(57)【要約】【課題】本発明は、従来にない作用効果を発揮する実用性に秀れた硬さ評価方法を提供することを目的とする。【解決手段】合金材料から成る被験体の表面の深さ方向への硬さ分布を確知して該被験体の硬さを評価する硬さ評価方法であって、前記被験体に球状の砥粒を圧搾空気と共に噴射して該被験体を減少させ、この被験体の減少量と該減少に要した砥粒の量若しくは時間との因果関係を確認し前記被験体の表面の深さ方向への硬さ分布を確知して該被験体の硬さを評価する硬さ評価方法となる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金材料から成る被験体の表面の深さ方向への硬さ分布を確知して該被験体の硬さを評価する硬さ評価方法であって、前記被験体に球状の砥粒を圧搾空気と共に噴射して該被験体を減少させ、この被験体の減少量と該減少に要した砥粒の量若しくは時間との因果関係を確認し前記被験体の表面の深さ方向への硬さ分布を確知して該被験体の硬さを評価することを特徴とする硬さ評価方法。
【請求項２】
請求項１記載の硬さ評価方法において、前記砥粒として平均粒径約３０μｍ以下の砥粒を採用したことを特徴とする硬さ評価方法。
【請求項３】
請求項１，２いずれか１項に記載の硬さ評価方法において、前記被験体に、液体に前記砥粒が混入された噴射材を圧搾空気と共に噴射することを特徴とする硬さ評価方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項に記載の硬さ評価方法において、前記砥粒のヤング率と前記被験体のヤング率とが下記の式で表されたものであることを特徴とする硬さ評価方法。
記
砥粒のヤング率／被験体のヤング率≦２
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項に記載の硬さ評価方法において、前記被験体の表面から１００μｍ以下の深さまでの部位を評価対象とすることを特徴とする硬さ評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合金材料から成る被験体の表面の深さ方向への硬さ分布を確知して該被験体の硬さを評価する硬さ評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、合金材料から成る被験体の硬さ評価方法として、ビッカース、ロックウェル、ブリネルなどの方法があり、いずれの評価方法も被験体を押圧して生じた窪みの状態をもとに硬さの評価を行う硬さ評価方法である。
【０００３】
ところで、これらの評価方法により、被験体の表面の深さ方向への硬さ分布を確知して該被験体の硬さを評価する場合、いずれの評価方法も、被験体の切断面（傾斜面を含む）を形成して表面からの各深さ位置の硬さを求め硬さ分布を得ることになるが、この被験体の切断面の形成が難しく作業性が極めて悪い。特に、被験体が薄くなると断面形成が困難になることに加えて、形成された断面の面積が少な過ぎて評価が困難ともなる。
【０００４】
従って、合金材料から成る被験体の表面の深さ方向における硬さ分布を薄い表面層においても、簡易且つ良好に確知して該被験体の硬さを評価できる硬さ評価方法の提案が要求されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、前述したような合金材料から成る被験体の表面の深さ方向への硬さ分布を確知して該被験体の硬さの評価を効率的に行うにはどのようにすべきかについて研究を進めた結果、従来にない作用効果を発揮する実用性に秀れた硬さ評価方法を開発した。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【０００７】
合金材料から成る被験体の表面の深さ方向への硬さ分布を確知して該被験体の硬さを評価する硬さ評価方法であって、前記被験体に球状の砥粒を圧搾空気と共に噴射して該被験体を減少させ、この被験体の減少量と該減少に要した砥粒の量若しくは時間との因果関係を確認し前記被験体の表面の深さ方向への硬さ分布を確知して該被験体の硬さを評価することを特徴とする硬さ評価方法に係るものである。
【０００８】
また、請求項１記載の硬さ評価方法において、前記砥粒として平均粒径約３０μｍ以下の砥粒を採用したことを特徴とする硬さ評価方法に係るものである。
【０００９】
また、請求項１，２いずれか１項に記載の硬さ評価方法において、前記被験体に、液体に前記砥粒が混入された噴射材を圧搾空気と共に噴射することを特徴とする硬さ評価方法に係るものである。
【００１０】
また、請求項１〜３いずれか１項に記載の硬さ評価方法において、前記砥粒のヤング率と前記被験体のヤング率とが下記の式で表されたものであることを特徴とする硬さ評価方法に係るものである。                                                            
記
砥粒のヤング率／被験体のヤング率≦２
【００１１】
また、請求項１〜４いずれか１項に記載の硬さ評価方法において、前記被験体の表面から１００μｍ以下の深さまでの部位を評価対象とすることを特徴とする硬さ評価方法に係るものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は上述のようにしたから、合金材料から成る被験体の表面の深さ方向への硬さ分布を簡易且つ良好に確知して該被験体の硬さを評価することができる実用性に秀れた硬さ評価方法となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】被験体の化学成分を示す表である。
【図２】被験体の熱処理条件及びビッカース硬さを示す表である。
【図３】本発明者が提案する従来評価方法の評価結果を示すグラフである。
【図４】本実施例の硬さ評価結果を示すグラフである。
【図５】本実施例の硬さ評価結果を示すグラフである。
【図６】本実施例の硬さ評価結果を示すグラフである。
【図７】本実施例の硬さ評価結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００１５】
本発明者は、特開２０１０−２３７０７１号に開示される、被験体に砥粒を繰り返し噴射して減少させる表面特性評価方法（以下、従来評価方法）を提案している。
【００１６】
即ち、この従来評価方法は、被験体の表面に砥粒を噴射して表面を摩耗させ、摩耗進行速度が材料強さに応じて異なることを応用して材料表面の強さを評価する技術であり、被験体に砥粒を噴射して該被験体を減少させ、この被験体の減少と該減少に要した砥粒の量との因果関係を確認して該被験体の表面の特性を評価することができるものである。
【００１７】
本発明者は、この従来評価方法であれば被験体の表面の深さ方向の各部位における特性を簡易に把握できる点に鑑み、この従来評価方法は被験体の表面の深さ方向への硬さ分布を確知して該被験体の硬さを評価する硬さ評価方法として有効ではないかと考えた。
【００１８】
ところが、実際に従来評価方法で硬さ評価を行ったところ、被験体が純金属の場合には有効であるが、合金材料の場合には不十分であることが判明した。即ち、この従来評価方法により純金属の被験体の表面の深さ方向への硬さ評価を行ったところ、ビッカース硬さとの相関関係があることが確認できたが、被験体が合金材料の場合、ビッカース硬さとの相関関係が得られなかったのである。
【００１９】
具体的には、ビッカース硬さの異なる７つの純金属（Ａｌ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｗ）と、図１に図示した組成の合金材料（ＳＫ８５工具鋼）に対して異なる条件の熱処理を施すことでビッカース硬さを異ならせた５つの被験体を用意し（図２参照）、この各純金属と各被験体に対して液体に砥粒が混合された噴射材を圧搾空気と共に噴射して評価を行った。
【００２０】
その結果を示した図３のグラフからも分かるように、各純金属の場合にはビッカース硬さとの相関関係があり、有効と判断できるが、合金材料（ＳＫ８５工具鋼）の場合にはビッカース硬さとの相関関係が無く、よって、硬さ評価方法としては直ちに採用できないことが判明した。
【００２１】
これは、合金材料の場合、組織内は硬さの異なる部位が混在しており、比較的柔軟な部位から優先的に減少させられる為、ビッカース硬さとの相関関係が無くなってしまうのではないかと推測した。
【００２２】
そこで、本発明者は、液体に球状の砥粒を採用することを着想した。即ち、被験体に衝突した際に角（点）で接触して微小部分的に削り力が作用する角状の砥粒に対し、球状の砥粒は被験体に円弧（面）で接触して適当な大きさの面積に均等に削り力が作用することになり、更に、球状の砥粒の衝突面には削り力作用だけでなく、塑性変形や変形硬化が複合して作用するのではないか推測し、球状の砥粒を採用すれば、比較的柔軟な部位が優先的に減少させられるという現象が妨げられ、よって、合金材料に有効となるのではないかと考え、球状の砥粒を圧搾空気と共に噴射したところ、合金材料であっても純金属の場合と同様、ビッカース硬さとの相関関係があることを図４の結果から確認した。
【００２３】
本発明は、以上の事実及び結果をもとに創出されたものであり、被験体に球状の砥粒を圧搾空気と共に噴射し、被験体の減少量と該減少に要した砥粒の量若しくは時間との因果関係を確認し被験体の表面の深さ方向への硬さ分布を確知して該被験体の硬さを評価するものである。
【実施例】
【００２４】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００２５】
本実施例は、合金材料（例えば構造用合金や工具鋼など）から成る被験体の表面の深さ方向への硬さ分布を確知して該被験体の硬さを評価する硬さ評価方法であって、被験体に球状の砥粒を圧搾空気と共に噴射して該被験体を減少させる噴射部を具備した従来評価方法に用いる評価装置と同構造の評価装置に、特別に研究開発した砥粒を用いた場合である。
【００２６】
具体的には、特開２０１０−２３７０７１号に公開された装置と仕組みを使って、被験体としてＪＩＳ基準に適合した硬さ基準片（株式会社山本科学工具研究社製、材質ＳＫ８５）を用い、噴射砥粒には材質はジルコニアで球状のビーズを用いた。このビーズは平均粒径が１０〜３０μｍのものを使用した。
【００２７】
被験体のヤング率は２０７ＧＰａ、ジルコニアのヤング率は２４５ＧＰａであり、ヤング率比は１．１８となる。
【００２８】
噴射条件は水に上記ジルコニアを３ｗｔ％に調整した噴射材（スラリ）を作製し、このスラリを噴射ノズルに導き、圧縮空気にて混合加速して被験体に噴射した。この時の圧縮空気の圧力は０．３６Ｍｐａに固定、ノズル先端と被験体の距離は４ｍｍに固定、噴射角度は９０°とした。
【００２９】
手順は、スラリ流量から計算された噴射粒子量を所定量噴射して、発生した摩耗痕を精密形状計測機（触針式または光干渉式形状測定機など）で摩耗痕中央部の深さを計測、この方法を繰り返し行う方法を選択した。
【００３０】
上記で得られた積算噴射砥粒量と摩耗深さの結果を図５に示す。被験体の硬さ違いに応じて噴射砥粒量に対する摩耗深さ（以下摩耗速度）が異なっている。また、それぞれは深さ方向に直線となっていることから、深さ方向の硬さ分布が確知できる。この図の傾きは摩耗速度を示しており、従来評価方法では摩耗率としている。
【００３１】
横軸に被験体の硬さを、縦軸に上記摩耗率をプロットしたグラフが図４であり、硬さと摩耗率の関係が２次曲線の関係として示されている。一方、工具鋼の硬さが異なる被験体を従来評価方法により評価した結果の図３では硬さと摩耗率の関係は硬さにかかわらず摩耗率がほぼ一定となっている。このことより、硬さと摩耗率とに相関関係が有るといえる。
【００３２】
また、本実施例では、被験体と球状の砥粒との関係に変形し易さの指標であるヤング率比が硬さの相関関係に影響することも確認されている。
【００３３】
次に、従来評価方法の特徴を有効に使った表面の深さ方向に硬さ分布の有る被験体の実験例を示す。
【００３４】
具体的には、一般的に良く使われている構造用合金鋼Ｓ４５Ｃの表面に高周波焼き入れを施した被験体に本硬さ評価を行った結果を図６に示す。
【００３５】
表面部は摩耗速度が遅く、深くなるほどに摩耗速度が速くなっている。前述したように摩耗速度は硬さに変換できることより、この被験体は表面が最高に硬く深くなるに従い徐々に柔らかくなっていることがわかる。このように硬さの分布が有ることは高周波焼き入れの特徴として広く知られている。
【００３６】
図６の曲線の傾きは摩耗率で摩耗率の深さ方向の分布を判りやすく示したものが図７になる。表面の摩耗率は０．１８μｍ／ｇ、換算ビッカース硬さはＨｖ６１０となり、表面より深さ１００μｍでは摩耗率０．５５μｍ／ｇ、換算ビッカース硬さはＨｖ３７５となっていることが判明した。また、この曲線は深さ方向に精密に（深さ分解能が高い）硬さの分布が計測出来ることも示している。
【００３７】
本実施例は上述のように構成したから、合金材料から成る被験体の深さ方向の硬さ分布を良好に、かつ、分解能よく確知して該被験体の硬さを評価することができる実用性に秀れた硬さ評価方法となる。
【００３８】
具体的には、合金材料における表面硬化処理（窒化、浸炭、焼き入れ）の深さ方向の分布、鉄鋼強化材料の深さ方向の分布、鉄鋼表面のメッキやコーティングの深さ方向の分布及び環境による表面劣化の度合いを確認できる他、次の効果が期待できる。
【００３９】
(１)  薄すぎて確知できなかった表面の硬さ分布を確知ができる。                  
(２)  材料開発期間の短縮が期待できる。                                        
(３)  熱処理、表面処理の高度化、安定化、省エネ化が期待できる。                
(４)  限界材料（高強度、超硬質など）の評価の実現が期待できる。                
(５)  表面が硬く内面が柔らかい材料の精密評価の実現が期待できる。              
(６)  鉄鋼表面上のメッキや、コーテティングの表面より深さ方向の連続評価（複数層
の評価）の実現が期待できる。
【００４０】
尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年8月18日(2014.8.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
そこで、本発明者は、球状の砥粒を採用することを着想した。即ち、被験体に衝突した際に角（点）で接触して微小部分的に削り力が作用する角状の砥粒に対し、球状の砥粒は被験体に円弧（面）で接触して適当な大きさの面積に均等に削り力が作用することになり、更に、球状の砥粒の衝突面には削り力作用だけでなく、塑性変形や変形硬化が複合して作用するのではないか推測し、球状の砥粒を採用すれば、比較的柔軟な部位が優先的に減少させられるという現象が妨げられ、よって、合金材料に有効となるのではないかと考え、球状の砥粒を圧搾空気と共に噴射したところ、合金材料であっても純金属の場合と同様、ビッカース硬さとの相関関係があることを図４の結果から確認した。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
噴射条件は水に上記ジルコニアを３ｗｔ％に調整した噴射材（スラリ）を作製し、このスラリを噴射ノズルに導き、圧搾空気にて混合加速して被験体に噴射した。この時の圧搾空気の圧力は０．３６Ｍｐａに固定、ノズル先端と被験体の距離は４ｍｍに固定、噴射角度は９０°とした。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
手順は、スラリ流量から計算された噴射砥粒量を所定量噴射して、発生した摩耗痕を精密形状計測機（触針式または光干渉式形状測定機など）で摩耗痕中央部の深さを計測、この方法を繰り返し行う方法を選択した。