機械試験(きかいしけん)       [k23]

【用語の意味】
硬さ、じん性、強さなどの機械的性質を調べる試験。引張試験、衝撃試験など。

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【補足説明】

JISやその他の団体規格等には様々な機械試験に関して、試験機、試験方法、試験片などが規定されています(ここでは個々についての説明はしていません)ので、通常はそれに沿って試験をします。

熱処理で取り上げられることの多い試験は、引張、衝撃、疲労、摩耗、その他の耐用試験・・・などがあります。高硬さのものを扱うことの多い工具鋼鋼材の評価では、同じ試験方法であっても、試験機や試験条件、試験片形状、試験片の採取位置などが異なると、相関や互換性がなくなるものが多いので、試験結果を比較する場合は注意しておかなくてはなりません。

鋼材のカタログなどには「標準熱処理条件における試験値と硬さの関係」が示されるものが多いので、その試験データを利用して鋼材の機械特性を推定することに広く利用されています。

元来、引張・圧縮などの「強さ」の代替値である「硬さ」は、測定が簡単で非破壊試験ですので、通常の熱処理検査ではほとんどは「硬さ試験」のみしか行われていないのが現状です。このため、硬さと機械的性質の関係を意識していることはいろいろなことに役立ちます。

とはいえ、実際の品物では硬さ範囲を決めて熱処理をすることになるのですが、さらに様々な要素が加わるので、その硬さ範囲を決めることも簡単ではなく、最終的には経験的に硬さ値の範囲を決めたり調整したりすることも多いのが実情です。

熱処理と機械試験値
S40C調質での引張試験値SKD11のねじり衝撃値 大同特殊鋼

熱処理をすることで機械的性質を変えることができます。多くは、硬さとの関係が示されているものが多いのですが、これらの図表を深読みすることで、製品品質を安定させることができます。

上記の図中、S40Cの例で見ると、少し試験する寸法が異なると、衝撃値の変化が見られることや、SKD11(右図)常用される60HRC程度の硬さでは、意外と引張強さが低いことが示されています。
これらは、熱処理で変化する機械的性質ですが、一般的には、硬さを高めると、引張強さ、耐力などは上昇し、衝撃値は減少します。

しばしば間違って「焼入れをした硬くなった鋼は、「外力を受けても曲がりにくくなる」とか「変形しにくくなる」 という説明や解説をする人がいるのですが、この表現は微妙です。

これは、理科や「ハリとたわみ」などで習った物理的性質の内容で、熱処理によってはほとんど変化しないもので、SS400の軟鋼と60HRCに熱処理した鋼でつくった1cm角の棒を橋のように渡して置くと、どちらのたわみも変わりません。

耐摩耗性についても、硬さが高いと耐摩耗性は高いのですが、たとえば、カミソリなどの鋭利な刃物では、できるだけ硬さを上げるのがよさそうに思いますが、 硬さを高くすれば「もろく」なって、小さな欠けが発生して、急激に寿命が短くなることも多いのです。シッタカさんにならないように注意しないといけません。


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