強靭性 (きょうじんせい)    [k30]

強靭性を評価する指標には、シャルピー試験による衝撃試験値や抗折試験による折れにくさ、引張試験による「伸び・絞り値」の大きさによる評価・・・などがあります。

工具鋼の強靭性については、シャルピー衝撃値などの衝撃じん性値が高いかどうかという意味が強いのですが、高い硬さでのシャルピー衝撃値の評価(や試験)が難しいので、日立金属では、高硬さのものについては、抗折試験での抗折力や曲げ値を吸収エネルギーの大きさとしてじん性値を評価している例もあります。


一般的には、硬さと強靭性は逆の関係があり、硬さを上げると強靭性は低下するという傾向があります。

高硬度材の衝撃試験

シャルピー衝撃試験は、試験片の加工は大変ですが、試験自体は簡便なこともあって、工具鋼などの高硬度材についてもそれを測定する場合も多いのですが、高い硬さになると数値が小さくなり、さらにばらつきが大きくなるので、55HRC以上のものを試験する場合には、構造用鋼などの試験で用いられる2mmUノッチ(3号試験片)の試験ではなく、無ノッチや10R・Uノッチなど、JISにはない試験片形状で行われる場合が多いようです。

10R・Uノッチ(じゅーあーる・ゆーのっち)は、下図のような試験片形状ですが、古くは日本特殊鋼(後に大同特殊鋼と合併)が12Rでの試験が行われており、日立金属が10Rでの試験を行っていたようですが、現在は、日立金属に沿った10Rシャルピー試験が広く行われています。

当社の参考図

しかし、このように、試験片形状や試験方法が変わると数値間の相互関係性は無くなるので、シャルピー値の比較はできないという欠点があります。

また、シャルピー試験での値は数本の試験をして、その平均で評価されることが多いのですが、非常に数値がばらつくために、60HRCを超える高硬さ材の比較では、φ5x50程度の、小さな試験片を用いた、抗折・曲げ試験を行い、その抗折力(破断荷重)x曲げ(距離)を「吸収エネルギー」として評価されている場合もあります。(日立金属など)

じん性値は、試験のやり方だけでなく、材料の特性で大きく変わります。

特に、高硬さ品のじん性評価試験においては、「材料の方向性」の影響が大きく、試験片の採取方向(及び採取位置)で大きく変わります。

カタログなどに示された値は、充分に鍛造した材料から伸延方向に試験片をとり、繊維方向を直角破断するように荷重をかける方向をとるというのが基本です。

通常の試験片の採取方向は、鍛伸方向を長手に取るのは一般的で、これを便宜的に「L方向の試験」と呼びます。

この条件での衝撃値は大きくて安定しやすいことから、各社の試験でも、このような試験片のとり方をされています。

L方向ではなく、圧延方向に直角に試験片をとった場合を「T方向の試験」といいますが、この場合には、鍛伸の影響を大きく受け、衝撃値はL方向の値の半分程度の値になります。(鍛伸方向が非常に重要であるということです)

また、同様に、品物の実体から試験片を切り出して試験をする場合に、しっかり鍛錬したL方向のシャルピー値と比べると、その半分以下の値になって、カタログなどに示されている値と大きくかけ離れる場合があります。

これは、品物の強靭性が低いということではなく、カタログなどの値と実際の品物では、衝撃試験片の調製や採取方法によって違った値になっているだけですので、実際の強靭性評価をする場合には、このように、驚くほど低い値になる場合が多いことを知っておく必要があります。

このように、工具鋼の高い硬さの試験は特殊なものですので、JISなどの規定もないので、各材料メーカーでは、試験方法を標準化して評価しています。

このようなものであるために、材料のじん性値の比較がある程度の範囲でできるのですが、高硬度の材料の優劣判定などをするには難しい点が多いようです。



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