IF热轧钢板拉伸试验结果的测量不确定度评定

IF热轧钢板拉伸试验结果的测量不确定度评定

吴伟

【摘要】根据GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》,利用WEW-600型万能材料试验机对某钢厂生产的IF热轧钢板进行了拉伸试验,分析了拉伸试验的不确定度来源,并对每个不确定度分量逐一进行了评定,最终给出了扩展不确定度及测量结果的不确定度报告.结果表明:该拉伸试验的不确定度来源主要包括试验机、量具和试验结果数据修约3个部分;当包含因子k-2时,该IF热轧钢板的下屈服强度ReL=(264±11)MPa,抗拉强度Rm=(318±13) MPa,断后伸长率A=47.5％±0.3％.该方法对金属材料拉伸试验的不确定度评定有一定的参考价值.【期刊名称】《理化检验-物理分册》

【年(卷),期】2016(052)006

【总页数】5页(P392-396)

【关键词】IF热轧钢板;测量不确定度;下屈服强度;抗拉强度;断后伸长率

【作者】吴伟

【作者单位】攀钢集团研究院有限公司,攀枝花617000;钒钛资源综合利用国家重点实验室,攀枝花617000

【正文语种】中文

【中图分类】TG113.25

众所周知，对材料的任何特征参量(如力学性能、化学成分等)进行测试时，不管试验方案如何完善，试验设备如何先进，其试验结果依然会存有不确定性。JJF

1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[1]对测量不确定度的定义是：“根据

所用到信息，表征赋予被测量值分散性的非负参数”。实验室的检测能力和检验质量通常用“测量不确定度”来评定，测量不确定度越低，对试验结果的怀疑程度就越低，其可靠度就越高,使用价值也越高。

金属材料拉伸试验由于其破坏特性和不可重复特性，以及材料自身组织的不均匀性，所以试验获得的检测数据存在一定的离散性。为了系统地评价试验结果，从而对金属材料进行恰当的评判，因而有必要对拉伸试验结果开展测量不确定度的评定。

笔者依照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》[2]，对IF热轧钢板的力学性能进行了检测，并通过数学模型推导计算对拉伸试验结果

的测量不确定度进行了评定，考查了影响测试结果的主要因素，以利于更好地指导检验工作，使测试结果更具可信性[3-6]。

(1) 试样制备：试验材料为某钢厂生产的IF热轧钢板，钢板厚度为3.55 mm，在

同一块钢板上制取10个P7号(L0=50 mm)矩形拉伸试样。

(2) 试验温度：GB/T 228.1-2010规定，拉伸试验一般在室温10～35 ℃进行，对温度要求严格的试验，试验温度应为(23±5) ℃;本试验在室温25 ℃下进行,温度变化较小。

(3) 试验仪器：拉力试验机和试验用量具经国家认可计量部门检定均为合格，相关参数如表1所示。

(4) 试验方法：按照GB/T 228.1-2010的要求，使用WEW-600型万能材料试验

机将划有原始标距(L0=50 mm)的矩形试样拉伸直至断裂，测试IF热轧钢板的下

屈服强度ReL、抗拉强度Rm、断后伸长率A;试验控制模式和试验速率为GB/T 228A224[2]。

2.1 强度

IF热轧钢板的强度指标主要包括两个参数：下屈服强度和抗拉强度。抗拉强度是

试样断裂前最大力除以试样原始横截面积，是材料在拉伸条件下所能承受的最大载荷下的应力。在试样屈服期间，不计初始瞬时效应时的最小应力称为下屈服强度，是宏观塑性变形开始的一种标志。强度计算的数学模型如下:

式中：R可为下屈服强度ReL或抗拉强度Rm，MPa；F为与R对应的拉力，可为FeL或Fm，N；S0为试样原始横截面积，mm2；a为试样厚度，mm；b为试样宽度，mm。

2.2 断后伸长率

断后伸长率是断裂后试样标距长度的相对伸长值，其数学模型如下：

式中：L0为试样原始标距长度，mm；Lu为试样断裂后标距长度，mm；A可为A50 mm,A60 mm,A80 mm,A100 mm等,%。

对于IF热轧钢板的拉伸试验，温度在室温10～35 ℃变化不大，因此温度对试验结果的影响忽略不计。另外，与试验有关的因素还有试验人员、试验方法、试样弯曲度、材料均匀性、试样夹持方式、施力同轴性、试验控制方式等，但目前还没有足够的定量数据，可以忽略。结合对IF热轧钢板试样进行拉伸试验的实际情况，将影响该试验结果的不确定度来源列入表2。

在同一试验条件下进行10次拉伸试验，结果见表3，将表3中数据代入式(1)和式(2)可得IF热轧钢板的下屈服强度ReL=263.78 MPa，抗拉强度Rm=318.25 MPa，断后伸长率A=47.36%。按照GB/T 228.1-2010修约后ReL=264 MPa，Rm=318 MPa，A=47.5%。表3中的试验标准偏差由贝塞尔公式计算得到。5.1 试样厚度a测量引入的不确定度分量ua

(1) 试样厚度测量重复性引入的标准不确定度分量为: uA1=Sa=0.013 15 mm。

(2) IF热轧钢板试样的厚度采用千分尺来测量，表1中千分尺允许误差为±0.01 mm。区间内可视为均匀分布，包含因子，区间半宽aB1=0.01 mm，则千分尺允许误差引入的标准不确定度分量为=0.005 77 mm。

由于uA1和uB1两分量互不相关，可合成不确定度为

由以上可得试样厚度a测量引入的不确定分量为。则有：

0.014 36=-1.069 4 MPa；

0.014 36=-1.290 3 MPa。

5.2 试样宽度b测量引入的不确定度分量ub

(1) 试样宽度测量重复性引入的标准不确定度分量为：uA2=Sb=0.102 50 mm。

(2) 游标卡尺的允许误差为±0.02 mm，则区间半宽aB2=0.02 mm，区间内服从均匀分布，包含因子，则游标卡尺允许误差引入的标准不确定度分量为=0.011 5 mm。

由于uA2和uB2两分量互不相关，可合成不确定度为=0.103 14 mm。

由以上可得试样宽度b测量引入的不确定分量为。则有：

0.103 14=-1.089 9 MPa；

0.103 14=-1.315 0 MPa。

5.3 力F测量引入的不确定度分量uF

(1) 试验机力测量重复性引入的标准不确定度分量为；

(2) WEW-600型拉力试验机检定证书示值允差为±1%，区间内可视为均匀分布，包含因子，则试验机示值允差引入的标准不确定度分量为：×23 322.37=134.651 8 N；。

由于两分量互不相关，可合成不确定度为：

。

由以上可得，力F测量引入的不确定度分量为。则有：

；

。

5.4 试验结果数据修约引入的不确定度分量uB4