【科学的考察】硬度の指標 モース硬度等 まとめ

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モース硬度

モース
硬度
標準
鉱物
化学式物質名解説
1滑石Mg3(Si4O10)(OH)2(ケイ酸塩鉱物)最も軟らかい鉱物で、
つるつるした手触り。
爪でたやすく傷をつけることができる
2石膏CaSO4·H2O硫酸カルシウム指の爪でなんとか
傷をつけることができる。
3方解石CaCO3炭酸カルシウム硬貨でこするとなんとか
傷をつけることができる。
4蛍石CaF2フッ化カルシウムナイフの刃で簡単に
傷をつけることができる。
5燐灰石Ca5(PO4)3(F,OH)(リン酸塩鉱物)ナイフでなんとか
傷をつけることができる。
6正長石KAlSi3O8(ケイ酸塩鉱物)ナイフで傷をつけることができず、
刃が傷む。
7石英SiO2二酸化ケイ素ガラスや鋼鉄などに
傷をつけることができる。
8トパーズ
(黄玉)
Al2SiO4(F,OH)(ケイ酸塩鉱物)石英に
傷をつけることができる。
9コランダム
(鋼玉)
Al2O3酸化アルミニウム石英にもトパーズにも
傷をつけることができる。
10ダイヤモンド
(金剛石)
Cダイヤモンド地球上の鉱物の中で最も硬く、
コランダムにも
傷をつけることができる。
Wikipedia モース硬度

モース硬度(1812年、フリードリッヒ・モースが考案)

引っ掻き硬度 鉱物を柔らかいものから硬い順に10段階で表示したもの。
お互いの鉱物等を引っかき合って、キズが付くかを見るだけなので、特別な道具もいらない。
小学生でもわかる単純な指標でありつつも、未だに使用される便利な指標。
爪(硬度2.5)でたやすく傷つける事の出来る滑石(硬度1)からダイヤモンド(硬度10)まで幅広い為、日常生活でも応用できる。

爪(硬度2.5)とされているが、これは石膏(硬度2)より硬く方解石(硬度3)より柔らかいことを示しているだけ。
便宜上「モース硬度2.3」等と表していることもあるが、細かく設定することにそれほど意味は無い。
鳥(強さ1)ネコ(強さ2)、犬(強さ3)、ライオン(強さ10)に対して、人間(強さ2.5)みたいなもん。

硬度を示すのに、モース硬度であった理由は無い。
100点満点ではないが、80点レベルのものが世界中に認知されたという事が重要。

硬度界のレジェンド。

身近な物のモース硬度(目安)

モース硬度物質
1シリコン、ゴム、革、布、木材
2プラスチック、テフロン(コーティング)
2.5人間の爪、象牙、琥珀
3金、銀、銅、アルミ、大理石
3.5硬貨
4チタン、鉄、ステンレス、メラミン(激落ちくん)、骨
4.5釘(木工用)
5ガラス、ホーロー、陶器
5.5ナイフの刃
6永久歯のエナメル質
7木材用紙やすり(ケイ酸塩鉱物)
7.5鋼鉄のやすり
9耐水紙やすり(酸化アルミニウム)

硬度と傷の関係は単純なものではないが、基本的にはモース硬度の大きいものと小さいものを擦った場合には、小さいものだけに傷が付き(削れ)、大きいものには傷は付かない。

モース硬度が小さいものでモース硬度が大きいものには、頑張っても傷をつけることは出来ない。
逆に、モース硬度が大きいものを少しの力で擦っただけで、簡単に傷が付く。

実態と直観に、想像以上の乖離があり、非常に面白い。

修正モース硬度

修正モース硬度モース硬度標準鉱物化学式物質名
11滑石Mg3(Si4O10)(OH)2(ケイ酸塩鉱物)
22石膏CaSO4·H2O硫酸カルシウム
33方解石CaCO3炭酸カルシウム
44蛍石CaF2フッ化カルシウム
55燐灰石Ca5(PO4)3(F,OH)(リン酸塩鉱物)
66正長石KAlSi3O8(ケイ酸塩鉱物)
7溶融石英SiO2二酸化ケイ素
87水晶(石英)SiO2二酸化ケイ素
98黄玉(トパーズ)Al2SiO4(F,OH)(ケイ酸塩鉱物)
10柘榴石A3B2(SiO4)3(ケイ酸塩鉱物)
11溶融ジルコニアZrO2二酸化ジルコニウム
129溶融アルミナAl2O3酸化アルミニウム
13炭化ケイ素SiC炭化ケイ素
14炭化ホウ素B4C炭化ホウ素
1510ダイヤモンドCダイヤモンド

修正モース硬度
引っ掻き硬度

工業分野ではモース硬度では大雑把過ぎる。
モース硬度7以降にいろいろと追加して、15段階で表示したものであるが、いらない子。

モース硬度は、自然界に存在するもので硬さを大雑把に把握する為のものだから価値がある。
工業分野で明確な指標として使いたいのであれば、もっと意味のある数字を使うべきである。
実際、流行ってないし、あまり見かけないよね。
つーか誰が作ったんだよ、こんな中途半端なゴミ指標。

こいつのせいで、「モース硬度9」と言われても、新か旧かの迷いが生じる。
存在しない方がマシな、硬度界の面汚し。

追加されている鉱物名、「炭化ケイ素」「炭化ホウ素」等から察するに、研磨業界から誕生した指標と思われる。

調べても、いつ誰が考案したものなのかがわからない。
闇を感じる。

硬度の分類一覧

試験法名分類圧子形状硬さ算出法解説
ブリネル硬度
(HBS, HBW)
押込み
(一般に10 mmを使用)
試験荷重/圧痕表面積
ビッカース硬度
(HV)
押込み頂角136°四角錐試験荷重/圧痕表面積最も広く普及
ヌープ硬度
(HK)
押込み頂角172.5°四角錐
(対角線長比 1:7.11)
試験荷重/圧痕表面積
ロックウェル硬度
(HRC, HRB)
押込み頂角120°円錐(先端0.3 mm)
または鋼球(φ1.5875 mm)
試験荷重くぼみ深さ
-基準荷重くぼみの深さ
スーパーフィシャル硬度押込み頂角120°円錐
(先端0.3mm)
または鋼球
(φ1.5875 mm)
試験荷重くぼみ深さ
-基準荷重くぼみの深さ
マイヤ硬度押込み圧子投影面積/測定荷重
ジュロメータ硬度押込み頂角35°円錐圧子の押し込み深さ
822gの圧子にて
押し込み深さ0を100
押し込み深さ2.54mmで0
樹脂用硬度計
バーコール硬度押込み頂角26°円錐圧子の押し込み深さ樹脂用硬度計
モノトロン硬度押込み0.75mm球形圧子圧子の押し込み深さ
0.0457mmになるときの荷重
樹脂用硬度計
マルテンス硬度引っ掻き対面角90°ピラミッド0.01mm巾のヒッカキ巾の荷重
ショア硬度
(HS)
反発先端にダイヤモンド半球を
取り付けたハンマー
ハンマーを落とした時の
跳ね返り高さ/元の高さ
計測が簡単
大抵の計測器は
小型軽量で持ち運び可能
モース硬度引っ掻き10段階の硬さの
さまざまな鉱物
基準となる鉱物で引っかいたときに
傷がつくかどうか
主に鉱物が対象

ブリネル硬度(1900年、ヨハン・ブリネルが考案)
押込み硬度

学術/工業分野では、ちゃんとした硬度測定の必要性が出てくる。
いろいろな硬度測定が考案される中、広く使われるようになったのが、ブリネル硬度。

金属の硬い球(5mmか10mm)を押し付けて、どれだけ凹むかを数値化したもの。
当然、押し付けた球の跡が残る。

ショア硬度(1906年、アルバート・ショアが考案)
反発硬度

ブリネル硬度はしっかりとし過ぎている。
金属の硬い球を押し付けるのは人間の力では無理であるし、押し付けられた材料は凹む。
もっと簡素に硬度を測定し、しかも測定後そのままそれは使いたい。
そんな要望を叶えた硬度測定。

小さなダイヤモンドを付けたハンマー(棒)を落として、どれだけ跳ね返るかを測定。
小さなダイヤモンドがぶつかるので、ほんのちょっと傷が付くけど、まあいいっしょ精神。

ロックウェル硬度(1919年、ロックウェル兄弟が特許取得)
押込み硬度

ブリネル硬度、ビッカース硬度、ヌープ硬度は、凹みの横幅を測定するが、ロックウェル硬度は凹みの深さを測定する。
読み取りが簡単で、測定が手軽なため広く普及。

ビッカース硬度(1924年、ビッカース社が開発)
押込み硬度

ざっくり言うと、ブリネル硬度の上位互換。

ダイヤモンド圧子(0.5mm程度)を押し付けて、どれだけ凹むかを数値化したもの。
押し付けた跡が残るが跡が小さいので、これが気にならないものであれば使える。

トータルバランスが良く、最も広く普及。

ヌープ硬度(1939年、フレデリック・ヌープが考案)
押込み硬度

ビッカース硬度のほぼ上位互換。

押し付けるダイヤモンド圧子を細長くしたことで、長さは約3倍と長いが、凹み量は約半分。
凹み量が少ないので、脆い、薄い材料を測定することが出来る。
ビッカース硬度よりもばらつきが大きい。

硬度の換算表

本表は、いくつかの文献や独自の計算で作った換算表である。
正確な換算表ではない。(指標が違うので正確な換算は不可能)

ビッカースヌープブリネルロックウェルショアモース修正モース
HVHKHBHRAHRBHRCHRDHS
5011
6022
10010033
10510562.3
11711165.715
12211667.618
12712169.819
13012471.220
13212672.020
14013375.021
15014378.722
16015281.70.02444
17016285.03.025
18017187.16.026
19018189.58.528
20019091.511.029
21020093.413.430
22020995.015.732
23021996.718.033
24025322860.798.120.340.334
24525823361.298.821.341.135
25026223861.699.522.241.736
25526724362.0100.323.142.237
26027224762.4101.024.043.137
26527725262.7101.524.843.738
27028225663.1102.025.644.338
27528626163.5102.826.444.939
28029126563.8103.527.045.340
28529627064.2104.027.846.041
29030127564.5104.528.546.541
29530428064.8105.029.247.142
30030928465.2105.529.847.542
31031829465.8106.331.048.443
32032730366.4107.032.249.445
33033631367.0107.533.350.246
34034632267.6108.034.451.147
35035633168.1108.535.551.948
36036734168.7109.036.652.850
37037835069.2109.537.753.651
38038936069.8110.038.854.452
39040036970.339.855.253
40041137970.840.856.05555
41042338871.441.856.856
42043539771.842.757.557
43044740572.343.658.258
44045941572.844.558.859
45047142573.345.359.461
46048343373.646.160.162
47049344274.146.960.763
48050545274.547.761.364
49051746074.948.461.665
50052847175.349.162.266
51053947975.749.862.966
52054948876.150.563.567
53056049776.451.163.968
54057150776.751.764.469
55058251677.052.364.870
56059452577.453.065.471
57060553577.853.665.872
58061554578.054.166.272
59062555478.454.766.773
60063556478.655.267.07466
61064757378.955.767.575
62065758279.256.367.975
63066759179.556.868.376
64067760179.857.368.777
65068761180.057.869.0787
66069662080.358.369.479
67070663080.658.869.879
68071680.859.270.180
69072581.159.770.580
70073481.360.170.881
72075481.861.071.583
74077282.261.872.184
76078982.662.572.686
78080383.063.373.38778
80082283.464.073.888
82083883.864.774.390
84085384.165.374.891
86086984.465.975.392
88088084.766.475.793
90089585.067.076.195
92091185.367.576.596
94092085.668.076.997
100094686.268.999
105096386.669.6100
110087.170.3103
115087.570.9106
120087.971.5
125088.372.189
130088.772.710
135089.173.4
140089.674.0
145090.174.69
150090.575.3
160091.376.6
170091.977.9
180092.679.211
190093.180.5912
200082.0
210082.5
215084.013
220084.5
225085.014
2500
3000
4000
5000
90001015

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