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。

JJF1059.1-2012《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uB4GB/T 228.1-2010规定，下屈服强度ReL、抗拉强度Rm修约到1 MPa[2]。

区间内服从均匀分布，包含因子，区间半宽aB4=0.5 MPa，则试验结果数据修约引入的不确定度分量为。

5.5 合成标准不确定度评定由于以上各分量互不相关，而且数学模型中均为乘除关系，所以合成不确定度为：uc(ReL)={[ua(ReL)]2+[ub(ReL)]2+[uF(ReL)]2+[uB4)]2}1/2=[(-1.069 4)2+(-1.089 9)2+5.238 72+0.288 72]1/2=5.464 3 MPa；uc(Rm)={[ua(Rm)]2+[ub(Rm)]2+[uF(Rm)]2+[uB4)]2}1/2=[(-1.290 3)2+(-1.315 0)2+5.971 02+0.288 72]1/2=6.255 4 MPa。

5.6 扩展不确定度评定扩展不确定度等于包含因子与合成标准不确定度的乘积，取包含因子k=2，则：U(ReL)=kuc(ReL)=2×5.464 3=10.928 6 MPa，取U(ReL)=11 MPa；U(Rm)=kuc(Rm)=2×6.255 4=12.510 8 MPa，取U(Rm)=13 MPa。

6.1 灵敏系数IF热轧钢板试样原始标距L0对断后伸长率A的灵敏系数为=-0.029 5 mm-1。

IF 热轧钢板试样断后标距Lu对断后伸长率A的灵敏系数为。

6.2 断后标距测量重复性引入的标准不确定度分量uLA1断后标距Lu的测量重复性引入的标准不确定度分量uLA1按A类进行评定。

原则上，试样拉断后，断裂位置在原始标距内均视为有效。

在本试验中，IF热轧钢板试样断口位置均在试样中部。

则断后标距测量重复性引入的标准不确定度分量为：uLA1=SL=0.571 93 mm。

6.3 原始标距标记引入的标准不确定度分量uLB1GB/T 228.1-2010规定,原始标距的标记应准确到±1%[2]，即标点机的示值误差应≤±1%，原始标距L0是采用打点机一次性做出标记。

从最大偏离考虑，区间内服从均匀分布，包含因子，区间半宽aLB1=0.01，则=0.288 7 mm。

6.4 游标卡尺允许误差引入的标准不确定度分 (〗量uLB2)〗IF热轧钢板试样的断后标距采用游标卡尺来测量，表1中给出的游标卡尺允许误差为±0.02 mm，则区间半宽aLB2=0.02 mm，区间内服从均匀分布，包含因子，则=0.011 5 mm。

6.5 试验结果数据修约引入的标准不确定度分 (〗量uLB3)〗GB/T 228.1-2010规定，断后伸长率修约到0.5%[2]，区间半宽aLB3=0.25%，区间内服从均匀分布，包含因子，则。

6.6 合成标准不确定度评定由于断后伸长率A类不确定度分量与B类不确定度分量是相互独立的，所以合成不确定度为：uc(A)=[(cL0uLB1)2+(cLuuLA1)2+(cLuuLB2)2+(uLB3)2]1/2=[(-0.029 5)2×0.288 72+0.022×0.571 932+0.022×0.011 52+0.1443%2]1/2=0.145 0%。

6.7 扩展不确定度评定取包含因子k=2，则IF热轧钢板试样断后伸长率A的扩展不确定度为：U(A)=kuc(A)=2×0.145 0%=0.29%，取U(A)=0.3%。

IF热轧钢板拉伸试验测量不确定度评定结果为：ReL=(264±11)MPa，k=2；Rm=(318±13) MPa,k=2；A=47.5%±0.3%，k=2。

(1) 不确定度的来源必须根据测量的实际情况进行分析，应避免遗漏对测量结果影响较大的不确定度来源。

IF热轧钢板拉伸试验的不确定度来源主要包括试验机、量具、试验结果数据修约3个部分。

(2) 通过分析IF热轧钢板拉伸试验结果的测量不确定度的评定过程，试验速率满足国家标准要求，对试验结果影响很小，在测量不确定度评定时，就不需要将试验速率影响引入的标准不确定度分量单独考虑。