硬度とは、機械的な力や摩擦を受けたときに、局所的な塑性変形に抵抗する材料の能力のことです。通常、材料が硬いほど強度が高くなります。しかし、硬度が高いほど材料は脆くなる傾向があり、負荷がかかると割れやすくなります。この特性は材料の選択に大きな影響を与え、機械的性能、耐用年数、製造コストに影響します。
機械加工において、被削材の硬度を理解することは、工具の選択、超硬合金の選択、最適な切削条件に直接影響するため、非常に重要です。本日は、 Abrasivestocks 編集部がその概要をご紹介します。
ロックウェル硬さ (HRC/HRB/HRA)
ブリネル硬さ（HB）
ビッカース硬度（HV）
硬さの測定には複数の方法と単位があります。機械加工では、ロックウェル硬さ、ブリネル硬さ、ビッカース硬さの3つが一般的です。
ロックウェル硬さ（HRC/HRB/HRA）：
工学図面で最も一般的な単位。主荷重と軽荷重の貫入深さの差を測定する。荷重と圧子球の大きさが異なる9つのスケール（A～K）がある。
HRCは、機械加工における金属ワークピースの標準的な尺度であり、通常10～65HRCの範囲にある。
ブリネル硬さ（HB）：
工具カタログの切削条件表など、原材料の測定によく用いられる。10mmの鋼球を使用し、3,000kgf（6,614lbf）の荷重をかける。金属は一般に100HB（軟質）から650HB（硬化鋼）までの範囲にある。
HRCは180HBより硬い材料にのみ適用され、より軟らかい金属はHRBを使用します。ブリネル硬度は、硬度スペクトル全体をカバーすることができます。
ビッカース硬度（HV）：
超硬合金、セラミック、立方晶窒化ホウ素（CBN）、多結晶ダイヤモンド（PCD）などの工具材料の硬度を表すのによく使用される。ダイヤモンドピラミッド圧子を使用し、HV値は圧痕の表面積に対する荷重の比率である。
代表的な硬度範囲：超硬1,300～1,900HV、セラミックス2,000HV、CBN約3,000HV、PCD6,000HV。
硬さスケールを変換するための普遍的な公式はなく、通常はチャートに基づいて変換されます。現在では、オンライン変換ツールも広く利用されており、ある硬さスケールの値を入力すると、それに対応する他の硬さスケールの値が表示されます。
硬度は、工具寿命、消費電力、材料除去率などの加工性に大きく影響します。
被削材
非常に柔らかい金属（180HB以下）は、切れ刃にビルドアップエッジ（BUE）が形成されやすく、切り屑の排出が困難になります。一方、非常に硬い被削材は、工具摩耗を促進し、切削速度と工具寿命を低下させる。
一般的に、約200HB（約15HRC）の硬度が加工に最適な範囲と考えられており、これより硬い材料には、セラミックやCBNなどの高度な工具が必要となる。
超硬合金：
最新の切削工具の主な基材で、被削材の硬度は12～45HRC（180～450HV）に適している。超硬の硬度は1,300～2,000HV。高硬度材種は、より過酷な加工に対応できるが、靭性が低く、チッピングが発生しやすい。一部の超硬合金は、熱処理後に65 HRC (950 HV)に達することがあり、より高度な工具を必要とする。
セラミック：
酸化アルミニウム（Al₂O₃）または窒化ケイ素（Si₃N₄）から作られるセラミックは、2,100～2,500 HVの硬度を持ち、カーバイドよりも約40%高く、55 HRCまでの鋼の加工が可能です。
CBN：
多結晶立方晶窒化ホウ素は、約4,500HVの硬度を持ち、熱的・化学的安定性に優れているため、70HRCまでの鋼やその他の難削材の加工に適している。
まとめ
硬度は、材料の性能を示す重要な指標であるだけでなく、加工プロセス、工具の選択、生産効率に影響を与える重要な要素でもあります。被削材であれ工具材であれ、硬度を加工方法に適切に適合させることで、高品質な加工結果と工具寿命の延長を両立させることができます。