強靭性 （きょうじんせい） ［ｋ30］
強靭性の評価は、シャルピー試験による衝撃試験値や抗折試験による抗折力や吸収エネルギー、引張試験による「伸び・絞り値」の大きさ・・・などで評価されます。
機械構造用鋼の調質品では、シャルピー衝撃試験はJIS3号の2mmUノッチの形状の試験片がよく用いられますし、引張試験では、JIS4号の試験片を使用して評価される場合が多いようです。
しかし、焼入れした工具鋼のように、40HRCをこえるような高い硬さになると、これらの試験での評価が難しくなってきます。ここでは、これについて説明します。
高合金工具鋼などでは、高い硬さでの強靭性の程度は製品の優劣を決めるポイントになるので、材料を比較する試験として、強靭性を評価することは大切です。
工具鋼の強靭性については、シャルピー衝撃値などで衝撃じん性値が高いかどうかを評価されることが多いのですが、高い硬さでのシャルピー衝撃値の数値も小さいし、非常に結果がばらつくので、評価も簡単ではありません。
そのために、日立金属（株）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って、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。 しかし、硬くて強靭な鋼は優秀な証ですので、無理は承知で高い硬さの衝撃試験や抗折試験をするケースも多々ありますが、結構危険です。
高硬度材の衝撃試験
シャルピー衝撃試験用の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、高い硬さになると結果の数値は小さくなりますし、さらには試験値の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ノッチの試験片が用いられる場合があります。
これらはJISには規定されていない試験片形状で、10R・Uノッチ（じゅーあーる・ゆーのっち）と呼んでいますが、下図のような試験片形状のもので試験します。
古くから日本特殊鋼（後に大同特殊鋼と合併）が12Rでの試験が行われていたデータが多くありましたし、日立金属では古くから10Rノッチでの試験を行っていたようですが、現在は、他の国内メーカーも、日立金属に沿った10Rシャルピー試験を行うようになっています。
これは、2mmUノッチのものよりも試験数値が大きくてばらつきも少ないという理由からですが、試験片の加工による影響は避けられないので、無ノッチ（ノッチのついていない）の試験を重視するメーカーもあるなど、ともかく高硬さの試験はけっこう大変な試験であることに変わりません。
10R試験片（協力：第一鋼業）
そして当然のことですが、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り、シャルピー値の比較はできないという欠点がありますので、じん性値の数値比較をする場合は、気をつけないといけません。
また、これらの試験方法は特に決まっていないので、同じ条件で少なくとも3本の試験片を作って試験をした平均値で評価していましたが、非常に大きく数値がばらつくために、平均値で評価していいかどうかも問題に感じていたのですが、60HRCを超える高硬さ材の比較では、シャルピー試験ではなくて、日立金属（株）では抗折試験で評価していることも分かる感じがします。とにかく難しいです。
この抗折試験ですが、日立金属では、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ｋｇ）ｘ曲げ（距離ｍ）から、それを「吸収エネルギー」として、それをじん性の程度として評価しています。
ただ、じん性値の評価は簡単ではなく、このような試験のやり方で大きく変わるだけでなくて、材料にかかわる「特性」によって大きく変わります。
例えば、高硬さ品のじん性評価試験においては、「材料の方向性」の影響が大きいので、試験片の採取方向（及び採取位置）によって数値が大きく変わるということは知っておくのがいいでしょう。
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シャルピー試験片に荷重をかけて試験するのが基本です。 この材料取り（試験片の材料方向）を間違えると、とんでもない値が出てしまいます。
鍛伸方向を長手に取るのを便宜的に「L方向の試験」と呼んでおり、このようにすると衝撃値は比較的大きな値で安定しますので、各社の試験でも、このような試験片のとり方で試験するのが通常の方法です。
ちなみに、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。 つまり、鍛伸方向が非常に重要であるということです。
話はそれますが、材料の方向性をうまく使うことも工具寿命に関係しますし、無方向性というのが良いという考え方も当てはまりません。
このように、通常、カタログなどに示される値は、最も条件の良い状態での試験値が示されているのですが、実際の品物が、これらに示された値であるはずがありません。
例えば、大きな品物から試験片を切り出して試験をする場合には、鍛錬比や方向性はテストピースの場合とは全く異なるので、カタログなどに示されている値の1/2や1/3程度以下になるのは当然です。
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という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強靭性の評価試験は特殊なものですので、JISなどの規定もなく、そのために、各材料メーカーでは、試験方法を自社で標準化して評価しているのが現状です。
このために、数社の鋼材の強靭性評価をする場合は、単純にカタログに記載された結果だけで比較してはいけません。
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