Hrc твердость 25: Что означает «твёрдость стали» или что такое HRC? Понятие, расшифровка

alexxlab | 16.04.1976 | 0 | Разное

Содержание

ЧТО РАССКАЖЕТ О НОЖЕ ПОКАЗАТЕЛЬ HRC? @ Японские кухонные ножи

В мире японских ножей, в числе прочих параметров изделия, принято указывать и показатель HRC. Уже несколько клиентов поинтересовались у нас, что же обозначает этот показатель. Постараемся внести в дело немного ясности.

HRC (HardnessRockwellC–scale) отображает твердость материала. Если речь идет о ножах, то в этом случае HRC говорит о твердости стали после термообработки. Однако этот показатель связан не только с миром ножей. На самом деле HRC можно использовать для отображения твердости любого материала. И все же данный показатель чаще всего применяется относительно изделий из стали. Твердость материала важна, например, при изготовлении инструментов, подшипников, пружин, болтов-гаек и т.д. Чем выше показатель HRC, тем тверже сталь.

Немного истории

Тесты и прибор для их проведения (пресс Роквелла), используемые для определения твердости стали, разработали в 1914 году в Америке братья Хью и Стэнли Роквеллы, которые работали на предприятии NewDepartureManufacturing: оно производило подшипники. В 1919 году братья запатентовали пресс. Использование метода и шкалы Роквелла и по сей деньявляется наиболее применяемым (наряду, например, с методами Бринелля и Виккерса) способом определения твердости стали. Безусловно, механический испытательный пресс, бывший в ходу изначально, сменился автоматическими и цифровыми приборами. В Эстонии испытания по методу Роквелла проводит, например, ответственная испытательная лаборатория Taltech.

Как определяется твердость стали?

Измерение твердости осуществляется путем вдавливания наконечника в тестируемый материал. После вдавливания наконечника на поверхности материала остается след. Чем ниже твердость, тем глубже проникает наконечник и тем заметнее след.

В ходе теста Роквелла в тестируемый материал вдавливают твердосплавный конус с углом при вершине 120°. С помощью пресса в течение определенного времени на материал воздействуют силой 1470 Н. Измерительная шкала, присоединенная к прибору, показывает глубину следа, оставшегося на поверхности стали. Чем мягче сталь, тем сильнее след и ниже показатель на шкале Роквелла. Высокий показатель HRC, соответственно, означает, что на стали остался небольшой след, а сама сталь – крепкая.

Почему показатель HRC часто указывается в виде интервала?

В описании японских ножей можно нередко увидеть варьирущийся показатель HRC, например, HRC 60-61 и т.д. Это обусловлено тем обстоятельством, что тесты Роквелла обязательно проводят производители сырья, поставляющие изготовителям ножей незакаленную сталь или заготовки. Известными японскими производителями ножевой стали являются, например, HitachiMetals, DaidoSteel, TakefuSpecialSteel и т.д.

Конечный показатель HRC зависит от горячей обработки и закалки, осуществляемых изготовителем ножей, и может несколько отличаться от представленных производетелем стали показателей. Случается и так, что у ножей, произведенных из одной и той же стали, но прошедших разную обработку, отличается и показатель HRC. Это касается, например, предлагаемой нашим магазином популярнейшей серии ножей

Kanetsune Hon-Warikomi.

Трехслойные сердцевины лезвий этих ножей изготовлены из углеродистой стали TakefuShiro 2, однако показатели твердости разных моделей варьируются в промежутке между 59 и 63. Вариативность показателей твердости часто также наблюдается у изделий небольших японских производителей и мастеров, которые точно не проводят тесты Роквелла для своей конечной продукции (маленьких партий товаров и ножей ручной работы).

Что показатель HRC обозначает на практике?

Показатель HRC (то есть твердость стали) невероятно важен для японских ножей. Как правило, можно сказать, что высоким показателем HRC обозначают дорогое, качественное сырье с высоким содержанием углерода. Нож, умело изготовленный из такой стали, сохраняет остроту на протяжении длительного времени и долго не изнашивается.

Однако HRC является далеко не единственным показателем, на основании которого можно оценить качество режущего инструмента. Важны также особенности, связанные с упругостью, эластичностью и устойчивостью перед крошением. Одновременно при выборе ножа, помимо качества материала, следует также оценить десятки других факторов. К ним, например, относятся размеры и вес ножа, качество сборки, геометрия лезвия и рукояти и зависящий от этих показателей баланс ножа, материал рукояти, тип крепежа лезвия, а также эргономическая, эстетическая и визуальная составляющие и т.д. По этой причине выбор подходящего ножа является сложным, но невероятно увлекательным занятием.

Примеры показателей HRC различных изделий

Рабочие инструменты (например, молотки, топоры, зубила и т.д.) – 45-55 HRC
ПоварскиеножиFiskarsFunctionalForm – HRC 52-53
ПоварскиеножиJ.A. Henckels – HRC 54
ПоварскиеножиFiskarsNorden – HRC 56
ПоварскиеножиVictrinoxFibrox – HRC 56
ПоварскиеножиWüsthof– HRC 58
Однослойныеножи Samura – HRC 58
Поварские ножи SakaiTakayuki из дамасской стали – HRC 60-61

Поварскиеножи KanetsuneHonWarikomi – HRC 59-63
Метчикии напильники – HRC 62-64
Нержавеющая порошковая сталь R2/SG2 – 63-64
Нержавеющая порошковая сталь ZDP 189 – HRC 65-67

Сталь, из которой изготовлены ножи, представленные в нашем интернет-магазине

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь AUS 8 – HRC 58-59
Нержавеющая сталь VG-1 – HRC 58-59
Нержавеющая сталь AUS-10 – HRC 59-60
Нержавеющаясталь Silver 3 (Ginsan) – HRC 59-60
Нержавеющая сталь VG-10 – HRC 60-61

Углеродистая сталь

Белая углеродистая сталь #2 (Shirogami) – HRC 60-61
Белая углеродистая сталь TakefuShiro-2 – HRC 59-63
Синяя углеродистая сталь #2 (Aogami) – HRC 61-62
Синяя углеродистая сталь SuperAogami – HRC 64-65

Что такое твердость клинка и HRC?

Твердость стали – один из важнейших параметров, на который следует обращать внимание при выборе ножа, ведь в том числе и от него зависит, как долго клинок сможет оставаться острым. Но означает ли это, что чем больше цифра указана в характеристиках, тем нож лучше? Давайте разбираться.

Твердомер в работе

Что такое твердость?

Твердость – это способность материала противостоять деформации под воздействием другого материала с более высокими прочностными характеристиками. Для таких испытаний используют закаленный до больших величин шарик или алмазный наконечник, которые называются инденторами. Чем больше индентор испытывает сопротивления во время испытания, тем тверже материал.

Методы измерения

Способы измерения твердости стали делят на:

статические;
динамические.

Представителями статических способов испытаний являются:

метод Бринелля;
метод Виккерса;
Роквелла.

Из динамических способов измерения наиболее популярным является способ Шора. Рассмотрим их подробнее.

Закалка клинка

Бринелль

Шведский инженер предложил определять прочность материала путем вдавливания в него стального закаленного шарика. Для этого был создан твердомер – пресс Бринелля. Во время замеров, шарик (2,5 мм, 5 мм или 10 мм диаметром) определенное время вдавливается в материал. Обычно процесс занимает около 30, но может достигать и 180 секунд. После окончания приложения нагрузки замеряется диаметр отпечатка, оставшегося после шарика и вычисляется твердость ножа.

Виккерс

Еще один статический способ измерения твердости, получивший название от английского военно-промышленного концерна «Vickers Limited». В качестве индентора при измерении по Виккерсу используется алмазная четырехгранная пирамида, вершина которой образована гранями, сходящимися строго под углами в 136 градусов. Для вычисления уровня термообработки, необходимо знать показатели давления на алмазную пирамиду и площади отпечатка пирамидальной поверхности в материале. Особенность данного метода состоит в том, что он требует использования микроскопа для считывания данных с поверхности испытуемого материала.

Шор

Способ по Шору принадлежит к разряду динамических. Придуманный Альбертом Ф. Шором в 1906-м году, американцем по происхождению, этот вид измерения иногда называют методом отскока. Диапазон измерения твердости клинков по Шору может варьироваться от 20 до 140 единиц hsd.

Согласно ему, твердость металла вычисляется по высоте, на которую отскакивает после удара боек (индентор). Главным минусом определения прочности по методу Шору являются ограничения по заготовке – она должна весить не менее 100 грамм, а ее толщина не должна быть меньше 10 мм. Согласитесь, что клинок с такими параметрами найти не просто.

Метод Роквелла

Самым популярным среди способов измерения твердости металлов и стали является метод, придуманный двумя американцами – Стенли и Хью Роквеллами. Свою первую заявку на патент они подали в 1914 году. В последствии изобретением занимался только Стенли Роквелл, который усовершенствовал твердомер и уже в 1924 году получил на него патент.

Твердомер Роквелла

Принцип измерения

Процесс измерения твердости стали (hrc) способом Роквелла достаточно прост:

выбирается тип шкалы, вид индентора, определяется уровень нагрузки;
производится два пробных теста для проверки правильности выбранных параметров;
к заготовке, закрепленной на твердомере, прикладывается предварительная нагрузка, равная 10 кгс;
после предварительной, прикладывается основная нагрузка;
затем остается лишь зафиксировать результаты и произвести рассчеты.

Для вычислений используется разница, полученная между предварительной и основной нагрузкой.

Шкала Роквелла

При измерении твердости способом Роквелла применяется 11 типов шкал: A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T. Каждая шкала отличатся типом индентора, применяемой нагрузкой, которая может составлять 60 кг, 100 кг или 150 кг, и константами для вычисления результатов.

Для определения уровня закалки стали используется шкала С, именно поэтому в ножевой области твердость клинка в характеристиках имеет обозначение HRC, где HR – обозначение твердости, а С – выбранная шкала.

Для этого вида шкалы, в качестве индентора используется алмазный конус с углом схождения 120 градусов и закругленной вершиной, а применяемая нагрузка составляет 150 кг.

Проверка на прочность ножа компании Cold Steel

Почему Роквелл?

Какие же преимущества по сравнению с другими, имеет способ Роквелла:

измерения не разрушают материал, в отличии от метода Бринелля, оставляя на нем лишь небольшой отпечаток;
простота измерения, позволяющая не использовать микроскоп и другие специальные приспособления – данные, необходимые для расчета, выводятся на табло твердомера;
один из самых быстрых способов, в котором основной замер занимает от 3 до 5 секунд;
для измерения стали нет необходимости в очистке и полировке поверхности, на которой будет проводиться измерение;
применим для закаленных сталей.

Испытания Mora Robust

Выбор твердости клинка (hrc)

Главный химический элемент, отвечающий за количество Роквеллов «на клинке» – углерод. Чем больше в составе углерода, тем тверже сталь. Ярким примером тому является знаменитая японская сталь ZDP-189 с содержанием углерода от 2,9 до 3 %, закалить которую можно до фантастических 69 единиц по шкале Роквелла. По сравнению с японским монстром, американская 420hc, углерода в которой всего 0,45—0,55 % и закалкой в 57 HRC, выглядит более чем скромно, однако это не мешает ей вот уже несколько десятилетий оставаться одной из самых востребованных сталей для производства ножей.

Нож из японской премиум стали zdp-189

Главным преимуществом сталей с высокой твердостью (hrc) и большим содержанием углерода является их способность долго держать остроту. Говоря простым языком, такие клинки дольше остаются острыми и их надо реже точить, поэтому они хорошо себя показывают на кухонных ножах. В туристических, универсальных, ножах для дайвинга и бушкрафта, где важна прочность и возможность заточить режущую кромку в полевых условиях, чаще используют стали, которые меньше склонны к коррозии, которые гораздо лучше переносят боковые и ударные нагрузки, легче точатся. В химическом составе таких сталей меньше угля и ниже твердость (hrc).

Поэтому, при выборе колюще-режущего инструмента необходимо учитывать:

его назначение;
размер клинка;
желаемый тип спусков;
вид стали;
толщину сведения режущей кромки.

Сегодня уже никого не удивить цифрой в 60 и больше hrc, но стоит понимать, что такие высокие показатели подходят не для всех задач. Учитывайте это при выборе ножа, и тогда работа с ним будет доставлять вам одно удовольствие!

Выбирая нож: что такое HRC и какой его оптимальный показатель? | Ножеман и Я

Приветствую тебя, заглянувший. Выбирая нож в сети и рассматривая множество понравившихся моделей можно заметить не только внешние отличия, но и различные показатели характеристик. На счет длинны клинка и материала рукояти всё предельно ясно, но среди списка технических характеристик (ТХ) можно встретить не совсем и не всем понятное обозначение – HRC.

Ножеманы вероятно знакомы с таким обозначением, но у некоторых обывателей, да и у людей увлеченных ножами зачастую возникает недопонимание данной характеристики…

Что такое HRC?

HRC – это обозначение меры твердости стали, в случае с ножом – твердости стали клинка. Зачастую, в характеристиках ножа мы видим “Твердость стали клинка: 59-60 HRC;

Где 59-60 количественная величина (показатель) твердости.
HR – метод измерения твердости – а именно (Hard Rocwel) способ который изобрел Стэнли Роквелл ещё в 1908 году.
С – шкала прибора по которой измеряется твердость стали (всего их 11).

В измерении твердости стали принято использовать шкалу С , всего 11 вариантов шкалы измерений – A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T.

Самым важным процессом в изготовлении ножа является термообработка стали. Единственным намеком на итоги этой обработки является показатель твердости, т.е простыми словами, производитель не дает не каких данных по свойству стали после ее термообработки – кроме ее твердости.

Таким образом, при выборе ножа остается отталкиваться от твердости клинка. Но не стоит забывать что твёрдость – это не прочность ножа. Твердость стали это только одна из прочностных характеристик стали.

Измерение твердости стали клинков. Способ Рокве́лла – вычисляет твердость исходя из измерения глубины проникновения твёрдого наконечника индентора в сталь клинка при приложении одинаковой нагрузки. Индектор – алмазный конус с углом при вершине 120° со скруглённым острым концом.

Какой показатель твердости выбрать?

Придя в магазин вы не сможете опытным путем проверить пластичность клинка и его способность удерживать первичную и вторичную остроту. Если уж говорить очень просто то чем выше твердость, тем клинок более хрупкий, но будет дольше сохранять остроту клинка, и собственно наоборот.

Данное соотношение является условным, так как на данный момент существуют сплавы которые обладают высокой твердостью и максимальной пластичностью.

Погоня за большой твердостью сулит затратами на заточку, так как заточить правильно в домашних условиях клинок твердостью в 65 HRC будет весьма проблематично не имея опыта и спец. абразивов.

Если утрировать все тонкости то вся суть отображена на этом слайде.

Обычный кухонный нож, который есть у каждого – тот, самый невзрачный ещё времен СССР, зачатую имеет твердость от 30 до 50 HRC. Поправив кромку парой движений на камне, нож уже режет продукты весьма приемлемо, а порезаться им не получиться. При разделки курицы, попав на кость, РК такого ножа скорее замнется, а вот имея твердость более 60 HRC, при таком инциденте повышается шанс скола или выкрашивания режущей кромки.

Вот к таким последствием может привести не аккуратная работа ножом с большим показателем твердости стали клинка.

В качестве итога хочется отметить, что к приобретению ножа с твердостью более 60 HRC нужно подходить весьма осознанно. В то время как клинок твердостью 58 HRC будет золотой серединой для оптимального выполнения ежедневных задач как на кухне так и в походе…

Спасибо что заглянули на канал “Ножеман и Я” ставьте лайк и подписывайтесь на наш канал, у нас много интересного из мира ножей.

ПОРАЗИТЕЛЬНАЯ ТВЕРДОСТЬ НОЖЕЙ GANZO. РЕЗУЛЬТАТЫ НЕЗАВИСИМОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ

Ножи Ganzo оказались еще тверже, чем это декларируют сами производители. Именно такие результаты показала независимая заводская проверка, которую провел один из блогеров, известный под именем Livsi.Эти данные достаточно удивительны и, похоже, говорят о том, что производители усовершенствовали свои методы окончательной термообработки стали.

Один из важных параметров стали, на который многие покупатели ориентируются при выборе модели ножа того или иного назначения — это ее твердость. Именно она отвечает за способность лезвия оставаться острым после работы с другими материалами, сохранять качество режущей кромки, не выщербливаясь и не прогибаясь. Основным материалом для ножей бренда Ganzo является сталь 440С. Она как раз и отличается хорошим балансом между твердостью и сопротивляемостью коррозии. В официальных характеристиках ножей Ganzo указано, что их твердость близка к уровню 58HRC. Это показатель, полученный по методу Роквелла, шкала С. Он показывает разницу глубины проникания алмазного конуса с углом по вершине 120° с нагрузкой 150 кгс (килограммсил).

Итак, что же показали результаты независимой заводской проверки ножей Ganzo? Эту проверку прошли шесть моделей: G714, G738, G728, G736, G729, G734. Первой из них уже около двух лет, а остальные были выпущены только в конце 2015 года. Результаты оказались следующими:

нож G714 — 56,5 HRC;
нож G738 – 61 HRC;
нож G728 – 60 HRC;
нож G736 – 60,5 HRC; ,
нож G729 – 59 HRC;
нож G734 – 60 HRC.

Как видим, старая модель гораздо мягче, а все новые ножи оказались существенно более твердыми, чем даже заявлено в их характеристиках. Почему? Возможно, производитель изменил технологию термообработки и теперь закаливает ножи на большую твердость. Другой вариант ответа на этот вопрос: Ganzo стали закупать либо производить более качественный изначально сплав 440С. Однозначно сказать, какие изменения произошли, на основании проверки шести ношей нельзя. Но такие результаты явно указывают на изменение качества ножей. При сохранении нержавеющих свойств стали, это изменения в лучшую сторону. Впрочем, отношения ценителей ножей к подобному результату неоднозначны. Нужно сказать, что наиболее твердая из ножевых сталей имеет характеристику 70 HRC. Однако практически невозможно найти нож с твердостью металла уже 65 единиц. Ведь слишком твердая сталь становится хрупкой, а потому ее приходится покрывать слоем более мягкого металла. Однако в таком случае речь идет уже о технологии ламинирования и другой ценовой категории ножей.

Что такое шкала Роквелла? | Лучшие статьи, обзоры и новости

Когда вы смотрите на спецификации ножей, там часто можно увидеть некое число с обозначениями «RC» или «HRC» после него. Это число представляет из себя значения рейтинга Роквелла.

Рейтинг Роквелла – это шкала, используемая для измерения твердости материала. Испытание на твердость по Роквеллу является отраслевым стандартом для ножей. Так например у нержавеющей стали AUS-8, этот показатель составляет 57-59 RC. Обычно указывается диапазон, это означает, что любое изменение в процессе упрочнения попадет в этот диапазон. Диапазон никогда не должен превышать двух при надежном контроле качества. Тестирование практически не повреждает испытуемый материал и предоставляет важную информацию о твердости и долговечности стали.

Почему именно HRC? Вообще, существует довольно большое количество шкал, по которым происходит измерение: A; B; C; D; E; F; G; H; K; N; T. Но наиболее подходящей для измерения твердости ножа является шкала C (нагрузка 150 кгс, индентор – алмазный наконечник с углом в 120 градусов) Отсюда аббревиатура HRC.

Как же происходит тестирование методом Роквелла? Тест выполняется путем измерения глубины проникновения индентора с алмазным наконечником при большой нагрузке по сравнению с проникновением, вызванным предварительной нагрузкой. Важно, чтобы измеряемая поверхность была ровной. Один небольшой недостаток при тестировании ножа состоит в том, что остаётся небольшая точечная вмятина на месте соприкосновения с идентором. Этого можно избежать если проводить тестирование в области, которая скрыта под рукоятью. В видео ниже подробно описан процесс тестирования.

Что же означают эти цифры на практике?

У одной и той же стали может быть как низкий, так и высокий показатель HRC. Тем не менее, у каждой стали есть свой диапазон, в котором сталь будет работать лучше всего. Чем выше число, тем тверже сталь. Чем тверже сталь, тем лучше удержание кромки. Чем лучше удерживается кромка, тем реже вы должны ее точить. С другой стороны, чем тверже сталь, тем более она хрупкая. В итоге, все сводится к предпочтениям в использовании ножа. Как часто вы хотите его оттачивать и для каких целей вы хотите его использовать.

Многие пользователи судят о качестве стали на основе числа Роквелла, при этом считается, что более высокие числа указывают на более высокое качество стали. Иногда это так, но далеко не всегда. Ниже приведена диаграмма, показывающая приблизительные числа Роквелла, которые можно ожидать от различных клинков в различных типах инструментов. Эта диаграмма ни в коем случае не является жестким и обязательным правилом, а просто примером типичных чисел.

Некоторым нравится более мягкая сталь в диапазоне 54-56 HRC. Более мягкие стали требуют заточки чаще, но их намного проще точить, чем более твердые. Они также менее склонны к сколам. Край, скорее всего, сомнется, а не сколется, что гораздо легче исправить.

Тест Роквелла очень важен для производителей как дополнительный контроль качества, но также работает как один из параметров выбора для потребителя. Знание числа Роквелла поможет вам предугадать, насколько хорошо будет работать клинок, и, возможно, предотвратить неудачные покупки. Если вы видите, что у обычного складного ножа показатель 50+, его можно заточить об бордюр или стену. Если вам нужен нож большей твердости, стремитесь к диапазону 57-59. И наконец есть ножи с фантастическим диапазоном 60-63.

Используя фильтры на нашем сайте, вы можете легко подобрать для себя нужный вариант.

Что такое твердость по Роквеллу (HRC)?

Показатель HRС относится к шкале Роквелла по шкале твердости, часть C. Шкала Роквелла широко используется металлургами для определения того, насколько твердый кусок стали: чем больше число, тем тверже сталь. Рейтинг конкретного металла важен для изготовителя ножей, потому что более твердая сталь будет держать кромку лучше, чем более мягкая сталь.

Существует несколько различных шкал Роквелла; каждая из них используется для разных материалов. Шкала С используется специально для оценки стали, используемой в ножах и инструментах.

Показатель твердости стали

Самый высокий показатель HRC не обязательно является лучшим.

Более твердая сталь, как правило, лучше держит кромку, чем более мягкая сталь, но она также с большей вероятностью трескается или выходит из строя. На самом деле, если она действительно твердая, она может разбиться, как стекло на бетоне!

Сталь, используемая при изготовлении ножа, также имеет большое отношение к тому, насколько хорошо нож будет удерживать кромку. Каждый отдельный стальной сплав имеет свой оптимальный диапазон, который уравновешивает твердость с производительностью и предназначением.

Так почему же показатель ножа по Роквеллу имеет значение? Что такое хорошая твердость по Роквеллу для ножа?

Твердость ножа очень важна с точки зрения его производительности и долговечности. Например, более твердая сталь с RC 58-62 будет держать кромку лучше, чем более мягкая сталь. Однако, эта же самая твердая сталь менее прочна и более склонна к растрескиванию или даже поломке. Некоторые кухонные ножи с высокой твердостью требуют особой осторожности, чтобы не повредить тонкую режущую кромку.

Более мягкая сталь более долговечна за счет свой высокой упругости. В большинстве топоров и зубил используется более мягкая сталь, которая выдерживает удары, с которыми они сталкиваются в повседневной работе.

Поскольку карманные ножи и охотничьи ножи обычно не используются для строгания и рубки древесины, они выигрывают от использования более прочной стали, которая сохраняет отличную остроту для нарезки мягких материалов.

Однако, нож для выживания, к которому вы собираетесь приложить экстремальные усилия, только выиграет от твердости по Роквелу 55-58. Нож, который мог бы резать кости и твердую древесину, в первую очередь, должен быть прочным. Нож с более низкой твердостью может затупиться быстрее, но с большей вероятностью переживет большое количество ударов и механических повреждений.

Испытание по Роквеллу помогает производителям ножей уравновешивать три наиболее важных фактора, которые могут повлиять на качество их готовой продукции: твердость, гибкость и вязкость. Наличие этих трех факторов в правильном балансе позволяет им производить ножи для различных сфер использования.

Существует несколько различных аббревиатур, которые могут использоваться изготовителем ножей при указании твердости: HR, HRc, HR C, RC, Rc, C по шкале Роквелла, шкала твердости Роквелла C. Независимо от того, как написано о ножевой стали, все они ссылаются на одну и ту же шкалу С. Это может немного запутать, но просто знайте, что рейтинги сами по себе одинаковы – какое бы обозначение не использовал производитель.

Стэнли П. Роквелл был металлургом на заводе по производству шарикоподшипников в Новой Англии в 1919 году. Он разработал шкалу твердости для того, чтобы измерять твердость шариков для подшипников быстро, точно и с высокой повторяемостью.

Производители всего, начиная от пружин для часов и заканчивая колесами для поездов, давно нуждались в таком испытании и быстро применяли шкалу Роквелла для всех видов стали, а также других металлов, деталей. В конце концов, тест был адаптирован даже для испытаний неметаллических материалов – даже пластмасс.

Как измеряется твердость по шкале Роквелла?

Шкала Роквелла измеряет относительную твердость металла. Она основана на том, насколько глубокой является полученная вмятина при ударе тяжелого предмета. Так как же проводят испытания металла?

Во-первых, металл должен быть термически обработан и абсолютно плоским. Иначе результаты теста будут неточными.

Одним из методов является использование конуса с алмазным наконечником для принудительного удара по металлу. Затем тестеры измеряют, насколько глубоко конус проник в поверхность. Затем, это измерение преобразуется в шкалу, которая показывает различные металлы, которые были испытаны, и как они все связаны друг с другом.

Одним из небольших недостатков при испытании клинка ножа является то, что оно оставляет небольшую точечную вмятину на поверхности, что некоторые могут счесть дефектом. Знак испытания может быть скрыт, если испытание проводится в области, которая находится под рукояткой.

Тест Роквелла фактически состоит из двух тестов. Во время первого испытания создается лишь незначительное усилие, используя алмазный наконечник, похожий на карандаш в сверлильном станке. Это гарантирует, что зона испытания абсолютно плоская и является мишенью для основного испытания на давление. После того, как сделано первое измерение, тест повторяется в той же точке. Давление резко возрастает для этого второго теста, при этом приблизительно 150 кг. давления находятся на этом алмазном наконечнике.

Разница между давлением, использованным для первого и второго испытания, представляет собой число твердости по шкале Роквелла. Два (или более) испытания одного и того же куска металла дадут среднее значение для данного конкретного куска стали.

Почему всегда указывается диапазон значений по шкале Роквелла?

Поскольку испытания по Роквеллу проводятся только на небольшом участке металла, возможно, что на близлежащем участке могут быть получены слегка отличающиеся числа. Кроме того, испытание по Роквеллу проверяет только поверхность материала. Возможно, что твердость внутри может отличаться от результатов на поверхности. По этой причине производители обычно перечисляют ряд чисел для указания твердости. Наличие диапазона номеров допускает погрешность в результатах испытания. Фактические результаты для всего объекта будут находиться где-то в пределах этого диапазона.

Мера твердости Роквелла 2 р. 25+/-5 HRC

Фото может не соответствовать внешнему виду. Производитель оставляет за собой право изменять внешний вид изделия с целью улучшения эксплуатационных характеристик.

Характеристики

Описание

Меры твердости Роквелла (МТР) ) применяются для проверки и настройки механических твердомеров по методу Роквелла. МТВ представляют собой плитки прямоугольной формы и изготавливаются из углеродистой или легированной стали с одной или двумя рабочими сторонами. Меры поставляются штучно или комплектом, упакованным в пластиковый кейс.

5 371 .00 p (Без НДС)

6 445 .20 p (С НДС)

В наличии: 2 шт.

В корзину Самовывоз – Москва Доставка по РФ – Подробнее

Понимание твердости металлов

При проектировании металлических деталей важно указывать их твердость. Однако многие инженеры плохо понимают, что такое твердость на самом деле и как ее измерять. Для этого есть веские причины. Как мы увидим, твердость – это несколько шаткое понятие, и существует так много различных широко используемых методов измерения твердости, что легко запутаться. Цель этой статьи – помочь прояснить эту путаницу.

Во-первых, давайте поговорим о том, что твердостью не является. Жесткость не имеет ничего общего с жесткостью. Стальная деталь может иметь высокую или низкую твердость, но всегда будет иметь одинаковую жесткость. Титановая деталь может иметь ту же твердость, что и стальная деталь, но она всегда будет иметь примерно половину жесткости стали. Сама по себе твердость также не имеет никакого отношения к тому, является ли материал хрупким или пластичным. Из двух материалов с одинаковой твердостью один может быть хрупким, а другой – пластичным.

Что же такое твердость? Чтобы дать несколько круглое и не очень полезное определение, это мера того, как материал работает при испытании на твердость.Это подводит нас к вопросу испытаний на твердость.

Один из тестов на твердость, наиболее часто используемых в США, был разработан Хью Роквеллом и Стэнли Роквеллом в 1914 году. Хотя они не были братьями и даже родственниками, одинаковая фамилия значительно упростила задачу придумать название для тест. В тесте Роквелла индентор вдавливается в металлическую поверхность с заданной силой. Твердость обратно пропорциональна глубине проникновения.

Существует множество шкал твердости по Роквеллу, в зависимости от типа индентора и используемой нагрузки.Например, шкала Rockwell C использует конусообразный индентор с алмазным наконечником с нагрузкой 150 кг. В шкале Rockwell B используется шариковый индентор диаметром 1/16 дюйма с нагрузкой 100 кг. Шкала Роквелла С обычно обозначается аббревиатурой HRC (твердость по Роквеллу C), а шкала Роквелла B – сокращенно HRB (твердость по Роквеллу B). Чем выше число, тем тверже материал, но только относительно других чисел в пределах данной шкалы. Например, очень твердая сталь может иметь твердость 64 HRC, тогда как довольно мягкая сталь может иметь твердость 70 HRB.

Какую шкалу лучше использовать? Это зависит от того, что вы измеряете. Шкала Роквелла С хороша для измерения закаленной стали. Rockwell B лучше подходит для более мягкой стали или относительно твердого алюминия. Для более мягкого алюминия вам может потребоваться шкала Rockwell E (шар диаметром 1/8 дюйма с нагрузкой 100 кг) или шкала Rockwell F (шар диаметром 1/16 дюйма с нагрузкой 60 кг). Как правило, чем больше индентор или чем меньше нагрузка, тем лучше масштаб для мягких материалов.

Толщина материала тоже имеет значение.Если вы пытаетесь измерить твердость тонкой полоски материала, вам не нужно использовать нагрузку, которая будет проталкивать индентор насквозь через материал и вывести его с другой стороны. По этой причине существует серия поверхностных весов Роквелла, которые используют гораздо более низкие нагрузки. Например, весы Rockwell 15N используют 15-килограммовую нагрузку с коническим индентором с алмазным наконечником.

Таблица преобразования эквивалентной твердости

для различных масштабов

Таблица преобразования шкалы эквивалентной твердости

Охватывает множество различных шкал твердости / методов испытаний

900 83 95 90 029 900 7826 89 9013 9013 5 90 026 77 900 26 889 9 0026 9 0026 9002 6 97 90 026 9 0026 69 900 26 8 9 0026 DPH
HV/10

VPN	ВЕСЫ ROCKWELL															BRINELL		SCLERO- ОБЪЕМ	U.Т.С.
DPH HV / 10	A	B	C	D	E	F	G	H	K	15N	30N	45N	15T	30T	45T	BHN 500 кг	BHN		КПД	МПа
1865	92		80	87					97	92							90 029
1787	92		79	86						96	92	87
1710	91		78	85						96		91	86
1633	91		77	84						96	91	85
1556	90	76	83						96	90	84
1478	90		75	83					95	8929		95
1400	89		74	82						9526				9526	89	82
1323	89		73	81										88	81
1245	88		72	80						95	87	80
1160	87		71	80					94	87	79
1076	87		70	79					94	86	78						101
1004	86		69						94	85	77						99
940	86		77 900 29						93	84	75						97
900	85		67	76						93	84	74						95
865	85		66	75						93	83	73						92
832	84		65	75						92	82	72					739	91
800	84		64	74						92	81	71					722	88
772	83		63	73						91	80	70					705	87
746	83		62	72						91	79	69					688	85
720	82		61	72						91	79	68					670	83
697	81		60	71						90	78	67					654	81	320	2206
674	81		59	70						90	77	66					634	80	310	2137
653	80		58	69						89	76	64					615	78	300	2069
633	80		57	69										75	63	9002 9				595	76	290	2000
613	79		56	68						88	74	62					577	75	282	1944
595	79	120	55	67					88	73	61					560	74	274	1889
577	78	4 120143 120	54	66		900 29				87	72	60					543	72	6	1834
560	78	4 119	53	65						87	71	59					523	71	257	1772
544	77	119	52	65						86	70	57					512	69	245	1689
528	77	118	51	64						86	69	56					496	68	239	1648
513	76	117	50	63						86	69	55					481	67	233	1607
498	75	117	49	62						85		54				900 29	469	66	227	1565
484	75	116	48	61						85	67	53					455	64	221	1524
471	74	116	47	61									84	66	51					443	63	217	1496
458	74	115	46	60						84	65	50					432	62	212	1462
446	73	115	45	59						83	64	49					421	60	206	1420
434	73	114	44	59						83	63	48					409	58	200	1379
423	72	113	43	58						82	62	47					400	57	196	1351
412	72	113	42	57						82	61	46					390	56	191	1317
402	71	112	41	56						81	60	44					381	55	187	1289
392	71	112	40	55						80	60	43					371	54	182	1255
382	70	111	39	55						80	59	42					362	52	177	1220
372	70	110	38	54						79	58	41					353	51	173	1193
363	69	110	37	53						79	57	40					344	50	169	1165
354	69	109	36	52						78	56	38					336	49	165	1138
345	68	109	35	52						78	55	37				327	48	160	1103
336	68	108	34	51										54	36					319	47	156	1076
327	67	108	33	50						77	53	35					311	46	152	1048
318	67	107	32	49			9002 9			76	52	34					301	44	147	1014
310	66	106	31	48			91			76	51	33					294	43	144	993
302	66	105	30	48			91			75	50	31					286	42	140	965
294	65	104	29	47			89			75	50	30					279	41	137	945
286	65	104	28	46			88			74	49	29					271	41	133	917
279	64	103	27	45			87			73	48	28					264	40	129
272	64	103	26	45			86			73	47	27					258	39	126	869
266	63	102	25	44			85			72	46	26					253	38	124	855
260	63	101	24	43			84			72	45	24					247	37	121	834
254	62	100	23	42			83			71	44	23	93	82	72	201	240	36	118	814
248	62	99	22	42			81			71	43	22	93	82	71	195	234	35	115	793
243	61	98	21	41			79			70	42 9002 9	21	93	81	70	189	228	35	112	772
238	61	97	20	40			78			69	42	20	92	81	69	184	222	34	109	752
234	60	97	19				77						92	80	69	181	218	34	107	738
230	59	96	18				76	900 29					92	80	68	179	214	33	106	731
226	59	96	17				75						92	80	68	177	210	33	104	717
222	58	95	16				74						92	79	67	175	208	32	102	703
217	58	95	15			73						92	79	67	171	205	31	100	690
213	58	94	14				73						91	79	66	169	203	31	99	683
208	57	93	13				71						91	78	66	167	200	30	98	676
204	57	92	12				70		100				91	78	65	163	195	30	96	662
200	56	92	11				69		100				91	77	64	162	193	29	95	655
196	56	91	10				68		100				90	77	64	160	190	28	93	641
192 900 29	56	90	9				66		99				90	76	63	157	185	27	91	627
188	55	89	8				64		98				90	76	62	154	180	26	88	607
184	54	88	7				63		97				90	75	61	151	176	26	86	593
180	54	87	6				61		97				89	75	60	148	172	26	84	579
176	53	86	5				59	96				89	74	59	145	169	25	83	572
172	53	85	4				58		95				89	74	58	142	165	25	81	558
168	52	84	3				56		94				88	73	57	140	162	25	79	545
164	51	83	2				54		93				88	72	56	137	159	24	78	538
160	51	82	1				53		92				88	72	55900 29	135	156	24	76	524
156	50	81	0				51		91				87	71	54	133	153	24	75	517
152	50	80					49		91				87	70	53	130	150		73	503
148	49	79					48		90				8 7	70	52	128	147
144	49	78					46		89				86	69	51	126	144
141	48	77					44		88				86	68	50	124	141
139	47	76					43		87		900 29		86	68	49	122	139
137	47	75				100	41		86				85	67	49	120	137
135	46	74				99	39		85				85	66	48	118	135
132	46	73				99	38		85 900 29				85	66	47	116	132
130	45	72				98	36		84				84	65	46	114	130
127	45	71			100	98	35		83				84	64	45	112	127
125	44	70			100	97	33 9 0029		82				84	64	44	110	125
123	44	69			99	96	31		81				83	63	43	109	123
120	43	68			98	96	30		80				83	62	42	107	121
118	43	67			98 9 0029	95	28		79				83	62	41	106	119
116	42	66			97	95	27		78				82	61	40	104	117
115	42	65			96	94	25		78				82	60	39	102	116
114	42	64			96	94	24		77				82	60	38	101	114
113	41	63			95	93	22		76				81	59	37	99	112
112	41	62			95	92	21		75				81	58	36	98	110
111	40 9 0029	61			94	92	19		74				81	57	35	96	108
110	40	60			93	91	18		73				81	57	34	95	107
108	39	59			93	91	16		72				80	56	32	94	106
107	39	58			92	90	15		71				80	55	31	92	104
106	38	57			91	90	13		71				80	55	30	91	102
105	38	56			91	89	12		70				79	54	29	90	101
104	38	55			90	88	10		69				79	53	28	89	99
103	37	54			90	88	9		68				79	53	27	87
102	37	53			89	87	7		67				78	52	26	86
101	36	52			88	87	6		66				78	51	25	85
100	36	51			88	86	4		65				78	51	24	84
100	35	50			87	86	3		65				77	50	23	83
99	35	49			87	85			64				77	49	22	82
98	35	48			86	85			63				77	49	21	81
97	34	47			85	84			62				76	48	20	80
96	34	46			85	83			61				76	47	19	79
95	33	45			84	83			60				76	46	18	79
95	33	44			84	82			59				75	46	17	78
94	32	43			83	82			58				75	45	16	77
93	32	42			82	81			58				75	44	15	76
92	31	41			82	81			57				74	44	14	75
91	31	40			81	80			56				74	43	13	74
90	31	39			80	79			55				74	42	11	74
90	30	38			80	79			54			9002 9	73	42	10	73
89	30	37			79	78			53				73	41	9	72
88	29	36			79	78		100	52				73	40	8	71
88	29	35			78	77		100	52				72	40	7	71
87	28	34			77	77		99	51				72	39	6	70
87	28	33			77	76		99	50				72	38	5	69
86	28	32			76	75		99	49				71	38	4	68
86	27	31			76	75		98	48				71	37	3	68
85	27	30			75	74		98	47				71	36	2	67
85	26	29			74	74		98	46				70	36	1	66
84	26	28			74	73		97	45				70	35		66
84	25	27			73	73		97	45				70	34		65
83	25	26			73	72		44				69	33		65
83	24	25			72	71		96	42				69	33		64
82	24	24			71	71		96	42				69	32		64
82	24	23			71	70	96	41				68	31		63
81	23	22			70	70		95	40				68	31		63
81	23	21			70	69		95	39				68	30		62
80	22	20			69		95	38				68	29		62
80	22	19			68	68		94	38				67	29		61
79	21	18			68	67		94	37				67	28		61
79	21	17			67	67		93	36				67	27		60
78	21	16			67	66		93	35				66	26		60
78	20	15			66	66		93	34				66	26		59
77		14			65	65		92	33				66	25		59
77		13			65	65		92	32				65	24		58
76		12			64	64		92	32				65	24		58
76		11			64	64		91	31				65	23		57
75		10			63	63		91	30				64	22		57
75		9			62	62		91	29				64	22		56
74				62	62		90	28				64	21		56
74		7			61	61		90	27				63	20		56
73		6			61	61		90	26				63	20		55
73		5			60	60		89	26				63	19		55
72		4			59	60		89	25				62	18		55
72		3			59	59		88	24				62	17		54
71 900 29		2			58	58		88	23				62	17		54
71		1			58	58		88	22				61	16		53
70		0			57	57		87	21				61	15		53
A	B	C	D	E	F	G	H	K	15N	30N	45N	15T	30T	45T	BHN 500kg	BHN 3000kg		Kpsi	Mpa
VPN	ROCKWELL SCALES															BRINELL		SCLERO- SCOPE	U.Т.С.

Преобразование твердости

硬度

Диаметр из Бринелл отступ (мм)	Бринелл твердость 10мм. Нагрузка 3000 кг	Виккерс твердость	Роквелл твердость				Роквелл поверхностное твердость			Берег Твердость	Растяжение Прочность Н / мм ² Приблизительно товарищ значение
	Стандарт или Халтгрен или Вольфрам карбид мяч	Виккерс твердость	А Масштаб нагрузка 60 кгс Алмаз Проникновение	В Масштаб нагрузка 100 кгс (1.588 мм) Мяч	С Масштаб нагрузка 150 кгс Алмаз Проникновение	D Масштаб нагрузка 100 кгс Алмаз Проникновение	15-Н Масштаб нагрузка 10 кгс	30-Н Масштаб нагрузка 30 кгс	45-Н Масштаб нагрузка 45 кгс	Берег Твердость
	HB	HV	HRA	HRB	HRC	HRD	HR15N	HR30N	HR45N	HS
2.50	601 ³⁾	640	79,8	–	57,3	68,7	89,0	75,1	63,5	77	2055
2.55	578 ³⁾	615	79,1	–	56,0	67,7	88,4	73,9	62,1	75	1979
2.60	555 ³⁾	591	78,4	–	54,7	66,7	87,8	72,7	60,6	73	1903
2.65	534 ³⁾	569	77,8	–	53,5	65,8	87,2	71,6	59,2	71	1834
2.70	514 ²⁾	553	77,1	–	52,5	65,0	86,7	70,7	58,0	–	1765
2.70	514 ³⁾	547	76.9	–	52,1	64,7	86,5	70,3	57,6	70	1765
2,75	495 ¹⁾	539	76.7	–	51,6	64,3	86,3	69,9	56,9	–	1703
	495 ²⁾	530	76.4	–	51,1	63,9	86,0	69,5	56,2	–	1703
	495 ³⁾	528	76.3	–	51,0	63,8	85,9	69,4	56,1	68	1703
2,80	477 ¹⁾	516	75.9	–	50,3	63,2	85,6	68,7	55,2	–	1641
	477 ²⁾	508	75.6	–	49,6	62,7	85,3	68,2	54,5	–	1641
	477 ³⁾	508	75.6	–	49,6	62,7	85,3	68,2	54,5	66	1641
2,85	461 ¹⁾	495	75.1	–	48,8	61,9	84,9	67,4	53,5	–	1579
	461 ²⁾	491	74.9	–	48,5	61,7	84,7	67,2	53,2	–	1579
	461 ³⁾	491	74.9	–	48,5	61,7	84,7	67,2	53,2	65	1579
2,90	444 ¹⁾	474	74.3	–	47,2	61,0	84,1	66,0	51,7	–	1517
	444 ²⁾	472	74.2	–	47,1	60,8	84,0	65,8	51,5	–	1517
	444 ³⁾	472	74.2	–	47,1	60,8	84,0	65,8	51,5	63	1517
2,95	429	455	73.4	–	45,7	59,7	83,4	64,6	49,9	61	1462
3,00	415	440	72.8	–	44,5	58,8	82,8	63,5	48,4	59	1407
3,05	401	425	72.0	–	43,1	57,8	82,0	62,3	46,9	58	1351
3,10	388	410	71.4	–	41,8	56,8	81,4	61,1	45,3	56	1303
3,15	375	396	70.6	–	40,4	55,7	80,6	59,9	43,6	54	1255
3,20	363	383	70.0	–	39,1	54,6	80,0	58,7	42,0	52	1213
3,25	352	372	69.3	(110,0)	37,9	53,8	79,3	57,6	40,5	51	1172
3,30	341	360	68.7	(109,0)	36,6	52,8	78,6	56,4	39,1	50	1138
3,35	331	350	68.1	(108,5)	35,5	51,9	78,0	55,4	37,8	48	1103
3,40	321	339	67.5	(108,0)	34,3	51,0	77,3	54,3	36,4	47	1069
3,45	311	328	66.9	(107,5)	33,1	50,0	76,7	53,3	34,4	46	1034
3,50	302	319	66.3	(107,0)	32,1	49,3	76,1	52,2	33,8	45	1007
3,55	293	309	65.7	(106,0)	30,9	48,3	75,5	51,2	32,4	43	979
3,60	285	301	65.3	(105,5)	29,9	47,6	75,0	50,3	31,2	–	951
3,65	277	292	64.6	(104,5)	28,8	46,7	74,4	49,3	29,9	41	924
3,70	269	284	64.1	(104,0)	27,6	45,9	73,7	48,3	28,5	40	903
3,75	262	276	63.6	(103,0)	26,6	45,0	73,1	47,3	27,3	39	883
3,80	255	269	63.0	(102,0)	25,4	44,2	72,5	46,2	26,0	38	862
3,85	248	261	62.5	(101,0)	24,2	43,2	71,7	45,1	24,5	37	841
3,90	241	253	61.8	100,0	22,8	42,0	70,9	43,9	22,8	36	820
3,95	235	247	61.4	99,0	21,7	41,4	70,3	42,9	21,5	35	800
4,00	229	241	60.8	98,2	20,5	40,5	69,7	41,9	20,1	34	779
4,05	223	234	–	97.3	(18,8)	–	–	–	–	–	758
4,10	217	228	–	96.4	(17,5)	–	–	–	–	33	738
4,15	212	222	–	95.5	(16,0)	–	–	–	–	–	717
4,20	207	218	–	94.6	(15,2)	–	–	–	–	32	696
4,25	201	212	–	93.8	(13,8)	–	–	–	–	31	683
4,30	197	207	–	92.8	(12,7)	–	–	–	–	30	669
4,35	192	202	–	91.9	(11,5)	–	–	–	–	29	655
4,40	187	196	–	90.7	(10,0)	–	–	–	–	–	641
4,45	183	192	–	90.0	(9,0)	–	–	–	–	28	627
4,50	179	188	–	89.0	(8,0)	–	–	–	–	27	614
4,55	174	182	–	87.8	(6,4)	–	–	–	–	–	600
4,60	170	178	–	86.8	(5,4)	–	–	–	–	26	586
4,65	167	175	–	86.0	(4,4)	–	–	–	–	–	572
4,70	163	171	–	85.0	(3,3)	–	–	–	–	25	565
4,80	156	163	–	82.9	(0,9)	–	–	–	–	–	538
4,90	149	156	–	80.8	–	–	–	–	–	23	517
5,00	143	150	–	78.7	–	–	–	–	–	22	496
5,10	137	143	–	76.4	–	–	–	–	–	21	483
5,20	131	137	–	74.0	–	–	–	–	–	–	455
5,30	126	132	–	72.0	–	–	–	–	–	20	441
5,40	121	127	–	69.8	–	–	–	–	–	19	427
5,50	116	122	–	67.6	–	–	–	–	–	18	414
5.60	111	117	–	65.7	–	–	–	–	–	15	400
5,70	107 ¹⁾	113	–	64	–	–	–	–	–	–	379
5.80	103 ¹⁾	108	–	61	–	–	–	–	–	–	365

Примечания:

1) Только стандартный мяч

2) Только мяч Hultgren

3) Только шарик из карбида вольфрама

Фигурки в скобках используются редко, даны только для информации

дешевые nfl nike трикотажные изделия, оптовые трикотажные изделия nba, дешевые трикотажные изделия нба, новые дешевые трикотажные изделия НБА 2013 года, Майкл Корс аутлет, сумки Майкла Корса, сумки Майкла Корса, Nike Free Run, дешевый nike free run, Nike Free Run Австралия красные нижние туфли, выход кристиан лабутен, красные днища, красные плавки для мужчин, обувь Nike Air Max, дешевая обувь air max, дешевый Nike Air Max, воздух макс 90, Найк Австралия Nike Free Run 3, магазин Найк дешевая обувь Найк, Nike Free Run 2, дешевый фарфор трикотажных изделий нфл, дешевые подлинные трикотажные изделия НФЛ, аутентичные трикотажные изделия нфл дешево, дешевые подлинные трикотажные изделия нфл, трикотажные изделия возврата НБА, оптовые трикотажные изделия nba, новые дешевые трикотажные изделия НБА 2013 года, аутентичные трикотажные изделия нфл оптом, дешевые nfl nike трикотажные изделия, Найк ТН тн реквин, Nike TN Pas Cher Найк Эйр Макс Па Шер розетка шанель, сумки Шанель, сумки chanel блейзер Найк винтажный блейзер nike, Найк Блейзер femme Nike Blazer Pas Cher, Nike Air Max tn, воздух макс тн па шер, Nike Air Max 90, кроссовки Nike Air Max, Nike TN Pas Cher Эйр Джордан Air Jordan Pas Cher, Найк Эйр Джордан Air Jordan Femme Майкл Корс аутлет, выход Майкла Корса онлайн, кошельки Майкла Корса, сумки Майкла Корса, сумки Майкла Корса, красные нижние туфли, выход кристиан лабутен, красные днища, красные плавки для мужчин, Распродажа Christian Louboutin, Майкл Корс Канада Майкл Корс аутлет, кошельки Майкла Корса, сумки Майкла Корса, сумки Майкла Корса,

Возможность измерения твердости по шкале С по Роквеллу

Аннотация

Измерительная система способна производить измерения с достаточно малой погрешностью для демонстрации соответствия техническим характеристикам продукта.Чтобы установить способность системы к твердости по шкале Rock-well C, необходимо оценить неопределенность измерения и, когда твердость является только индикатором, количественно определить взаимосвязь между твердостью и характеристиками продукта, представляющими реальный интерес. Неопределенность включает несколько компонентов, которые мы обозначаем как отсутствие повторяемости, недостаточную воспроизводимость, машинную ошибку и ошибку индентора. Покомпонентная оценка приводит к пониманию механизмов и, таким образом, к руководству по обновлению системы, если это необходимо.Для оценки некоторых компонентов требуются только тестовые блоки хорошего качества, а для оценки других требуются тестовые блоки, которые NIST выдает как стандартные эталонные материалы (SRM). Важным нововведением, представленным в этой статье, является улучшенная обработка изменения твердости по поверхности испытательного блока. Помимо самой твердости, методы, описанные в этой статье, могут быть применимы к другим локальным измерениям поверхности.

Ключевые слова: калибровка , критичная для качества продукции, экспериментальный план, твердость при вдавливании, сравнение систем измерения, пространственная статистика, стандартный эталонный материал, измерение поверхности, метод испытаний, устранение тенденции, компонент неопределенности

1.Введение

Системы для измерения твердости не следуют в точности протоколу, который можно было бы выбрать. По этой причине существует разница между получаемым измерением и желаемым измерением. Чтобы охарактеризовать эту разницу, можно выполнить тестовые измерения и по ним вычислить неопределенность измерения. В этой статье показано, как это сделать.

Шкала Rockwell C – это испытание на вдавливание [1,2]. Протокол проведения этого испытания состоит из предписаний по выбору индентора правильной формы, по вводу индентора в материал и по расчету значения твердости по глубине вдавливания.Предписанный индентор представляет собой алмазный конус с углом конуса 120 °, тангенциально соединенный со сферическим наконечником радиусом 200 мкм. Вдавливание индентора в материал включает два уровня силы, 98,07 Н и 1471 Н. (Эти силы могут быть достигнуты с массами 10 кг и 150 кг.) Во-первых, как показано на, меньшее усилие применяется в течение заданного интервала времени. а затем измеряется первая глубина вдавливания. Во-вторых, сила увеличивается до более высокого уровня таким образом, что индентор проникает в материал с заданной скоростью.В-третьих, большее усилие сохраняется в течение заданного интервала. В-четвертых, сила снова снижается до нижнего уровня и удерживается в течение заданного интервала, после чего измеряется вторая глубина вдавливания. Не каждый, кто выбирает протокол шкалы C по Роквеллу, выбирает одинаковые заданные интервалы и скорость. Американское общество испытаний и материалов (ASTM) [1] и Международная организация по стандартизации (ISO) [2] ограничивают только разрешенный выбор. Твердость рассчитывается по разнице между второй глубиной и первой.Эта разница выражается в кратных 0,002 мм и вычитается из 100. Для сталей значения твердости по шкале С по шкале Роквелла обычно находятся между 25 HRC и 65 HRC.

Испытания на твердость по шкале С по Роквеллу, иллюстрирующие изменение силы во времени (a) и результирующую глубину вдавливания (b). Измерения глубины индентора, используемые при расчете значения твердости, обозначены символом ×.

В производстве обычно индексируют возможности измерения, сопоставляя неопределенность измерения с допуском, которому должен соответствовать продукт [3].Допуск – это разница между верхним и нижним пределами спецификации для свойства продукта. В случае твердости допуски являются проблемой, потому что основы, на которых они устанавливаются, часто неясны. Что обычно не делается явным, так это то, что твердость является показателем свойства продукта, критического для качества, и что допуск на критическое свойство является надлежащей основой для допуска твердости.

Представленный здесь подход к оценке неопределенности отличается двумя особенностями.Первый полностью полагается на тестовые блоки, а второй – это определение местоположения блоков для тестовых измерений. Хотя мы не рассматриваем здесь это, можно получить представление о неопределенности твердости, сравнив то, что считается идеальным протоколом, с фактической реализацией этого протокола. Такой подход может быть основан на распространении неопределенностей [4]. Для некоторых отклонений реализации от идеала, таких как отклонение приложенных сил, геометрии индентора или временных интервалов приложения силы, можно (1) охарактеризовать отклонение как неопределенность, (2) получить коэффициенты чувствительности, которые относятся к такие отклонения в результирующих измерениях твердости, и (3) оценить соответствующий компонент неопределенности измерения.Коэффициенты на втором этапе не могут быть получены математически, как при обычном распространении неопределенностей, но должны быть получены экспериментально. Вместо того, чтобы использовать этот трехэтапный подход, мы оцениваем вклад в неопределенность таких отклонений с помощью SRM шкалы NIST Rockwell C [5, 6]. Другая возможность, которую мы здесь не рассматриваем, – это произвольный выбор мест измерения на тестовых блоках. Обычно руководящие принципы рекомендуют использовать среднее значение пяти измерений, сделанных где-то на испытательном блоке (Приложение H в [4]).Вычисления, связанные с этим, основаны на предположении, что места были выбраны случайным образом. Вместо того, чтобы рассматривать эту возможность, мы указываем места измерения и действуем соответствующим образом.

Полезность неопределенности измерения для принятия решений возрастает, когда выясняется связь между компонентами неопределенности и физическими механизмами, влияющими на систему измерения. В своей организации эта статья работает покомпонентно, давая для каждого компонента необходимые тестовые измерения и анализ.Хотя мы не определяем компонент для каждого возможного механизма, определяемые нами компоненты могут быть связаны с группами возможных механизмов, и иногда возможны дальнейшие различия. Размышление о механизмах особенно полезно при принятии решения о том, как можно модернизировать твердосплавное оборудование. Такое мышление также важно, когда кто-то пытается понять, почему результаты двух измерений твердости различаются. Не все механизмы и, следовательно, не все составляющие неопределенности обязательно способствуют объяснению разницы между двумя измерениями.Размышление о механизмах позволяет решить, какие компоненты можно правильно использовать для объяснения наблюдаемого несоответствия.

Упоминание об обновлении оборудования поднимает вопрос о необходимости затрат. Это касается не только неопределенности измерения, но и требований к продукции, которые должна обеспечивать измерительная система. Этому вопросу посвящен следующий раздел.

В остальных разделах объясняется, как экспериментально оценить каждый компонент неопределенности.В экспериментальной работе используются испытательные блоки, которые вносят еще один источник отклонений – неоднородность твердости на поверхностях испытательных блоков. Работа с этим источником вариаций при оценке составляющих неопределенности твердости является предметом разделов. 3–5.

Как обычно применяется, твердость по шкале C по Роквеллу – это метод испытаний, который показывает свойства всего устройства путем измерения только небольшой части устройства. Разработка методов испытаний с этой характеристикой важна не только для определения твердости.Например, под названием «комбинаторные методы» существует значительный интерес к экспериментам, включающим прогоны в различных условиях, но только с небольшим количеством материала для каждого условия, настолько маленьким, что может быть использован только индикатор желаемого свойства продукта. измеряется. Поскольку такие эксперименты обычно проводятся с образцами материала, разложенными на поверхности, методы анализа неопределенности, описанные в этой статье, могут быть поучительными.

2. Пределы технических характеристик продукта

Твердость по шкале С по Роквеллу используется для проверки безопасности шасси самолета, прочности креплений, безопасности газовых баллонов при случайном ударе и рабочих характеристик лезвий ротационных газонокосилок.В случае стали эти характеристики продукта и твердость взаимосвязаны, поскольку они оба подвергаются термической обработке. Избыточная термообработка приводит к трещинам шасси, разрушению газовых баллонов и поломке лезвий косилки. Недостаточная термическая обработка приводит к изгибу шасси, деформации газовых баллонов под воздействием нагрузки и быстрому затуплению лезвий косилок.

Очевидно, что некоторые характеристики продукта, измеренные по шкале твердости С Роквелла, имеют решающее значение для качества. Производители продуктов, для которых это верно, не имеют другого выбора, кроме как развивать и поддерживать соответствующие возможности измерения твердости.Конечно, возможен альтернативный метод тестирования, но такая разработка, вероятно, будет очень дорогостоящей. Таким образом, пренебрежительно относиться к твердости по Роквеллу из-за ее простого протокола и долгой истории – не вариант.

Для некоторых характеристик продукта, но не твердости, инженерные знания, необходимые для определения приемлемых значений характеристики, то есть для установки пределов спецификации, доступны без дальнейших экспериментов. Например, скажем, что характеристика – это форма детали.Чтобы рассчитать пределы спецификации, можно представить себе, как отклонения от идеальной формы повлияют на использование детали, определить различные размеры детали, которые вместе могут быть использованы для обеспечения успешного использования, и, наконец, указать пределы для этих размеров детали. Точно так же скажем, что характеристика – это состав какого-то материала. Чтобы рассчитать пределы спецификации, можно было предвидеть, как различные составляющие будут влиять на использование, и установить пределы спецификации на концентрации этих составляющих.Это примеры характеристик продукта, для которых теоретически можно установить пределы спецификации.

Твердость по шкале С по Роквеллу иная. Фактически, это различие иногда подчеркивается, говоря, что определение размеров и концентрации – это измерения, тогда как твердость по Роквеллу – это метод испытаний. Как показывает твердость по Роквеллу, протоколы методов испытаний иногда совершенно не учитывают характеристики продукта, представляющие реальный интерес. Не существует количественной модели, которая связывает твердость по Роквеллу и характеристики шасси самолета при напряжении.Единственный способ установить соединение – эксперимент. В случае шасси это усилие включает определение соотношения между прочностью на разрыв и твердостью. Фактически, можно найти публикации, которые дают это соотношение [7], но нужно беспокоиться о надежности опубликованного соотношения и о том, справедливо ли оно для всех классов стали. Может показаться, что во многих случаях использование метода испытаний для подтверждения характеристик продукта требует дорогостоящих экспериментальных работ, и что эту работу можно было бы выполнять только в том случае, если характеристика была критичной для качества, а метод испытаний был единственным способом измерить характеристику. .

Чтобы компенсировать проблемы в экспериментальной работе, связывающей характеристики продукта и метод испытаний, можно подумать об ужесточении пределов спецификации до тех пор, пока не будет уверенности, что результаты метода испытаний показывают удовлетворительные характеристики продукта. Эта аргументация может лежать в основе некоторых соглашений между заказчиком и поставщиком, которые содержат ограничения на твердость по шкале С по шкале Роквелла. Разумеется, ужесточение пределов спецификации приводит к ужесточению требований к неопределенности метода испытаний.Уменьшить эту неопределенность может быть сложно. В этом случае нужно решить, в какую экспериментальную работу вложить средства: можно улучшить понимание пределов спецификации или уменьшить неопределенность при использовании метода испытаний.

Идея о том, что спецификация ограничивает требования к неопределенности привода, усложняется в случае твердости по шкале С по Роквеллу из-за различий между составляющими неопределенности. Наиболее важное различие заключается между компонентами, описывающими вариацию конкретной системы тестирования, и компонентами, возникающими при сравнении систем.Характеристика первых влечет за собой то, что обычно называют повторяемостью и воспроизводимостью датчика (R&R) [3]. Характеристика последних включает сравнение испытательных машин и инденторов.

Шкала С по Роквеллу может использоваться для уменьшения вариаций в процессе термообработки. Хотя уменьшение вариаций само по себе не гарантирует, что произведенные детали будут удовлетворительными, такое уменьшение является разумным первым шагом. Если это одна из целей, следует использовать только одну систему измерения твердости.Необходимые возможности измерения включают только краткосрочные и долгосрочные вариации этой системы. Таким образом, исследование R&R прибором достаточно, чтобы охарактеризовать интересующие компоненты неопределенности и, таким образом, определить, способна ли система определения твердости для этой задачи.

В более широком смысле, необходимо учитывать отношение своих измерений твердости к измерениям твердости, которые были частью установки пределов спецификации. Как правило, эти два набора измерений будут включать разные станки и инденторы.Несмотря на различия, пределы спецификации должны применяться к измерениям от обоих. Могут быть задействованы всего две системы: поставщик и заказчик. В качестве альтернативы, обе системы могут быть отнесены к измерениям твердости, выполненным NIST. В любом случае компоненты неопределенности, которые характеризуют ошибки станка и индентора, входят в определение возможности измерения. Часто эти ошибки больше, чем ошибки, очевидные в исследовании R&R, и определить, как их уменьшить путем обновления системы измерения, сложнее.

3. Измеритель R&R

3.1 Оценка с неоднородными блоками

Повторяемость, первая буква «R» в «R&R», определяется как «близость согласия между результатами последовательных измерений одной и той же измеряемой величины, выполненных в рамках одной и той же условия измерения »[4]. Два условия в этом определении, одна и та же измеряемая величина и одинаковые условия, требуют осторожности. Последовательные измерения одной и той же измеряемой величины не могут быть реализованы, потому что измерение твердости может быть выполнено только один раз в каждом месте испытательного блока, а твердость испытательного образца не является идеально однородной.Таким образом, необходимо использовать способ обхода неоднородности блоков. В определении слова «одинаковые условия» необходимо дополнить указанием условий, которые должны оставаться постоянными.

Для машины с собственным весом и твердостью по Роквеллу в NIST [6] мы указываем, что «последовательные измерения… в одинаковых условиях» означают непрерывную последовательность измерений, выполненных с использованием одинаковой конфигурации индентора и станка. Наше использование слова «непрерывный» подразумевает, что измерения выполняются одно за другим в течение короткого периода времени.«Сделано с той же конфигурацией машины» означает произведено без изменения схемы испытаний или изменения настроек машины каким-либо иным образом. Поскольку машина NIST имеет плоскую наковальню, мы добавляем оговорку, что в ходе измерений блок не снимается с наковальни. Для испытательных машин других конструкций могут быть подходящими другие условия. Впоследствии в этой статье мы часто оговариваем, что условия измерения должны оставаться постоянными, как при оценке повторяемости.

Мы определяем повторяемость с точки зрения измерений на идеально однородном испытательном блоке, а затем показываем, как можно оценить повторяемость с помощью неоднородных испытательных блоков. Ключевым моментом является указание мест измерения на тестовых блоках. Предписанные места должны быть достаточно далеко друг от друга, чтобы избежать упрочнения, вызванного остаточным напряжением, оставленным вмятиной, и должны быть симметричными и достаточно близкими, чтобы компенсировать отклонения из-за неоднородности блока. Большинство методов, представленных в этом разделе, основаны на схемах измерения, состоящих из шестиугольников с 6 мм между соседними вершинами.Расстояние 6 мм кажется достаточно большим, чтобы избежать эффекта скученности, и достаточно маленьким, чтобы на блоке оставалось достаточно углублений. Измерение вершин и центра шестиугольника 6 мм требует разработки экспериментальной техники. Это можно сделать, приложив определенные усилия.

Эту неоднородность блока нельзя игнорировать, когда машина имеет хорошую повторяемость, это иллюстрируется измерениями, которые представлены в виде гистограммы. NIST получил эти 83 значения путем измерения одного из блоков SRM, 95N63001, на квадратной сетке 5 мм.Разброс измерений, показанный на этой гистограмме, вызван как отсутствием повторяемости, так и неоднородностью блоков. Эти два источника можно различить, если принять во внимание место проведения измерений. Неоднородность блока в значительной степени характеризуется плавным изменением в зависимости от местоположения, поскольку основные причины этой неоднородности – изменение материала и применяемая к нему термообработка – меняются плавно. Таким образом, график контура твердости в показывает, насколько неоднородность блока способствует разбросу измерений, показанному на.показывает, что этот блок тверже по краям и мягче в середине. Более того, вариация, показанная контурами, в значительной степени объясняет разброс. Они не только показывают и иллюстрируют возможное влияние неоднородности блока на оценку неопределенности, но также показывают, что основой для решения проблемы неоднородности блока является плавное изменение твердости в зависимости от местоположения.

Гистограмма измерений, выполненных на блоке 95N63001.

Контурная диаграмма для блока 95N63001, полученная с помощью коммерческого программного обеспечения.

3.2 Устранение тренда

В качестве основы для методов в этом разделе мы предполагаем, что изменение твердости по шестиугольнику 6 мм похоже на изменение с постоянным градиентом. (См. Раздел 3.8 для дальнейшего обсуждения этого приближения.) Показан шестиугольник диаметром 6 мм с пронумерованными вершинами, вложенный в равностороннюю треугольную сетку, покрывающую блок диаметром 52 мм. Скажем, мы измеряем центральную точку, номер 7, и пару крестообразных шестиугольников, возможно, вершины 1 и 4, сохраняя условия измерения постоянными, как при оценке повторяемости.Если твердость имеет постоянный градиент, тогда, за исключением отклонения из-за отсутствия повторяемости, центральное измерение равно среднему значению двух других измерений. Изучая отклонение от равенства, мы можем оценить повторяемость, не обращая внимания на неоднородность блоков. Кроме того, расположение измерений на шестиугольнике 6 мм можно использовать для устранения неоднородности блоков при сравнении систем, например, при сравнении инденторов. Если мы выберем условия для измерения центра, которые отличаются от условий для двух других, то мы сможем определить влияние этой разницы, которой препятствует только отсутствие повторяемости, а не неоднородность блоков.

Равносторонняя треугольная сетка 6 мм для блока с шестиугольным измерительным шаблоном, выделенным и пронумерованным.

Сказанное можно выразить математически. Как показано на, пусть места на внешней стороне шестиугольника пронумерованы по часовой стрелке от 1 до 6, а центр – 7. Три пары поперечных шестиугольников – это вершины 1 и 4, вершины 2 и 5, а также вершины 3 и 6 соответственно. Координаты xy местоположений приблизительно даны в миллиметрах как (−6,0), (−3,5), (3,5), (6,0), (3, −5), (−3 , −5) и (0,0).Обозначим семь измерений твердости H _i , i = 1,…, 7. Пусть каждая пара крестообразных шестиугольников измеряется в постоянных условиях, как при оценке повторяемости. Для сравнения ( H _i + H _i ₊₃) / 2, i = 1,…, 3 и H ₇. Если неоднородность блока имеет постоянный градиент, то фактическая твердость как функция координат x – y на поверхности определяется выражением b ₀ + b ₁ x _i + b ₂ y _i для некоторых коэффициентов b ₀, b ₁ и b ₂.Мы видим, что неоднородность этой зависимости от местоположения не входит в сравнения.

Полезно выразить измерения твердости таким образом, чтобы четко обозначить влияние отсутствия повторяемости. Рассмотрим общий случай сравнения систем. В этом случае каждая пара крестообразных шестиугольников измеряется в одних и тех же условиях, но разные пары и центральная точка могут измеряться в разных условиях. Обозначим системные условия для вершин 1 и 4 через A, условия для 2 и 5 через B, условия для 3 и 6 через C, а условия для центральной точки через D.У нас есть

(h2 + h5) / 2 = βA + (ε1 + ε4) / 2 (h3 + H5) / 2 = βB + (ε2 + ε5) / 2 (h4 + H6) / 2 = βC + (ε3 + ε6) / 2H7 = βD + ε7

ε _i, i = 1,…, 7, обозначают эффекты отсутствия повторяемости. Мы моделируем эти семь эффектов как статистически независимые с нулевым средним и стандартным отклонением σ . Мы можем представить β _A, β _B, β _C, β _D как значения твердости, которые можно получить в центральной точке шестиугольника при четырех наборах условиях и при отсутствии какого-либо эффекта отсутствия повторяемости.Если бы наборы условий были одинаковыми, эти значения были бы одинаковыми.

Если бы мы знали значение σ , то, скажем, мы могли бы получить доверительный интервал для β _A – β _B. Стандартное отклонение средних значений по двум точкам составляет σ / 2. Напомним, что дисперсия (квадрат стандартного отклонения) суммы независимых ошибок определяется суммой дисперсий отдельных ошибок. 95% доверительный интервал для β _A – β _B определяется как

( H ₁ + H ₄) / 2 – ( H ₂ + H ₅) / 2 ± 1.96 σ .

Формула, которая применяется, когда задействовано центральное значение, несколько отличается. 95% доверительный интервал для β _A – β _D, скажем, определяется как

(h2 + h5) /2−H7 ± 1,963/2σ.

Другие сравнения аналогичны той или другой из этих формул. Обратите внимание, что то, являются ли эти сравнения удовлетворительными для этой цели, зависит от размера стандартного отклонения σ . Если стандартное отклонение слишком велико, можно сделать более точные сравнения, улучшив повторяемость станка или повторив измерения на шестиугольниках, размещенных в другом месте блока.

3.3 Оценка повторяемости

Рассмотрим измерение всех семи точек шестиугольника 6 мм при постоянных условиях, как при оценке повторяемости. Как объяснялось в предыдущем разделе, если неоднородность блока имеет постоянный градиент, только отсутствие повторяемости вызывает ( H ₁ + H ₄) / 2, ( H ₂ + H ₅) / 2, ( H ₃ + H ₆) / 2 и H ₇, чтобы отличаться.Более того, только отсутствие повторяемости приводит к H ₁ + H ₃ + H ₅ – H ₂ – H ₄ – H _{к разным 6 _{от 0. Таким образом, по этим величинам можно оценить σ , то есть оценить повторяемость.}}

Обычно оценивают дисперсию σ ² и обозначают оценку как с ².Пусть среднее значение семи показаний будет

Оценка дисперсии дается формулой

s2 = 14 [[H7 − H¯] 2 + ∑i = 132 [(Hi + Hi + 3) / 2 − H¯] 2+ [h2 + h4 + H5 − h3 − h5 − H6] 2/6 ].

Поскольку эта оценка имеет только 4 степени свободы, ее изменчивость должна быть принята во внимание, когда она используется, чтобы делать выводы. Если для формирования доверительных интервалов необходимо использовать соответствующее стандартное отклонение s вместо σ , тогда соответствующее значение из таблицы Стьюдента t , 2.776 заменит 1,96, показанный выше.

Для таких целей, как сообщение о недостаточной повторяемости испытательной машины, может потребоваться оценка σ с большим количеством степеней свободы. Один из способов сделать это – измерить более одного шестиугольника одним и тем же индентором, скажем, м шестиугольников. Пусть измерение твердости для местоположения i на шестиграннике j равно H _ji . Действуя, как указано выше для каждого шестиугольника, мы получаем оценку σ для каждого шестиугольника, которую мы обозначаем как s _j .Общая оценка стандартного отклонения дается выражением

Эта оценка имеет 4 м степеней свободы. В более общем плане, если бы оценка s _j имела ν _j степеней свободы, тогда общая оценка имела бы

степеней свободы и будет задаваться

Во многих случаях достаточно 12 степеней свободы, полученных из трех шестиугольников.

показывает для каждого из трех уровней твердости результаты измерений на трех шестиугольниках, представленные как отклонения от H¯j.Единицы измерения твердости по шкале С Роквелла (HRC). Центр изображен кружком, а элементы различных пар крест-накрест-шестиугольник изображены треугольниками, квадратами и ромбами соответственно. Показанное изменение связано с неоднородностью блока и отсутствием повторяемости. Неоднородность с крутым градиентом приведет к тому, что некоторые пары будут демонстрировать большие отклонения в противоположных направлениях от центральной линии. Свидетельства тому есть. Члены пар не лежат на равных расстояниях от центральной линии из-за отсутствия повторяемости.

Данные о повторяемости с разными символами для центральной точки (круга) и каждой пары крестообразных шестиугольников (треугольник, квадрат или ромб).

Для трех уровней HRC 25, 45 и 63 стандартное отклонение оценки с для вариации из-за отсутствия повторяемости составляет 0,029 HRC, 0,033 HRC и 0,024 HRC, соответственно. Каждая из этих оценок имеет 12 степеней свободы. Эти оценки не предоставляют окончательных доказательств того, что повторяемость зависит от уровня твердости.

3.4 Долговременное изменение

Сравнение средних значений поперечного шестиугольника с полученными ранее измерениями центра – это один из способов мониторинга долговременных колебаний системы измерения твердости. Каждый начинает с измерения центров шестиугольников, достаточного для покрытия периода, в течение которого должен происходить мониторинг. Это может потребовать разметки шестиугольников на нескольких блоках одного уровня твердости. Центры измеряются в постоянных условиях, необходимых для предотвращения любых отклонений, помимо неизбежного отсутствия повторяемости.Затем, в течение периода мониторинга, измеряют пары поперечных шестиугольников и сравнивают средние пары с центром. Обратите внимание, что этот подход устраняет как неоднородность блока, так и изменение от блока к блоку. По этой причине мы можем комбинировать показания шестиугольников на разных блоках так же, как мы объединяем показания шестиугольников на одном и том же блоке.

Чтобы описать этот подход математически, пусть внешние точки каждого шестиугольника будут проиндексированы i , как указано выше, и пусть j проиндексирует шестиугольники.Обозначим размер центра шестигранника j как H ₀ _j . Порядок, в котором измеряются пары крест-шестиугольник во время мониторинга, важен. Возможно, лучше всего измерить одну пару на каждом шестиугольнике, прежде чем возвращаться к измерению второй пары на любом шестиугольнике. Таким образом, для некоторого упорядочения шестиугольников измеряется пара на каждом шестиугольнике, затем по второй на каждом и, наконец, третье. Для каждой точки мониторинга можно нанести на рабочий график отклонение среднего значения по шестиугольникам от измерения в центральной точке.

( H _{j i} + H _{j ( i +3)}) / 2 – H _{0 j .}

Частота мониторинга и условия измерения, которые должны оставаться постоянными во время мониторинга, – это вопросы, требующие решения.

Для каждого уровня жесткости показывает график работы с этими отклонениями в зависимости от времени. В день проведения измерений в центре были полностью измерены три шестиугольника для каждого уровня, чтобы оценить повторяемость. Эти измерения показаны на рис. На основе этих данных мы вычислили девять отклонений, показанных в день 0. Отклонения мониторинга получали каждый день, когда машина должна была использоваться, но, как показано, машина использовалась нерегулярно в течение указанного периода.В отдельные дни было получено два или даже три отклонения мониторинга. Все это показано в.

Долгосрочное изменение, показываемое для каждого дня разницей между парой перекрестных шестиугольников и центром.

Таблицы тиражей вызывают беспокойство, поскольку, похоже, существуют особые причины, которые нелегко идентифицировать. Очевидно, что в тот день, когда были произведены измерения в центре, машина работала по-другому. По этой причине почти все отклонения положительные. Более того, в течение периода, охватываемого последней частью графика, отклонения, кажется, уменьшаются, а затем восстанавливаются.Обеспокоенность по поводу причин этих проявлений усиливается тем фактом, что они в некоторой степени проявляются на каждом уровне жесткости, хотя наиболее выражены на самом низком уровне. Первое, где можно искать причины, – это механическая работа испытательной машины. Хотелось бы установить некую процедуру использования машины, которая гарантировала бы, что независимо от причины, ее действие будет ограничено. Некоторые из таких процедур, например, процедуры разминки, уже применяются, но могут быть не полностью эффективными.В частности, прибор NIST позволяет отслеживать зависимость глубины индентора от времени для каждого измерения. В начале каждого дня этот график используется для определения необходимости регулировки движущихся частей машины, чтобы силы прилагались с надлежащей скоростью. Поразмыслив, мы пришли к выводу, что, хотя это и вызывает беспокойство, последствия недостаточно выражены, чтобы можно было идентифицировать причины.

3.5 Оценка воспроизводимости

Параллельно с определением повторяемости, воспроизводимость, вторая буква «R» в «R&R» определяется как «близость согласия между результатами последовательных измерений одной и той же измеряемой величины, выполненных в изменившихся условиях. измерение »[4].Необходимо указать, какие условия меняются. При работе машины для определения твердости по Роквеллу с собственным грузом по NIST изменение, представляющее особый интерес, – это изменение дня ото дня, которое происходит с одним и тем же индентором без изменения схематического цикла испытаний или сброса параметров станка каким-либо другим способом. Часто изменившиеся условия при обсуждении воспроизводимости включают смену оператора, хотя это менее важно для машин с компьютерным управлением. Есть также другие возможности для определения изменившихся условий.

Когда думают о воспроизводимости, обычно думают об источниках ошибок в дополнение к тем, которые вызывают недостаточную повторяемость. Таким образом, можно разложить измерение твердости H на три члена: ε , член, который отражает источники ошибок, которые вызывают недостаточную повторяемость; δ – член, отражающий дополнительные источники ошибок, связанные с недостаточной воспроизводимостью; и мкм , фактическая твердость, смещенная станком и погрешностью индентора.У нас есть

Размышляя о системе измерения во времени, нужно обращать внимание на то, когда каждый член в этом уравнении изменяется. В случае нашей модели машины NIST член ε изменяется с каждым новым измерением; член δ меняется с каждым новым днем; а член µ изменяется только при преднамеренной замене станка или индентора.

Эффект дополнительных источников ошибок заключается в добавлении члена к паре поперечных шестиугольников ( H _ji + H _{j ( i + 3)}) / 2, что мы обозначим δ _ji , и, чтобы добавить член к измерению центра H ₀ _j , которое мы обозначим δ ₀.Скажем, мы используем только одну пару крестообразных шестиугольников для каждой точки мониторинга, что, как мы предполагаем, связано с изменениями в дополнительных источниках ошибок. Обозначив отклонения как D _ji , имеем

D _{j i} = ( H _{j i} + H _{j ( i +3)} H ) / 21068 H 2 0 j = δ _{j i} – δ ₀ + ( ε _{j i} + ε _{1010 3)}) / 2 – ε _{0 j}.

В правой части этого уравнения члены ошибки статистически независимы, если их индексы различаются. Мы видим, что график выполнения имеет постоянное смещение, потому что δ ₀ никогда не изменяется. Более того, существует некоторая зависимость между D _ji и D _jk , потому что ε ₀ _j изменяется только на j .

Обычно воспроизводимость оценивается с помощью оценки стандартного отклонения.Это означает, что изменения, включенные в определение воспроизводимости, должны иметь эффекты, которые разумно изображаются как случайные с постоянным стандартным отклонением. Подумайте, как бы выглядела диаграмма пробежек, подобная описанной выше, если бы это было правдой. Скажем, условия, которые изменяются в соответствии с определением воспроизводимости, изменяются с каждой новой точкой на графике. Тогда, с одним незначительным отклонением, отклонения, отображаемые диаграммой прогона, будут казаться случайными, без существенного изменения величины отклонения.Отклонение – это описанная выше зависимость, вызванная тем, что три точки диаграммы прогона имеют общее измерение центра. В качестве отступления обратите внимание, что можно сформировать график выполнения с измененными условиями только для каждой второй точки или каждой третьей точки. Такая альтернатива разумна, но требует несколько иной оценки воспроизводимости.

Если отсутствие воспроизводимости обоснованно резюмируется стандартным отклонением, то мы можем добавить контрольные пределы в график прогона отклонений. Скажем, у нас есть n отклонений, которые для общности мы считаем полученными из одной или нескольких пар поперечных шестиугольников на нескольких шестиугольниках.Пределы контроля должны быть сосредоточены на

, где суммы покрывают пары из различных шестиугольников, для которых имеются отклонения. Используя трехкратное стандартное отклонение, для контрольных пределов получаем

D¯ ± 31n − 1∑j∑i (Dji − D¯) 2.

Эти контрольные пределы учитывают повторяемость и воспроизводимость системы измерения. Точки за пределами контрольных пределов могут указывать на особую причину отклонения, которую необходимо расследовать. Обратите внимание, что контрольные пределы не нужно переоценивать, даже если мониторинг включает шестиугольники из нескольких блоков.

Теперь у нас есть модель для измерения твердости с двумя источниками неопределенности: ε и δ . Дисперсия ε обозначается σ ² и оценивается как s ², как указано в разд. 3.3. Дисперсия δ обозначена как σδ2. Оценка σδ2 можно получить из отклонений D _ji . У нас есть

sδ2 = 1n − 1∑j∑i (Dji − D¯) 2−32s2

Обратите внимание на вычитание 3 с ²/2, чтобы удалить из изменчивости, наблюдаемой на контрольной диаграмме, часть, относящуюся к отсутствие повторяемости.Стабильность этой оценки может быть серьезно нарушена, если от отклонения к отклонению условия измерения не изменяются, как предусмотрено в определении воспроизводимости. В частности, обратите внимание на то, что если предполагаемое изменение представляет собой смену дня ото дня, то измерение нескольких пар поперечных шестиугольников в течение дня мало что даст для более точной оценки. σδ2.

Желательность случайности в последовательности отклонений D _ji возникает из идеи, что случайность подразумевает, что каждое отклонение является следствием многих причин, ни одна из которых не является доминирующей.Если причин много, то ожидается, что статистические свойства отклонений, их среднее значение и стандартное отклонение останутся постоянными в будущем. Беспокоит то, что есть некоторые признаки того, что существует несколько доминирующих причин, которые могут привести к отклонениям в будущем, которые не похожи ни на что, наблюдаемое в.

Подходит ли стандартное отклонение для обобщения? Мы вычислили с _δ , используя только одно значение D _ji из дней, в течение которых были измерены два или три.Мы получили для самого низкого уровня 0,056 HRC, для среднего уровня 0,038 HRC и для самого высокого уровня 0,036 HRC. Это стандартное отклонение действительно отражает ежедневные вариации, компонент ошибки, называемый недостаточной воспроизводимостью, наблюдаемый в. Этот компонент, по-видимому, в значительной степени является результатом ежедневных изменений в том, как движется машина при выполнении цикла тестирования. Вызывает беспокойство то, что s _δ может быть слишком маленьким, чтобы покрыть этот компонент ошибки, как он может появиться в будущих измерениях.Еще одно предостережение заключается в том, что эти результаты могут вводить в заблуждение при интерпретации комбинаций измерений, сделанных в течение последовательных дней, поскольку, по-видимому, указывают на некоторое отсутствие случайности, то есть некоторую повседневную зависимость.

3.6 Сравнение и оценка

Рассмотрим теперь сравнение инденторов и испытательных машин. В общем, представление о том, что изменения в инденторах или машинах – это изменения, которые должны быть включены в определение воспроизводимости, кажется надуманным, потому что обычно есть только несколько инденторов или машин, с которыми можно экспериментировать.Таким образом, изложение различий могло бы показаться более удовлетворительным, чем стандартное отклонение, как способ суммировать вариации, наблюдаемые при замене индентора или станка.

Рассматриваемые нами сравнения настроены так, что учитывается только отсутствие повторяемости. Можно было бы провести сравнения, как предложено в разд. 3.2 и используйте оценку повторяемости в разд. 3.3 для получения доверительных интервалов. Однако для эффективности можно сравнить инденторы или машины и оценить повторяемость в одном и том же эксперименте.Скажем, у одного есть 3 индентора, которые нужно сравнить, используя 14 местоположений, доступных в 2 шестиугольниках. Обозначим инденторы A, B и C. В каждом шестиугольнике мы назначаем индентор A вершинам 1 и 4, B – 2 и 5, а C – 3 и 6. Далее, мы назначаем A центру шестиугольника 1. и B к центру шестиугольника 2. Как и выше, мы обозначим показание твердости для местоположения i и шестиугольника j как H _ji ..

Можно было ожидать, что мы сделаем 14 измерений твердости H _ji ; j = 1,2; i = 1,…, 7; как элементы y , но это приводит к необходимости в элементах в β , которые моделируют неоднородность блоков по шестиугольникам. Вместо этого мы решили ограничить элементы β до β _A, β _B, β _C, показания твердости с инденторами A, B и C. соответственно, что можно было бы получить при идеальной повторяемости в центре шестиугольника 1 и Δ , разницы в твердости между центрами шестиугольника 1 и 2.У нас есть

Чтобы мы могли ограничить β этими 4 параметрами, мы должны принять в качестве элементов y комбинации значений твердости, которые мы ввели в разд. 3.2. Мы берем в качестве наблюдений средние значения по шестиугольникам и центральное показание, масштабированные так, чтобы их стандартное отклонение составляло σ . Мы добавляем (h21 + h23 + h25-h22-h24-h26) / 6 и соответствующее количество из другого шестиугольника, так что программа регрессии включает их в оценку σ .Значения данных, которым соответствует регрессионная модель, задаются следующим образом:

y = ((h21 + h24) / 2 (h22 + h25) / 2 (h23 + h26) / 2h27 (h21 + h23 + h25 − h22 − h24 − h26) / 6 (h31 + h34) / 2 (h32 + h35) / 2 (h33 + h36) / 2h37 (h31 + h33 + h35 − h32 − h34 − h36) / 6)

Как следствие нашего выбора β и y , матрица расчета дан кем-то

X = (2000020000200020020202002200).

Логику принятой нами модели можно увидеть, рассмотрев уравнение y = Xβ , модель для y с удаленным членом ошибки.Например, из шестой строки у нас есть

Это показывает, что первое среднее значение поперечного шестиугольника для шестиугольника 2 дается показанием твердости, полученным от индентора A в шестиугольнике 1, плюс разность твердости между шестиугольником 1 и шестиугольником 2. Это иллюстрирует выбранную нами параметризацию.

Чтобы оценить элементы β , нам нужна программа регрессии, которая работает без добавления постоянного члена в модель. (Добавление постоянного члена состоит из добавления столбца с элементами 1 к X и другого элемента к β .B ± 2.447saABT (XTX) −1aAB.

В качестве примера рассмотрим сравнение первичного индентора NIST с четырьмя другими инденторами. Чтобы разместить такое количество инденторов, мы дважды реализовали вышеуказанный дизайн на двух наборах по два шестиугольника. Для обоих наборов индентор NIST был назначен индентором A. Затем в первом наборе инденторы 1 и 2 были присвоены B и C соответственно, а во втором наборе инденторы 3 и 4 были назначены B и C соответственно. Измерения показаны как отклонения от среднего значения измерений с помощью индентора NIST.Преобладают различия между индентором NIST и остальными четырьмя. Мы видим, например, что индентор 1 дает более высокие показания твердости на уровнях 25 и 45, а индентор 2 дает более низкие показания на уровнях 45 и 63.

Измерения с пятью инденторами, представленные как отклонения от средних значений измерений с помощью индентора NIST.

На
влияет как неоднородность блока, так и отсутствие повторяемости. На средние значения пар поперечных шестиугольников неоднородность блоков не влияет.Два шестиугольника в наборе почти повторяются. Таким образом, результаты для всех трех инденторов должны совпадать. Это не так, потому что мы центрировали их по среднему значению измерений индентора NIST. Влияние недостаточной повторяемости на это центрирование можно учесть, перемещая весь столбец символов вверх и вниз, чтобы добиться лучшего совпадения. Это эффективно в некоторых случаях, например, в двух крайних правых столбцах. Для получения наилучших оценок различий и оценки стандартного отклонения требуется методология регрессии, описанная выше.Мы применили эту методологию к каждому набору из двух шестиугольников и объединили оценки стандартного отклонения из двух наборов. Результаты этого анализа с точки зрения отличий от индентора NIST приведены в. Неопределенности представляют собой оценки стандартного отклонения, каждая с 12 степенями свободы. Их можно использовать для получения доверительных интервалов.
Таблица 1
Отличия от индентора NIST для инденторов с 1 по 4, каждый с 1 стандартной неопределенностью и расчетным стандартным отклонением отсутствия повторяемости
0,02180
HRC 25 HRC 45 HRC 63
Индентор 1 0.742 ± 0,021 0,532 ± 0,016 −0,008 ± 0,018
Индентор 2 0,111 ± 0,022 −0,182 ± 0,017 −0,274 ± 0,019
Индентор 3 0,357 900 0,161 ± 0,016 -0,113 ± 0,018
Индентор 4 0,338 ± 0,022 0,399 ± 0,017 0,156 ± 0,019
Станд. Dev. с 0,033 0.025 0,028
3.7 Более сложные сравнения
Тот, кто знаком с матричной записью множественной регрессии, может обобщить вышеизложенное на экспериментальные планы, включающие различные наборы сравнений или разное количество шестиугольников. В качестве примера рассмотрим следующее строгое сравнение семи инденторов, обозначенных от A до G. Как правило, на блоке можно расположить семь шестиугольников. Можно назначить инденторы парам поперечных шестиугольников, как показано на.Можно также назначить центральные точки шестиугольников. Этот план без центральных точек называется сбалансированным планом неполного блока в литературе по экспериментальному проектированию. В этой литературе блок – это шестиугольник, а не тестовый блок. Анализ данных такого дизайна может быть выполнен путем обобщения подхода множественной регрессии, обсуждаемого в разд. 3.6.
Таблица 2
Конструкция для сравнения инденторов A и G
Шестигранник 1, 4 пары 2, 5 пар 3, 6 пар
1 A A 900 B D
2 B C E
3 C D F
4 D E G8 900 5 E F A
6 F G B
7 G A C
3.8 Размышления о методологии
Постоянные градиенты твердости по шестиугольникам 6 мм лишь приблизительно указывают на неоднородность блока, хотя приближение полезно, как показывают методы в этом разделе. Ссылаясь на, можно увидеть, что твердость как функция местоположения, по крайней мере частично, плавно изменяется, но это изменение является лишь приблизительно плоским в шестиугольниках 6 мм. Таким образом, в некоторой степени неоднородность блоков влияет на результаты, полученные с помощью методов, описанных в этом разделе. Методы в разд.4 основаны на более реалистичной модели. В этом подразделе мы рассмотрим приближение постоянного градиента в терминах более реалистичной модели, используемой в следующем разделе.
Модель блочной неоднородности, представленная в разд. 4 показано изменение твердости, состоящее из двух компонентов: гладкой, но криволинейной функции и нерегулярно изменяющейся функции, которая, по-видимому, не имеет пространственной непрерывности. Сглаживающая составляющая уменьшается, но не устраняется с помощью методов исключения тренда, представленных в этом разделе.Нерегулярный компонент нельзя четко отличить от недостаточной повторяемости испытательной машины. Поскольку измерение твердости мешает последующему измерению, которое слишком близко, нельзя сказать, является ли то, что кажется недостаточной повторяемостью, отчасти мелкомасштабным изменением в испытательном блоке, которое не кажется гладким на допустимых расстояниях между измерениями. При использовании методов, описанных в этом разделе, можно действовать так, как будто все наблюдаемое происходит из-за отсутствия повторяемости, но понимать, что итоговая оценка этого компонента неопределенности может быть слишком большой.Модель неоднородности блоков в следующем разделе на самом деле представляет собой комбинированную модель неоднородности блоков и отсутствия повторяемости.
в сек. 4 мы моделируем блочную неоднородность вероятностно. Такая модель поддерживается контурными графиками, например, полученными для других блоков. Сравнение этих контурных графиков показывает, что изменение твердости в основном плавное, но мало схожести от блока к блоку. Таким образом, мы рассматриваем блочную неоднородность как в значительной степени гладкую случайную функцию и оцениваем ковариационные свойства этой случайной функции.Фактически, сертификаты, прилагаемые к тестовым блокам NIST, содержат такие оценки [5]. Если бы у кого-то были такие оценки для своих блоков, то можно было бы оценить ту часть неоднородности блоков, которая остается после устранения тренда. Обычно, конечно, ковариационные свойства недоступны для используемых тестовых блоков, и поэтому их придется оценивать.
Бывают случаи, когда нерегулярный компонент неоднородности блока можно отличить от других источников ошибок, влияющих на повторяемость.Предположительно, нерегулярный компонент имеет постоянную дисперсию для всех блоков в одной производственной партии. Рассмотрим сначала случай двух машин. Если для данной партии блоков одна машина имеет лучшую повторяемость, чем другая, то можно сделать вывод, что дополнительное отклонение, наблюдаемое на более слабой машине, связано с источниками ошибок, отличными от нерегулярного компонента неоднородности блока. Во-вторых, рассмотрим случай двух партий блоков. Кажется возможным, что одна и та же машина могла демонстрировать разную повторяемость на двух разных партиях блоков.Такое различие можно объяснить различиями нерегулярных компонентов партий. Можно спросить, например, использовались ли разные типы стали для разных партий.
Методы в этом разделе предлагают решение проблемы использования нескольких блоков в одном эксперименте. Проблема возникает, когда места измерения на блоке рассматриваются как случайно выбранные. Даже если такой выбор правильно сделан посредством назначения набора местоположений в блоке и случайного выбора среди этих местоположений, факт того, что дисперсия изменяется от блока к блоку, остается.Проблема в том, что дисперсия, вызванная случайным выбором, зависит от неоднородности блока. Методы, описанные в этом разделе, устраняют грубые признаки неоднородности блоков и, таким образом, позволяют предположить, что какой бы остаток ни был, его можно рассматривать как одинаково распределенный для каждого блока в производственной партии. Таким образом, методы в этом разделе позволяют объединить оценки дисперсии. Такое объединение также является частью оценки, которую NIST использует при сертификации блоков. Такое объединение особенно ценно при использовании нескольких блоков для применения методологии контрольных диаграмм в течение длительного периода.
4. Сравнение с NIST
Теперь рассмотрим экспериментальные методы, основанные на SRM NIST. Как показано в разд. 3, можно многое узнать об измерительной системе, используя любые качественные тестовые блоки. Больше можно узнать из SRM NIST. В частности, оценка разницы между тем, что делает ваша система, и идеальным выполнением метода шкалы Rockwell C лучше всего делать с помощью SRM NIST.
Тестовые блоки, включая NIST, неоднородны. Думайте о тестовой поверхности блока NIST как о совокупности точек измерения.Металл в каждом из этих мест будет иметь значение твердости, которое немного отличается от значений твердости в других местах. Если бы можно было определять твердость в каждом месте, тогда бы твердость была функцией местоположения. Функция, которую мы увидим, будет в основном гладкой, хотя, возможно, также с быстро меняющейся составляющей. Мы ожидаем, что гладкая часть будет доминирующей, потому что неоднородность блока в значительной степени связана с природой стали и процессом изготовления испытательного блока, факторами, которые плавно меняются по блоку.NIST измерил твердость как функцию местоположения на нескольких тестовых образцах и подтвердил, что это правда. Более того, мы обнаружили, что эти блоки имеют разные функции твердости, но схожи по гладкости. Таким образом, модель, которая изображает каждый блок как имеющий различную, но одинаково гладкую функцию твердости, кажется разумной.
Обычно пользователь NIST SRM запрашивает разницу в показаниях твердости между собственным оборудованием пользователя и идеальным оборудованием. Пользователь может также спросить, чем отличается оборудование пользователя от оборудования NIST.В тот день, когда NIST измеряет блок SRM пользователя в семи местах, он также может проводить измерения во многих других местах. Пользователь может спросить, что NIST получил бы в других местах, в частности, в местах измерений пользователя. Теперь мы рассмотрим этот вопрос и ответим на него, предоставив прогноз того, что NIST наблюдал бы в тот же день, а также неопределенность этого прогноза. Обратите внимание, что это не то же самое, что предсказание того, что NIST наблюдал бы в другой день, что связано с воспроизводимостью NIST.Также обратите внимание, что при сравнении с пользовательскими измерениями необходимо учитывать пользовательскую повторяемость и воспроизводимость. Мы вернемся к этим компонентам неопределенности в следующем разделе. Поскольку NIST мог бы продолжить измерения в блоке SRM после того, как он сделал начальные семь, мы можем думать в терминах функции местоположения s , H ( s ), значения NIST наблюдал бы на с в тот день, когда он сделал первые семь измерений.
Метод, который мы используем для прогнозирования значений твердости в непроверенных местах, основан на формуле геостатистики, которая моделирует твердость по поверхности блока как случайную функцию, описываемую вариограммой [9]. Вариограмма – это математическая модель, которая описывает, как измеренная разница твердости между любыми двумя местоположениями испытательных блоков соотносится с физическим расстоянием между ними. С точки зрения статистики, эта вариограмма дает половину дисперсии разницы твердости между любыми двумя точками на испытательном блоке.Таким образом, квадратный корень из удвоенной вариограммы является стандартным отклонением этой разницы.
Мы можем получить оценку вариограммы из измерений, выполненных в блоке 95N63001, который мы уже изобразили в и. Если мы позволим i проиндексировать эти измерения, то для каждого значения i у нас будет значение твердости H _i и местоположение, заданное значениями координат x _i и y _i .(d) = 1nd∑d = dij (Hi − Hj) 2,
, где сумма берется по всем парам измерений ( i , j ), для которых d = d _ij и n _d – количество пар в сумме. Мы видим, что расчетная вариограмма представляет собой половину среднего квадрата разностей твердости и, следовательно, оценку дисперсии.
Вариограмма характеризует плавность измерения твердости по поверхности, так как она уменьшается с уменьшением расстояния.Оценка вариограммы, полученная из блока 95N63001, показана на. Важной частью этой вариограммы является часть для расстояний менее 26 мм, что составляет половину диаметра блока. Значения для расстояний около 50 мм оцениваются по нескольким парам точек, охватывающих блок. Стремление этих значений к нулю является результатом вогнутой поверхности твердости, показанной на рисунке, которая характерна для этого блока. Для расстояний менее 26 мм вариограмма уменьшается с уменьшением расстояния, как и ожидалось из-за гладкости неоднородности блока.Обратите внимание, что наименьшее расстояние составляет 5 мм, наименьшее возможное расстояние с сеткой 5 мм. Мы хотели бы знать значение, к которому приближается вариограмма, когда расстояние приближается к нулю, потому что это значение характеризует нерегулярный компонент неоднородности блока и отсутствие повторяемости. Это значение можно оценить, экстраполируя значения до нуля. Исходя из этого, можно предположить, что воспроизводимость машины NIST очень хорошая. Значение, полученное путем экстраполяции к нулю, после извлечения квадратного корня для преобразования его в стандартное отклонение сопоставимо с результатами повторяемости, приведенными в разд.3.3.
Эмпирическая вариограмма для блока 95N63001 (половина среднего квадрата разностей).
Мы оценили функцию вариограммы для каждого диапазона твердости SRM и использовали результат в нашем прогнозе значений твердости в неизмеренных местах. Эта оценка основана на нескольких блоках, а не только на одном. Подходящий алгоритм оценки дан Curriero и Lele [10]. Алгоритм, фактически используемый для первой партии SRM шкалы NIST Rockwell C, несколько отличается, но полученные оценки почти такие же.Мы подгоняем модель экспоненциальной вариограммы к данным [9]. Эта модель представлена
γ (d) = {0ifd = 0c0 + ce (1 − exp (−d / ae)) ifd> 0.
Оценки показаны в. Обратите внимание, что эти оценочные функции обеспечивают экстраполяцию на нулевое расстояние. Возможны и другие экстраполяции. То, как нулевое значение изменяется в зависимости от диапазона твердости, поднимает интересный вопрос. Существуют ли источники ошибок в испытательной машине NIST, которые являются более серьезными для более мягких блоков, или есть некоторые отклонения в блоках на расстояниях намного меньше 5 мм, которые более серьезны для более мягких блоков? Наши данные не позволяют нам различать эти альтернативы.
Функции вариограммы, применимые к первому выпуску NIST SRM.
Рассмотрим теперь прогноз, основанный на семи измерениях NIST, которые расположены в вершинах и в центре шестиугольника диаметром 20 мм. Пусть эти начальные местоположения будут с ₀₁,…, с _{0n ₀} где n ₀ = 7. Значения H ( с ₀₁),…, H ( с _{0n ₀}) указаны в сертификате SRM.Рассмотрим еще n точек, с ₁,…, с _n . Конечно, эти места n + 7 подчиняются минимальным требованиям к расстоянию. Мы хотим предсказать
Эта формулировка включает прогноз для одной точки ( n = 1). Мы рассматриваем более общий случай, потому что пользователи часто проводят группы измерений на тестовых блоках. Мы вычисляем не только однозначное предсказание для этой величины, Â _pred, но также и дисперсию предсказания, σpred2.Это отклонение соответствует первому источнику неопределенности, указанному в сертификате NIST. Вместе мы можем получить интервалы прогнозирования, например 95% интервал ( Ĥ _pred – 1,96 σ _pred, Ĥ _pred + 1,96 σ _pred).
Прогноз Ĥ _pred, который представляет собой линейную комбинацию измерений в сертификате, определяется как
H ^ pred = ∑i = 1n0λiH (s0i),
где
Прогнозы основаны на вариограммах, приведенных в сертификатах SRM.Для первой партии SRM они показаны в. Эти вариограммы следуют описанной выше экспоненциальной модели и являются функциями расстояния на поверхности блока. Для удобства мы изменим обозначения вариограммы. Для двух местоположений: с _a и с _b , разделенные (xa − xb) 2+ (ya − yb) 2, обозначим значение вариограммы через γ ( s _a – s _b ) вместо к γ ((xa − xb) 2+ (ya − yb) 2).
Вычисление коэффициентов и дисперсии прогноза состоит из четырех шагов. Первым шагом является инверсия n ₀ × n ₀ матрицы Γ с i , j элемента γ ( s ₀ _{i – 0} 0 с ₀ _j ). Обозначим элементы обратного Γ ⁻¹ g _ij .Эта обратная матрица зависит только от вариограммы для точек, измеренных NIST, и поэтому может быть вычислена один раз для каждого уровня твердости. Второй шаг – вычисление
γ¯i = 1n∑k = 1nγ (sk − s0i).
Третий шаг – вычисление трех квадратичных форм.
Q22 = ∑i = 1n0∑j = 1n0y¯igijy¯jQ12 = ∑i = 1n0∑j = 1n0gijy¯jQ11 = ∑i = 1n0∑j = 1n0gij.
Последний шаг – вычисление коэффициентов, которые умножают измерения NIST H ( s ₀ _i ) для формирования прогноза Â _pred и дисперсии прогноза.
λi = ∑j = 1n0gijγ¯j + (1 − Q12) Q11∑j = 1n0gijσpred2 = Q22− (Q12−1) 2Q11−1n2∑k = 1n∑k ′ = 1nγ (sk − sk ′)
Соединить эти две величины дают интервал прогноза для среднего значения, которое NIST получил бы в день получения измерений SRM.пред ± 1.96σпред = ∑i = 1n0λiH (s0i) ± 1.96σпред.
Пример прогноза для n = 1 показан на. На этом рисунке показана прогнозируемая твердость Ĥ _pred для каждого местоположения в блоке, фактически для блока низкого диапазона, на основе семи измерений, выполненных на этом блоке. Мы видим, что по общим характеристикам неоднородность этого блока отличается от неоднородности блока 95N63001, показанного на.
Значения твердости неизмеренных участков на блоке NIST SRM, спрогнозированные на основе семи измерений, выполненных NIST.
Вышеупомянутые детали вычислений не дают представления о самом прогнозе. Как следствие оценок вариограммы и расположения измерений NIST на шестиугольнике диаметром 20 мм, значения λ _i , полученные в результате вышеуказанного вычисления, являются положительными (или, по крайней мере, близкими к положительным). Это означает, что прогнозируемое значение должно находиться между наименьшим и наибольшим из измерений NIST. В случае n = 1, Ĥ _pred можно рассматривать как интерполированное значение.Фактически, если были измерены только две точки ( n ₀ = 2) и прогноз был для точки на полпути между ними, то прогноз был бы средним из двух измерений.
Для исправления ошибок станка и индентора, как описано в разд. 5 и для других метрологических целей лучше всего использовать Ĥ _до. Однако в настоящее время практика заключается в предоставлении одного значения твердости для испытательного образца. В своих сертификатах NIST также предоставляет одно значение для блока.Это сертифицированное среднее значение твердости представляет собой оценку функции твердости, интегрированной по поверхности испытательного блока, деленной на площадь поверхности. Это аналогично сертифицированному значению, присвоенному серийно выпускаемым образцам твердости, которое обычно рассчитывается как среднее арифметическое измерений. В случае блока NIST сертифицированное среднее значение твердости является средним из прогнозируемых значений твердости для всех участков испытательной поверхности, а не средним арифметическим семи измерений NIST.Поскольку места, выбранные для семи измерений NIST, обеспечивают хорошее представление диапазона твердости поверхности, два средних значения почти идентичны по величине.
Некоторые блоки, такие как изображенный, мы измерили больше, чем семь раз, что характерно для блоков SRM, предлагаемых NIST. Для этих блоков мы можем выбрать n ₀ измерений, использовать эти n ₀ измерений для прогнозирования других измерений и сравнить прогноз Â _pred с актуализацией H _pred.Вопрос о том, насколько хорошо выполняется прогноз, имеет два аспекта. Один из них заключается в том, содержит ли интервал прогнозирования актуализацию с частотой, подразумеваемой выбранным процентом достоверности. Другой заключается в том, снижает ли вычитание прогноза из актуализации вариацию на существенную величину. В этом исследовании производительности необходимо учитывать некоторые детали. Мы использовали два набора мест в блоках заполнения с измерениями. Это приводит к тому, что мы называем заполненными блоками и частично заполненными блоками.К сожалению, ни один из наборов местоположений не содержит местоположений SRM. По этой причине мы выбрали другие места в качестве основы для прогноза.
Мы рассматриваем первый аспект, используя заполненный блок для каждого диапазона твердости. Поскольку местоположения, фактически измеренные на блоках SRM, не были измерены на заполненных блоках, мы используем в качестве основы для прогноза измерения в точках (0,0), (-20,0), (-10,15), ( 10,15), (20,0), (10, -15) и (-10, -15). Для каждого местоположения, не входящего в этот набор, мы вычислили прогнозируемое значение, вычли его из актуализации и разделили на стандартное отклонение прогнозирования, чтобы получить ( H _{прогноз}– Ĥ _{прогноз}) / σ _{прогноз}, где n = 1.Обратите внимание, что актуализация – это значение, которое мы намеревались предсказать, то есть значение, полученное NIST. Мы называем эти значения стандартизированными остатками и показываем их в.
Измеренное значение минус прогнозируемое значение, деленное на стандартное отклонение прогнозируемого значения для блока каждого уровня твердости.
В идеале значения, показанные на этом рисунке, должны выходить за пределы (-1,96, 1,96) только один раз из двадцати. Поскольку мы построили график значений в зависимости от расстояния местоположения от центра блока, мы можем видеть, что статистическая модель, на которой основан интервал прогнозирования, не выполняется точно.Мы видим краевой эффект, что неудивительно, если подумать о том, как производятся испытательные блоки. На этих блоках твердость у края меняется быстрее с расстоянием, чем это показано на вариограмме. Особенно это касается блока HRC 63. Контур этого блока показан на. Непонятно, что можно сделать с этим краевым эффектом. Во-первых, не все блоки имеют краевые эффекты, и на самом деле контуры разных блоков мало похожи. Таким образом, использование модели неоднородности блока, учитывающей ребра, не представляется целесообразным.Во-вторых, при обнаружении разницы между оборудованием пользователя и оборудованием NIST, пользователь выполнит более одного измерения, и это решит проблему, если пользователь не выполнит все измерения вблизи края. Мы пришли к выводу, что если пользователь проявляет некоторую осторожность при измерениях вблизи края блока, представленный здесь метод прогнозирования пригоден.
Мы исследуем второй аспект производительности прогнозирования с использованием трех частично заполненных блоков. Мы сравниваем вариацию актуализации с вариацией разницы между актуализацией и предсказанием.Из-за местоположения, измеренного на частично заполненных блоках, мы не можем предсказать на основе шестиугольника точек. Вместо этого мы использовали шесть точек (−22, 0), (−5, 0), (5, 0), (23, 0), (0, −15) и (0, 15), перекрестный узор. Мы спрогнозировали другие точки на блоке, для которых у нас уже были измерения твердости, актуализации. Пусть S ₁ будет центрированной суммой квадратов актуализаций H _pred для прогнозируемых местоположений, и пусть S ₂ будет центрированной суммой квадратов соответствующих остаточных значений H _пред– Ĥ _пред.Разница S ₁ – S ₂ показывает, насколько хорошо прогноз соответствует актуализации. Мы вычисляем
Для низкого, среднего и высокого диапазона мы получаем для R ² значения 0,69, 0,61 и 0,39. При интерпретации этих значений сначала обратите внимание, что R ² ведет себя как аналогичная величина в регрессионном анализе; значение 1 соответствует точному предсказанию. Более того, значение R ² обычно будет выше для блоков, которые являются более неоднородными.Значения, полученные нами из рассмотренных блоков, свидетельствуют о том, насколько большим может быть R ² среди первой партии SRM NIST. Значения для более однородных блоков будут меньше. Мы не знаем, каков будет эффект от замены рисунка креста шестиугольником. Тем не менее, мы видим, что для более неоднородных блоков в пакете прогнозирование существенно снижает разброс.
5. Коррекция измерений
5.1 Разница между пользователем и NIST
Людям, проводящим измерения твердости, следует ожидать, что их результаты будут отличаться от результатов, которые NIST получил бы с помощью своего индентора и испытательной машины, и по этой причине им следует проводить корректировку своих измерений так что согласие лучше.Процедуры в этом разделе являются руководством по внесению таких исправлений и, кроме того, руководством по принятию решения о том, являются ли такие исправления удовлетворительными. Если они неудовлетворительны, модернизация оборудования может быть единственным вариантом.
Пользователи SRM по шкале Роквелла NIST могут наблюдать разницу между своими измерениями и измерениями NIST на трех уровнях твердости, для которых предлагаются SRM. Точнее, как обсуждалось в гл. 4, пользователи могут наблюдать разницу между средним значением своих измерений в блоке SRM и прогнозом того, что NIST получил бы для тех же мест.В этом разделе показано, как можно получить поправку пользовательского измерения на любом уровне жесткости на основе различий на трех доступных уровнях жесткости. Однако поправка не может обеспечить достаточно малую погрешность измерения. В этом разделе мы обсуждаем корректировку измерения, включая все компоненты неопределенности, которые влечет за собой исправленное измерение. После вычисления общей неопределенности компонентов, пользователь может решить, достаточно ли поправки измерения или требуется модернизация оборудования.
в сек. 3.5, мы выразили измерение твердости как сумму трех членов: H = µ + δ + ε , где µ включает фактическую твердость, а также ошибки станка и индентора. В случае пользовательской машины и индентора мы используем символ µ . В случае машины и индентора NIST мы используем символ µ _NIST. В идеале, хотелось бы скорректировать µ до фактического значения твердости.Однако, поскольку SRM NIST связаны с ошибкой станка и индентора, лучше подумать об исправлении µ до µ _NIST. Исправление
f ( μ _NIST) = μ – μ _NIST,
и, следовательно, мы имеем
H = μ _NIST + f ( μ _NIST) + δ + ε .
На основании этого мы корректируем измерения в масштабе, установленном станком NIST и индентором.
Поправка определяется на основе пользовательских измерений блока NIST для каждого уровня жесткости. Первый вопрос – выбор места измерения. Фактически, можно проводить измерения на NIST SRM где угодно (при соблюдении требований к минимальному интервалу) и использовать уравнения из разд. 4, чтобы получить сертифицированное значение NIST (с неопределенностью) для среднего значения для этих мест.Тем не менее, некоторые варианты расположения лучше, чем другие. Хотя мы не изучали этот вопрос, разумной возможностью является расширение шестиугольников диаметром 6 мм, о которых говорилось выше. Можно расположить шестиугольники диаметром 6 мм вокруг каждого измерения NIST и выбрать одну или несколько пар поперечных шестиугольников в качестве места измерения. Сравнивая среднее значение по шестиугольникам с центральным значением, не следует предполагать, что неоднородность блоков устраняется, как мы это делаем в разд. 3. Неопределенность прогноза, создаваемая уравнениями в разд.4 учитывает тот факт, что неоднородность не устраняется точно. Таким образом, даже если каждый выбирает местоположения на основе шестиугольников 6 мм, следует использовать разд. 4, чтобы получить интервал прогнозирования NIST.
Предположим, что было выполнено n измерений на NIST SRM, и что среднее значение этих измерений равно ЧАС. Более того, говорят, что следовали гл. 4, чтобы получить прогноз NIST для средней твердости этих участков Ĥ _до. Различия H¯ – Â _pred не будет равно нулю, даже если H¯ был получен с помощью той же машины и индентора, который NIST использовал для сертификации своих SRM.pred = μNIST + δNIST + εpred,
, где µ _NIST – фактическое показание твердости, искаженное машиной NIST и ошибкой индентора, δ _NIST отражает отсутствие воспроизводимости NIST, а ε _pred – ошибка предсказания, обсуждаемая в разд. 4. Стандартное отклонение δ _NIST, которое мы обозначаем _−NIST, указано в сертификате σ _δ _−NIST.пред = f (μNIST) + δ + ε¯ − δNIST − εpred.
Комбинированное стандартное отклонение для последних четырех членов в этом уравнении равно
σΔ = σδ2 + σ2 / n + σδ − NIST2 + σpred2.
Оценка σ ² обсуждается в разд. 3.3; оценка σδ2 обсуждается в разд. 3,5; значение σδ − NIST2 можно получить из сертификата; и вычисление σpred2 обсуждается в разд. 4.
Сравнение одной системы твердости с системой NIST требует рассмотрения всех трех уровней твердости, для которых NIST выпустил SRM.pred (m) встречаются на каждом уровне твердости и, следовательно, должны иметь индекс m . Три из этих случайных ошибок, ε¯, δ _NIST, ε _до, статистически независимы от одного уровня твердости к другому. Четвертая, δ , ошибка, связанная с воспроизводимостью пользователя, может не быть статистически независимой от одного уровня жесткости к другому, но мы предполагаем, что это так.
5.2 Кривизна
Два аспекта f ( µ NIST) отличают коррекцию измерения твердости от проблем калибровки в других областях.Во-первых, в диапазоне твердости по шкале С по Роквеллу функция f ( µ NIST) является гладкой и небольшой. Это будет верно, если станок и индентор пользователя достаточно близки к предписанию шкалы С по Роквеллу. Исходя из этого, мы можем заменить f ( µ _NIST) на f ( Ĥ _pred). Во-вторых, функция f демонстрирует некоторую кривизну. По этой причине мы должны включить отклонения f ( µ _NIST) от линейности в качестве компонента неопределенности.дан кем-то
r32σΔ32 + r12σΔ12 + σΔ22
Используя это стандартное отклонение, можно сформировать доверительный интервал для θ и оценить, насколько большим может быть θ в свете различных источников случайной ошибки. Если θ мало по отношению к приложению измерения, тогда целесообразна линейная поправка измерения. Поскольку NIST выдает блоки только с тремя уровнями жесткости, мы рассматриваем только возможность линейной коррекции по показаниям пользователя, поскольку не было бы возможности проверить соответствие криволинейной коррекции.ср) 2) 2 (σΔm2)] 1/2.
5.4 Неопределенность
Рассмотрим, наконец, компоненты неопределенности U – C , измерения пользователя, скорректированного по шкале NIST. Для начала нужно спросить о масштабе, к которому относится неопределенность. Поскольку измерение скорректировано по шкале NIST, разумно принять шкалу NIST как истину, к которой относится неопределенность. В этом случае есть четыре компонента неопределенности: один из-за отсутствия повторяемости пользователем, один из-за отсутствия воспроизводимости пользователем, один из-за ошибки в оценке линейной поправки и один, который должен учитывать кривизну в связь между пользовательскими измерениями и NIST.С точки зрения обычного языка неопределенности, первые три из них относятся к типу A [4]. Стандартные неопределенности этих компонентов приведены выше. Неопределенность, возникающая из-за того, что действительно необходимая поправка является нелинейной, может быть измерена с помощью θ . Из доверительного интервала для θ мы можем определить границы неопределенности, связанной с этим источником. Такие границы должны быть работоспособными, если не полностью оправданными, потому что f ( µ _NIST) может потребовать еще большего отклонения.пред (м). Эти результаты показывают, что из-за уровней SRM NIST, величины, представленные в этом разделе, связаны более просто, чем может показаться на первый взгляд. Особо следует отметить тот факт, что применение линейной коррекции не увеличивает неопределенность пользовательских измерений.
Полностью оправданный рецепт включения кривизны в неопределенность не представляется возможным. Наш измеритель кривизны, доверительный интервал для θ , не говорит нам о различиях между пользовательскими измерениями и измерениями NIST на уровнях жесткости между уровнями SRM NIST./ 3 в зависимости от уровня NIST SRM. Консенсусный рецепт для случая θ small может быть возможен, но если доверительный интервал для θ предполагает, что θ может быть большим, пользователь заявления о неопределенности должен быть осторожен.
Если все стороны не согласятся скорректировать свои измерения по шкале NIST, необходимо учитывать отношение измерений к идеальной шкале С Роквелла. Один из способов сделать это – добавить к вышеуказанным компонентам неопределенности компоненты неопределенности, указанные в сертификате NIST для ошибки станка и индентора.Это увеличит общую неопределенность. Преимущество соглашения о корректировке по шкале NIST состоит в том, что ошибки машины NIST и ошибки индентора не нужно рассматривать при сравнении. Конечно, было бы все же лучше улучшить машины и инденторы, чтобы уменьшить количество ошибок, связанных с этими источниками.
% PDF-1.4 % 5 0 obj > эндобдж xref 5 138 0000000016 00000 н. 0000003410 00000 н. 0000003533 00000 н. 0000004340 00000 н. 0000004363 00000 п. 0000004500 00000 н. 0000006782 00000 н. 0000008599 00000 н. 0000009044 00000 н. 0000009430 00000 н. 0000011063 00000 п. 0000011680 00000 п. 0000012369 00000 п. 0000012803 00000 п. 0000013874 00000 п. 0000014286 00000 п. 0000015181 00000 п. 0000016126 00000 п. 0000016239 00000 п. 0000016269 00000 п. 0000016345 00000 п. 0000023747 00000 п. 0000024076 00000 п. 0000024139 00000 п. 0000024254 00000 п. 0000024365 00000 п. 0000024395 00000 п. 0000024471 00000 п. 0000033602 00000 п. 0000033929 00000 п. 0000033992 00000 п. 0000034107 00000 п. 0000034137 00000 п. 0000034213 00000 п. 0000042379 00000 п. 0000042705 00000 п. 0000042768 00000 н. 0000042883 00000 п. 0000042913 00000 п. 0000042989 00000 п. 0000056460 00000 п. 0000056786 00000 п. 0000056849 00000 п. 0000056964 00000 п. 0000056994 00000 п. 0000057070 00000 п. 0000064987 00000 п. 0000065315 00000 п. 0000065378 00000 п. 0000065493 00000 п. 0000065523 00000 п. 0000065599 00000 п. 0000074404 00000 п. 0000074734 00000 п. 0000074797 00000 п. 0000074912 00000 п. 0000074942 00000 п. 0000075018 00000 п. 0000087752 00000 п. 0000088080 00000 п. 0000088143 00000 п. 0000088258 00000 п. 0000088288 00000 п. 0000088364 00000 п. 0000104086 00000 н. 0000104412 00000 н. 0000104475 00000 н. 0000104590 00000 н. 0000104620 00000 н. 0000104696 00000 н. 0000120386 00000 н. 0000120714 00000 н. 0000120777 00000 н. 0000120892 00000 н. 0000124275 00000 н. 0000124720 00000 н. 0000125223 00000 н. 0000126773 00000 н. 0000127103 00000 н. 0000127473 00000 н. 0000127556 00000 н. 0000131196 00000 н. 0000131608 00000 н. 0000132101 00000 н. 0000134585 00000 н. 0000134947 00000 н. 0000135370 00000 п. 0000188126 00000 н. 0000188163 00000 п. 0000188239 00000 н. 0000188361 00000 н. 0000188627 00000 н. 0000188703 00000 н. 0000188968 00000 н. 0000189044 00000 н. 0000189311 00000 н. 0000189388 00000 п. 0000189658 00000 н. 0000189735 00000 н. 00001
00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 0000256700 00000 н. 0000258851 00000 н. 0000261002 00000 н. 0000264677 00000 н. 0000282294 00000 н. 0000286804 00000 н. 0000310139 00000 н. 0000313767 00000 н. 0000332919 00000 н. 0000340196 00000 н. 0000374569 00000 н. 0000376720 00000 н. 0000378871 00000 н. 0000383070 00000 н. 0000403032 00000 н. 0000404683 00000 н. 0000406334 00000 н. 0000410593 00000 п. 0000432664 00000 н. 0000434989 00000 п. 0000437314 00000 п. 0000444274 00000 н. 0000483084 00000 н. 00004 00000 н. 0000534629 00000 н. 0000543034 00000 н. 0000583370 00000 н. 0000583467 00000 н. 0000003056 00000 н. трейлер ] / Назад 586382 >> startxref 0 %% EOF 142 0 объект > поток hb“hg`f`901GR`; 3030
Портативный твердомер – Таблицы преобразования
Rockwell C 150kgf (HRC) Виккерс (HV) 10-мм стандартный шар 3000 кгс (HBS) Твердосплавный шарик 10 мм 3000 кгс (HBW) Knoop 500-gf и более (HK) Шкала 60 кгс (HRA) D Масштаб 100 кгс (HRD) 15-Н Шкала 15-кг (HR15N) 30-Н Шкала 30-кг (HR30N) 45-Н Шкала 45-кгс (HR45N) Твердость склероскопа 68
67
66
65
64
63
62
61
60
59
58
57
56
55
54
53
52
51
50
49
48
47
46
45
44
43
42
41
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
940
900
865
832
800
772
746
720
697
674
653
633
613
595
577
560
544
528
513
498
484
471
458
446
434
423
412
402
392
382
372
363
354
345
336
327
318
310
302
294
286
279
272
266
260
254
248
243
238
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
(500)
(487)
(475)
(464)
451
442
432
421
409
400
390
381
371
362
353
344
336
327
319
311
301
294
286
279
271
264
258
253
247
243
237
231
226
…
…
…
(739)
(722)
(705)
(688)
(670)
(654)
634
615
595
577
560
543
525
512
496
481
469
455
443
432
421
409
400
390
381
371
362
353
344
336
327
319
311
301
294
286
279
271
264
258
253
247
243
237
231
226
920
895
870
846
822
799
776
754
732
710
690
670
650
630
612
594
576
558
542
526
510
495
480
466
452
438
426
414
402
391
380
370
360
351
342
334
326
318
311
304
297
290
284
278
272
266
261
256
251
85.6
85,0
84,5
83,9
83,4
82,8
82,3
81,8
81,2
80,7
80,1
79.6
79,0
78,5
78,0
77,4
76,8
76,3
75,9
75,2
74,7
74,1
73.6
73,1
72,5
72,0
71,5
70,9
70,4
69,9
69,4
68,9
68,4
67.9
67,4
66,8
66,3
65,8
65,3
64,8
64,3
63,8
63,3
62,8
62.4
62,0
61,5
61,0
60,5
76,9
76,1
75,4
74,5
73,8
73.0
72,2
71,5
70,7
69,9
69,2
68,5
67,7
66,9
66,1
65,4
64.6
63,8
63,1
62,1
61,4
60,8
60,0
59,2
58,5
57,7
56,9
56.2
55,4
54,6
53,8
53,1
52,3
51,5
50,8
50,0
49,2
48,4
47.7
47,0
46,1
45,2
44,6
43,8
43,1
42,1
41,6
40,9
40,1
93.2
92,9
92,5
92,2
91,8
91,4
91,1
90,7
90,2
89,8
89,3
88.9
88,3
87,9
87,4
86,9
86,4
85,9
85,5
85,0
84,5
83,9
83.5
83,0
82,5
82,0
81,5
80,9
80,4
79,9
79,4
78,8
78,3
77.7
77,2
76,6
76,1
75,6
75,0
74,5
73,9
73,3
72,8
72,2
71.6
71,0
70,5
69,9
69,4
84,4
83,6
82,8
81,9
81,1
80.1
79,3
78,4
77,5
76,6
75,7
74,8
73,9
73,0
72,0
71,2
70.2
69,4
68,5
67,6
66,7
65,8
64,8
64,0
63,1
62,2
61,3
60.4
59,5
58,6
57,7
56,8
55,9
55,0
54,2
53,3
52,1
51,3
50.4
49,5
48,6
47,7
46,8
45,9
45,0
44,0
43,2
42,3
41,5
75.4
74,2
73,3
72,0
71,0
69,9
68,8
67,7
66,6
65,5
64,3
63.2
62,0
60,9
59,8
58,6
57,4
56,1
55,0
53,8
52,5
51,4
50.3
49,0
47,8
46,7
45,5
44,3
43,1
41,9
40,8
39,6
38,4
37.2
36,1
34,9
33,7
32,5
31,3
30,1
28,9
27,8
26,7
25,5
24.3
23,1
22,0
20,7
19,6
97,3
95,0
92,7
90,6
88,5
86.5
84,5
82,6
80,8
79,0
77,3
75,6
74,0
72,4
70,9
69,4
67.9
66,5
65,1
63,7
62,4
61,1
59,8
58,5
57,3
56,1
54,9
53.7
52,6
51,5
50,4
49,3
48,2
47,1
46,1
45,1
44,1
43,1
42.2
41,3
40,4
39,5
38,7
37,8
37,0
36,3
35,5
34,8
34,2
Типы стали для ножей и информация
Steel vs.Утюг
Сталь – это материал, который в основном состоит из химического элемента железа (Fe). Железо – это название атома, а сталь, состоящая на 100% из железа, не подходит для повседневного использования.
Никогда не используйте термин «железо», если вы не говорите об атоме железа.
Сталь инструментальная
Инструментальная сталь – это сталь, подходящая для таких инструментов, как ножи, долота и другие инструменты.
Основным элементом, добавляемым в сталь, является углерод. Добавление 1-2% углерода позволяет упрочнять сталь.
Если инструментальная сталь должна быть нержавеющей, в сталь добавляется 8-30% хрома. Никель не используется для превращения инструментальной стали в нержавеющую сталь, так как это препятствует упрочнению стали.
Помимо углерода и, возможно, хрома, иногда добавляются другие элементы для улучшения качества стали в определенных местах. Наиболее известные элементы – ванадий и молибден. Влияние этих элементов не описывается в этой статье, так как это очень сложный вопрос.
Строение
Очень важно знать, что состав типа стали сам по себе ничего не говорит о характеристиках стали.
Сталь состоит из кристаллов железа, которые существуют в различных формах (под формами мы подразумеваем порядок атомов) и размерах. Такие добавки, как углерод, могут присутствовать в кристаллах или в кристаллах различной формы. Углерод может присутствовать в виде шариков или дисков между кристаллами, но также может связываться с атомами железа (карбидами).
Таким образом, структура стали зависит не только от состава, но и от обработки стали. Подумайте о термо- и холодной обработке и сварке (= придание стали твердой формы путем переделки).
Закалка
При медленном нагревании жидкой стали (с 1-2% углерода) атомы будут располагаться по-разному при разных температурах. Это потому, что атомы начинают сильнее вибрировать, и им требуется больше места для движения при повышении температуры.
Выше 200 ° C атомы могут иметь другой порядок. Это невозможно при температуре ниже 200 ° C, и конструкция как бы заморожена.
Между 200 ° C и 700 ° C образуются кристаллы феррита (феррит – это название, обозначающее порядок атомов железа и углерода, как аустенит и мартенсит).
В кристаллах феррита атомы железа расположены близко друг к другу, и между атомами железа нет места для атомов углерода. Вот почему углерод прикрепляется к краям кристаллов феррита.
Ферритная сталь мягкая и прочная. Она используется в качестве конструкционной стали, но не подходит в качестве инструментальной стали.
Выше 700 ° C атомы железа располагаются иначе. Образуются кристаллы аустенита.
В кристаллах аустенита между атомами железа есть место для атомов углерода.Если выдержать температуру стали при температуре выше 700 ° C в течение некоторого времени, атомы углерода переместятся от краев кристаллов в пространство между атомами железа в кристаллах.
При быстром охлаждении стали из этой фазы до температуры ниже 200 ° C (например, путем погружения в воду или масло) атомы углерода не могут покинуть кристаллы. Поскольку атомы углерода мешают, атомы железа не могут перегруппироваться в кристаллы феррита. Вместо этого образуются кристаллы мартенсита.
В этом формате сталь значительно тверже и называется закаленной сталью.
История звучит просто, но на результат влияют многие параметры. Подумайте о структуре стали до закалки, точной температуре, продолжительности нагрева, скорости охлаждения и влиянии других элементов, добавленных намеренно или непреднамеренно в качестве примесей в стали.
Закалка
После закалки кусок стали становится слишком хрупким для использования и полон внутренних напряжений. Метод устранения этой хрупкости и напряжений называется отпуском.
В процессе отпуска сталь в течение нескольких часов нагревают до 200-300 ° С. При этой температуре кристаллы перестраиваются, что снижает внутреннее напряжение и хрупкость.
Продолжительность здесь критична, потому что сталь будет постепенно становиться мягче.
Твердость
Твердость – это устойчивость стали к постоянной деформации на микроскопическом уровне.
Твердость стали измеряется путем прижатия заостренного предмета с определенной силой к стали и измерения размера отпечатка.
Твердость инструментальной стали выражается в градусах С по Роквеллу, часто сокращенно HRC.
Твердость ножей стали
В таблице ниже дается общий обзор характеристик стали для ножей с разным уровнем твердости.
До 52 HRC: слишком мягкий для изготовления ножей.
52-54 HRC: Довольно мягкая сталь, приемлемого качества.
54-56 HRC: твердость ножей многих французских поваров. Сталь достаточно твердая для использования на кухне, но необходимо регулярно использовать сталь для заточки, чтобы нож оставался острым.Ножи такой твердости обычно легко затачиваются.
56-58 HRC: Твердость для профессиональных немецких кухонных ножей. Ножи такой твердости остаются острыми достаточно долго для использования на кухне, их можно затачивать по стали, и их довольно легко затачивать.
58-60 HRC: Твердость, которую вы обычно обнаруживаете в более качественных карманных ножах, таких как Spyderco, Cold Steel и Buck, и кухонных ножах из Японии, например Global. Эти ножи остаются острыми значительно дольше, чем более дешевые ножи, но их гораздо труднее точить.
60-62 HRC: Ножи этой твердости остаются острыми в течение длительного времени, но они могут стать хрупкими, а ножи часто трудно затачивать. Эти недостатки довольно легко устранить с помощью современных марок стали, но качество зависит от качества всего производственного процесса.
63-66 HRC: В настоящее время доступны ножи с твердостью до 66 HRC (Twin Cermax от Zwilling J.A. Henckels). Это не ножи, подходящие для большинства пользователей, а скорее для определенной группы любителей.Ножи такой твердости имеют недостаток, заключающийся в том, что они становятся хрупкими, что приводит к поломке деталей лезвия при неаккуратном использовании и часто к низкому сопротивлению коррозии. Другими словами: очищайте сразу после использования.
Прочие характеристики
Твердость – не единственная характеристика стали. Другие механические характеристики: прочность на вытяжку, прочность (ударопрочность) и хладноломкость.

	HRC 25	HRC 45	HRC 63
Индентор 1	0.742 ± 0,021	0,532 ± 0,016	−0,008 ± 0,018
Индентор 2	0,111 ± 0,022	−0,182 ± 0,017	−0,274 ± 0,019
Индентор 3	0,357 900 0,161 ± 0,016	-0,113 ± 0,018
Индентор 4	0,338 ± 0,022	0,399 ± 0,017	0,156 ± 0,019
Станд. Dev. с	0,033	0.025	0,028