硬さ試験におけるデジタル技術

Sep 26, 2023

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硬度試験は、迅速かつ効率的な方法で定量的な測定を提供するために開発された単純な機械的試験です。 硬度試験は、引張強度と相関関係がありながら、必要な時間と労力が大幅に少なく、比較的非破壊的であるため、引張試験などの他の技術の代わりに使用されます。

20 世紀初頭にウィルソンが最初にロックウェル テストを開発したとき、テストの速さによりこの技術の急速な採用が促進され、生産ライン製造の成長と、当時の戦争遂行に必要なコンポーネントの大量生産がサポートされました。 長年にわたってさまざまな種類の硬さ試験技術が開発されてきましたが、最も一般的な例はロックウェル試験、ビッカース試験、ヌープ試験、ブリネル試験です。 それぞれに独自の利点と制限がありますが、テストの速度、精度、再現性により、今日の品質管理環境での地位を獲得しています。

デジタル時代により、硬度試験技術にはすでに多くの変化が生じています。 ロードセルは主に分銅に取って代わりました。 現在、機械制御はモーター駆動で行われることが多くなっています。 必要に応じて、インデントの視覚的な測定が自動的に行われ、人間の介入なしに自動的に位置が特定され、焦点が合わせられ、測定されます。

図 1: 20 世紀初頭のロックウェル硬さ試験機。 画像出典: ビューラー (画像をクリックすると拡大します。)

これらの分野での自動化の追加により、単一硬度のインデントの再現性と再現性の両方が新たなレベルに引き上げられ、設計の限界を押し広げ、製造品質をより正確に管理できるようになりました。 デジタル時代のもう 1 つの側面は、硬度インデントの自動配置の導入です。 これは当初、歯車の表面熱処理などの特定の用途によって推進されました。この用途では、硬い表面層と柔らかい内部構造の組み合わせにより、歯車コンポーネントが耐摩耗性だけでなく、使用中の高い応力や疲労にも耐えることができます。 コンピュータ化により試験片の移動の自動化が導入され、硬度の変化をより迅速に評価し、熱処理プロセスで十分な硬化深さが確保されるようになりました。

図 2 – フィラール線によるビッカース インデント。 画像出典: ビューラー (画像をクリックすると拡大します。)

図 3 – 硬化深さの測定。 画像出典: ビューラー (画像をクリックすると拡大します。)

いつもそうなのですが、新しいテクノロジーは新しい機会を生み出します。 硬度試験機の最新のコンピューター制御は、単一のくぼみを作成する以上に進歩しています。

最良のソフトウェア パッケージは、潜在的なテストの問題を強調表示したり、テスト対象のさまざまなコンポーネントに合わせてテスト プログラムを適応させたりするための多くのツールを提供します。 試験片のエッジを自動的に検出する機能、関心領域をスキャンする機能、くぼみパターンを正しい位置にスナップする機能、配置を確認してオンザフライで調整する機能などはすべて、多大な労力をかけずに変化する要件に適応する使いやすさと多用途性を提供します。オペレーター。

サンプルを「スキャン」し、くぼみのコラージュを作成して、材料の硬度の変化に関する豊富な詳細情報を提供できるようになりました。 作成された硬度マップは文字通りあらゆる試験データに新しい次元を追加し、熱処理プロセスの定性的評価を迅速に提供し、詳細な検査が必要な場合には詳細な定量的データを利用できます。 図 4 はギアの歯の硬度マッピングを示しており、これにより硬度侵入の深さを瞬時に確認し、問題を視覚化することができます。 これは品質管理環境では必ずしも必要なわけではありませんが、開発、故障分析、新しい製造プロセスの設定、または最高仕様の品質管理では、この種の分析は非常に貴重です。 硬度マップを視覚化し、最大および最小の硬度値を設定し、異常なくぼみを迅速に特定する機能により、これらのプログラムは非常に使いやすくなっています。 ユーザーが ASTM および ISO 仕様に準拠するのに役立つツールもあります。 たとえば、仮想インデント サイズ オーバーレイを使用すると、ユーザーは最小インデント間隔のコンプライアンスを簡単に評価できます。