ヌープ硬さ試験 (HK) をマイクロ硬さ試験に使用する

ヌープ硬さ試験 (HK)

ヌープ硬さ試験は、マイクロ硬さ試験範囲におけるビッカース試験の代替となる試験です。このページでは、ヌープ硬さ試験について詳しく説明し、実用的な使い方を知ることができます。

ヌープ硬さ試験の特長：

• セラミックなど脆性材料向けマイクロ硬さ試験
• 被膜などの小さく伸長された領域により適しています。
• 適用可能な規格：ASTM E384、ISO 4545、JIS Z 2251

ヌープ硬さ試験の詳細

ヌープ硬さ試験は、微小硬さ範囲におけるビッカース試験の代替となる試験で、同じユニバーサルまたはマイクロ硬さ試験機で実行できます。試験力の大きい試験方法だと亀裂が入ってしまう脆性材料や、薄層の試料に最適な試験方法です。



ビッカース硬さ試験と同様に、ヌープ硬さ試験で使用される圧子はピラミッドダイアモンドです。形状は、一方の対角線長さが長い、ひし形のダイヤモンド圧子です。ヌープ硬さ（HK）は、圧子の対角の長さを光学装置で測定することで算出されます。

ヌープ硬さの算出方法

ヌープ硬さ（HV）は、ダイアモンド圧子が残した庄痕の最も長い対角線を光学装置で測定して算出します。次に、測定された圧痕を標準の計算式または参照表を使用して硬さ値に変換します。最新の硬さ試験機は、内蔵ソフトウェアにより HK 値を自動で計算・表示します。

HK = 1.451 F/d^2

HK：ビッカース硬さ

F：試験荷重（gf）

d：長い方の対角線の長さ (mm)

• 試験荷重範囲：1 gf ～ 2 kgf​

ヌープ荷重

対角線の長さが 20 μm 未満の場合は、測定値の精度が下がるため、ヌープマイクロ硬さ試験は適しません。

• 押込時間：10～15秒
• サンプル厚 ASTM：押込み深さの、少なくとも10倍
• サンプル厚 ISO：長い方の対角線の少なくとも 1/3 の長さ

ヌープ‐ビッカース硬さ試験機のカタログをダウンロード

ヌープ硬さを測定する 6 ステップ

電動ステージを備えた デュラビスタ-40 硬さ試験機の使用：

• ステージに試料を乗せます。​
• マウス操作で試験位置を移動できます。​
• オートフォーカスを押すか、スクロールして焦点を定めます。​
• 試験力を選択します。​
• 対物レンズを選択します。​
• 試験を開始します。​

圧痕の間隔

ヌープ圧痕は硬さを測定するだけでなく、試験箇所周辺の材料構造も変化させます。規格は隣接する試験箇所の相互作用を回避し、正確な硬さ値を確保するために、圧痕間の特定の間隔を規定しています。

エッジ間隔： 平行方向の場合は短い対角線 ≥ 3.5×、垂直方向の場合は長い対角線 ≥ 1×。

圧痕間： 横方向の圧痕の場合は短い対角線 ≥ 3.5×、端から端までの圧痕の場合は長い対角線 ≥ 2×。サイズが異なる場合は、大きい方の圧痕を使用します。

対角線長さ

ビッカースと同様に、ヌープ規格は最小対角線幅 20 µm を規定しています。

ヌープ硬さ試験の試料作製

試料

試料は、マイクロ硬さ試験機に設置する前に適切に作製する必要があります。表面仕上げの要件は、加えられる試験荷重によって異なり、試験荷重が低いほど、より微細な表面仕上げが求められます。

• 小さいヌープ圧痕の正確な測定を保証するためには、試験面を機械研磨または電解研磨する必要があります。​

装置

信頼性の高いトレーサブルな結果を確保するために、ヌープ硬さ試験機は、認定された校正ラボによる検証と校正を少なくとも毎年実施する必要があります。直接校正の合間に、オペレーターは既知の硬さ値を持つ認証済みの基準片を使用して定期的に間接検証を行うことをお勧めします。

環境

すべての硬さ試験方法の中で、ヌープ試験とビッカース試験は、特にマイクロ硬さ測定を行う場合、衝撃や振動に最も敏感です。正確で再現性のある結果を確保するには、機器を安定した硬い表面に設置する必要があります。周辺機械、歩行者、その他の外部からの振動は、可能な限り最小限に抑えるか、排除する必要があります。​

ISO および ASTM 規格では、動作温度を 10 °C から 35 °C の間に指定しています。

オペレーター

オペレーターは、試料が正しく配置され、試験サイクル全体を通じて安定していることを確認する責任があります。材料の変形による測定誤差を防ぐために、圧痕は試料の端から十分に離して配置する必要があります。

一般的なガイドラインとして、​

• 隣接する 2 つの圧痕の中心間の距離は、鉄鋼および銅合金の場合、対角線長さ（3d）の 3 倍以上である必要があります。
• 軽金属の場合、距離は対角線の長さ（6d）の 6 倍以上である必要があります。
• 圧痕と試験片の端との間の距離は 2.5d から 3d でなければなりません。ここで d は平均の圧痕対角線長さです。

特定の用途については、必ず関連するビッカース試験規格を参照して、必要な間隔と試験条件を確認してください。

ヌープ試験方法とセラミック

セラミック材料の場合、多くの場合、ヌープ硬さ試験は優先される硬さ試験方法です。細長く浅い圧痕形状により、正確な測定が可能になり、ビッカース試験などの深い圧痕で発生する可能性のある亀裂形成のリスクを最小限に抑えます。

ヌープ圧痕は非常に小さいため、正確な結果は優れた試料作製に大きく依存します。圧痕先端の明確な検出と信頼性の高い硬さ計算には、精研磨が不可欠です。ストルアスは、一貫した高品質の測定結果を確保するために、セラミック専用のさまざまな試料作製方法を開発しました。

当社のセラミック試料作製方法をご覧ください

コーティングおよび表面層用のヌープ硬さ試験

ヌープ硬さ試験方法は、高度なコーティングや表面処理の評価に特に適しています。

ヌープ試験方法の主な利点の一つは、その細長い圧痕形状です。これにより、コーティングされた試料や拡散層の断面など、他の試験方法には狭すぎる領域で硬さ測定を行うことができます。

ヌープ圧痕は比較的狭いため、多くの場合、コーティング断面などの利用可能な試験領域を超えることなく、より高い試験力を使用できます。これにより、より大きな圧痕が生成されるため、評価が簡素化され、硬さ測定の信頼性が向上します。

さらに、ヌープ試験は薄い表面コーティングの評価に広く使用されています。浅い圧痕深さにより、塑性変形は主にコーティング層内に集中し、その下の（軟らかい）基材への影響を最小限に抑えています。このため、ヌープ法は、基材への影響を避ける必要がある電解めっき、PVD、CVD、陽極酸化処理、各種の工学的表面コーティングの真の硬さを測定するのに最適な方法です。これらの材料の一部では、コントラストが低いと圧痕の測定が難しくなることに注意してください。

ヌープとビッカース硬さ試験の比較

ヌープまたはビッカースマイクロ試験のどちらを使用するかは、以下の内容を考慮して選択します。

• ヌープ圧子の押込み深さはビッカースの約半分程度のため、セラミックスなどの脆性材料に適しています。
• ヌープ試験の場合、圧子はあまり深く押し込まれないため、試験面の状態が硬さ試験値に大きく影響します。
• ヌープ硬さ試験の、圧痕の長い方の対角線はビッカース硬さ試験の圧痕の対角線の、3.0倍の長さです。このことから、ヌープ圧子を読取る場合の読取誤差が小さくなります。これは、圧痕が小さい場合（試験力が低い、材料が硬い）ほど、より影響が大きくなります。
• 圧子形状の特徴により、ビッカース試験の方が小さく丸みのある領域に適し、ヌープ試験は被膜などの小さく伸長された領域に適しています。
• いずれの試験も同じマイクロ硬さ試験機で実施できます。

ビッカース硬さ試験に関する詳細はこちら

ラボ向けのヌープ硬さ試験機をご覧ください

ヌープ硬さ試験は、薄いコーティング、セラミック、試料のエッジ付近での精密な硬さ測定に最適です。ヌープスケールは、さまざまな材料にわたって正確で比較可能な結果を提供し、品質管理、研究開発、材料分析に最適です。

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