与・保持し、除荷後の深さ差を指標とするため、読み取りが速く再現性に優れる。代表的スケールは金属材料の熱処理管理で多用されるHRC(ダイヤモンド円すい圧子、主荷重150 kgf)と、非鉄・軟鋼で使われるHRB(鋼球圧子、主荷重100 kgf)である。装置はダイヤルまたはデジタルで直読でき、表面仕上げや試験片厚さなどの条件を整えれば工程内検査に適する。
試験の原理
ロックウェル硬さは深さ基準で定義され、一般式はHR = N − (e/S)で表す。eは除荷後の永久押し込み増分、Sは1目盛0.002 mm、Nはスケール定数でHRC・HRAはN=100、HRBはN=130となる。微小荷重10 kgf(約98 N)でゼロ点を定め、主荷重(60/100/150 kgf)を加えて保持後に除荷し、基準点との差を読み取る。深さが小さいほど数値は大きく、硬いことを示す。
インデンタと荷重
圧子は120°のダイヤモンド円すい(通称Brale)または鋼球/超硬球である。HRC・HRAなどはダイヤモンド、HRB・HRFなどは球を用いる。標準の微小荷重は10 kgf、主荷重は60/100/150 kgfでスケールごとに規定される。薄板や表面処理品には微小荷重3 kgfと主荷重15/30/45 kgfを用いる表面ロックウェル硬さ(HR15/30/45、N/T等)が適する。
代表的スケール
- HRC：ダイヤモンド圧子＋150 kgf。焼入れ鋼や工具鋼の工程管理で最頻。
- HRB：球圧子＋100 kgf。軟鋼、黄銅、アルミ合金などに適用。
- HRA：ダイヤモンド圧子＋60 kgf。硬質薄膜や超硬合金の一部で使用。
- 表面HR(例 HR15N/HR30T)：薄板・表面層の評価向け。微小荷重系。
試験手順
- 試験面を#600程度まで研磨・脱脂し、試験機のアンビルと密着させる。
- 微小荷重を付与して基準面を設定し、主荷重を加えて所定時間保持する。
- 除荷後に指示値を直読し、規格条件内で複数点を測定して平均を得る。
換算と注意点
ロックウェル硬さからHBW(ブリネル)やHV(ビッカース)への換算は材質・組織依存性が大きく、参考値として扱う。熱処理条件や炭化物量が異なると同一HRでもHB/HVが変化するため、設計値や受入規格は原法で規定するのが安全である。公称値付近の狭い範囲で統計換算表を用いると誤差を抑えられる。
試験片条件
最小厚さは押し込み深さの少なくとも10倍を目安とする。薄すぎると支え変形で値が高めに出る。穴あき・端部・溶接ビード近傍は影響が大きく、圧痕間隔は圧痕径の3倍以上を確保する。曲面は専用アンビルで当接面を安定させ、めっきや酸化皮膜は必要に応じて除去する。
エラー要因
ゼロ点ずれ、試験機の剛性不足、アンビルと試料の汚染、圧子摩耗、油膜や酸化スケール、過大な粗さ(Ra)は代表的誤差要因である。日常点検では硬さ基準片による確認と、圧子・荷重機構の校正を行う。温度変化や振動も深さ測定に影響するため周辺環境を安定させる。
実務での活用
ロックウェル硬さは焼入れ・焼戻し条件の工程管理、受入検査、ショットピーニングや浸炭・窒化層の品質確認に広く使われる。HRCは刃物鋼や金型材の耐摩耗評価、HRBは塑性加工材の成形性指標として有用である。表面HRは薄板ばねやめっき硬化層に対し非破壊的な即時判定が可能である。
読み方と表示
表示は「HR + スケール + 値」で単位なしとする(例：HRC60、HRB80)。同じ値でもスケールが違えば意味が異なるため、必ずスケールを明記する。記録には試験機、圧子種、荷重、保持時間、試験片状態(厚さ・粗さ・方向)を添えると再現性と互換性が高まる。
関連規格
国際的にはISO 6508-1/-2/-3が定義・検証・基準片を規定し、米国ではASTM E18が広く用いられる。国内でもJISが整合規格を提供しており、試験条件・誤差許容量・基準片管理が規定される。製造現場では規格に適合した手順書で運用し、監査対応のトレーサビリティを維持する。
他法との比較
ロックウェル硬さは押し込み深さ直読で迅速、硬さの範囲も広い。一方、極薄材や微小領域にはHV/マイクロビッカースが適し、粗大組織材や鋳鉄の平均特性評価にはHBWが有利となる。選択は素材、厚さ、表面状態、評価目的(表層/バルク)で決めるのが合理的である。