鉄道車両に使用される鋳鉄製ブレーキシューの機械的試験方法（ブレーキシュー硬度試験機の選定）

鋳鉄製ブレーキシューの機械試験装置の選定は、規格ICS 45.060.20に準拠しなければならない。この規格では、機械的特性試験は2つの部分に分けられると規定されている。

1.引張試験

試験はISO 6892-1:2019の規定に従って実施するものとする。引張試験片の寸法および加工品質は、ISO 185:2005の要求事項を満たすものとする。

2. 硬度試験方法

ISO 6506-1:2014 に従って実施する。硬度試験片は、別々に鋳造された試験棒の下半分から切り出す。試験棒がない場合は、ブレーキシューを1つ取り、その側面から 6mm ～ 10mm 削り取り、4 つの試験点で硬度を測定し、その平均値を試験結果とする。

硬度試験方法の基礎

ISO 6506-1:2014「金属材料－ブリネル硬さ試験－第1部：試験方法」は、金属材料のブリネル硬さ試験の原理、記号と説明、試験装置、試験片、試験手順、結果の不確かさ、および試験報告書を規定しています。

2.1 試験装置の選定：ブリネル硬度計（まず最初に推奨）

利点：圧痕面積が大きいため、鋳鉄材料全体の硬度を反映することができ（鋳鉄は構造が不均一な場合がある）、より代表的な結果が得られます。

中硬度および低硬度の鋳鉄（HB 80～450）に適しており、鋳鉄製ブレーキシューの硬度範囲を完全にカバーしています。

操作は比較的簡単で、試料の表面仕上げに対する要求も比較的低い（一般的にRa 1.6～6.3μmで十分である）。

2.2 ブリネル硬度試験の原理

原理は次のように要約できます。直径10mmの硬質合金球（または焼入れ鋼球）を一定の試験力（例えば3000kgf）​​で試験片の表面に押し込みます。圧痕の直径を測定した後、硬度値（HBW）を計算して、材料の塑性変形に対する抵抗力を評価します。この方法の最大の利点は、結果の代表性が高く、材料の巨視的な硬度特性を反映できる点にあります。金属材料の性能試験において広く用いられている古典的な方法です。

2.3 ブリネル硬度値の記号と説明

ブリネル硬さ値（HBW）の基本的な定義は、試験力（F）と圧痕表面積（A）の比であり、単位はMPaです（ただし、通常は単位は示されず、数値のみが使用されます）。計算式は次のとおりです。HBW=πD(D−D2−d2​)2×0.102×F
どこ：

Fは試験力（単位：N）です。

Dは圧子直径（単位：mm）です。

dは、くぼみの平均直径（単位：mm）です。

係数「0.102」は、試験力の単位をkgfからNに変換するために使用される換算係数です（Nで直接計算する場合は、式を簡略化できます）。

この式からわかるように、同じ試験力と圧子径の場合、圧痕径が小さいほど材料の塑性変形に対する抵抗力が強くなり、ブリネル硬度値が高くなる。逆に、圧痕径が小さいほど硬度値は低くなる。

鋳鉄製ブレーキシュー（ねずみ鋳鉄）の材料特性に基づくと、ブリネル硬さ試験のパラメータは通常以下のとおりです。

試験力（F）：一般的に3000kgf（29.42kN）が使用され、対応する硬度記号は「HBW 10/3000」です。

注：試験片が薄い場合、または材料が柔らかい場合は、ISO 6506-1:2014 に従って試験力を調整できます（1500kgf または 500kgf など）。ただし、その場合は試験報告書に明記する必要があります。