硬さと表面粗さ

質問

JISで規定された硬さ試験の中で、硬さ試験の中で、ショア硬さは表面粗さの影響を受けるとよく文献に書いてあります。
ショア硬さは他の３つの硬さとは明らかに定義が違うのは分かりますが、表面粗さがどうして硬さに関係するのかを教えていただきたいです。
分かる方がいたらよろしくお願いします。

回答No.2

noname#230359

落下エネルギーと加圧エネルギーでは、落下エネルギーの方が、
表面が粗いと、完全平面に至るまでにエネルギーがクッションマットを
敷いた様に吸収されます。（表面の凸凹がクッションマットの様になる）

の考えを記述しているのでは？

回答No.1

noname#230359

非常に簡単に書きます。圧子を材料表面に落とします。完全に弾性的に衝突するのであれば、圧子は同じ高さまで戻ってきます。塑性変形が材料に起こるとその分エネルギーを材料に与えてしまうので、その分高さが減ります。
すでにご存じだと思いますが、この高さの減少分で硬さを計測するのがショア硬さの考え方です。
さて、材料を平たんでなくて凸凹にするとその部分は見かけ上材料がやわらかく(塑性変形しやすく)なります。この凸凹を無視できるぐらい大きい変形領域を測定すればいいのですが、ショア硬さでは加える力・エネルギーがそれほど大きくなく、表面付近のみの測定となるため影響が大きくなります。蛇足ですが、材料のサイズ、重さ、固定方法(材料が動いたり振動したりする)によってもショア硬さは影響を受けます。
　通常のビッカース硬さ、ブリネル硬さでも同じように表面粗さの影響はあります。圧痕(塑性変形領域)の大きさに比べて小さいことが多い(そのように条件を設定することが多い)ため影響は小さくなる。とお考えください。これも蛇足ですが、ロックウェルでは初荷重を加えることでこのような粗さの影響を小さくしています。

あまり正確でない部分を見つけました。すみません。ここでは変形領域=塑性変形領域をイメージしています。弾性変形領域は含んでおりません)
さて、
凸凹がある=凸面の一番上を基準にして考えますと粗さの底部までは材料がない部分がある。材料は横方向に流れやすくなる。
　もう少し平たく書きます。全く正確でない書き方で申し訳ないですが、イメージ的にはわかりやすいかと。
　同じ鉄でも、鉄板と空き缶を並べたものを同じ重いボールでつぶしてみる。どっちがつぶれやすい=変形しやすいかは明らか)です。
　別なご質問からBrinell, Vikcers, Rockwell硬さとショア硬さによる違いを考察されているようですが、なぜそのように4つも測定していらっしゃるか、など疑問に思います。
　測定法ごとの得意、不得意や硬さのスケール(使用荷重、A,B,Cスケール)やあまりにもいろんな要素が絡んできます。Vikcersはオールマイティに近いですが、それぞれに得意な硬さのレベルがあると思います。
特にショア硬さは、ロール状のものなど大きすぎるor試料を切り出せないときに使う簡易測定方法です。測定の筒が傾いた、試料が傾いた、薄過ぎた...などの要素が入ってくると必ず値が小さく測定されてしまいます。余計なことまで書きました。

お礼

ご回答ありがとうございます。
凹凸にすると見かけ上材料がやわらかくなるというのはどういうことなのでしょうか？また、その原因も教えていただければありがたいです。