金属材料维氏硬度试验检测结果测量不确定度的评定

金属材料维氏硬度试验检测结果测量不确定度的评定

1 概述

1.1 测量方法

依据G B/T 4340.1-2009《金属维氏硬度试验第1部分：试验方法》。

1.2 评定依据

ISO/IEC 17025:2005《检测和校准实验室能力的通用要求》；《JJF 1059.1—2012 测量不确定度评定与表示》；GB/T 4340.2-2009《金属维氏硬度试验第 2 部分：硬度计的检验》；GB/T 3101-1993《有关量、单位和符号的一般原则》；GB/T 8170-2008《数值修约规则》。

1.3 环境条件

根据GB/T 4340.1-2009 试验方法标准的规定，试验一般在室温10 ℃～35 ℃范围进行(除非另有规定)。本例评定的试验温度为26 ℃±2 ℃，湿度为60％RH。

1.4 测量设备

应采用经计量部门检定合格的维氏硬度计，其准确度必须满足G B/T 4340.2-2009 的规定。本例使用经计量单位检定合格的F V-700 型（日本）硬度计。

1.5 被测对象

采用满足国家标准G B/T 4340.1-2009 要求的金属材料维氏硬度试样。

1.6 测量过程

根据G B/T 4340.1-2009，在规定环境条件下，对于满足标准要求的金属材料维氏硬度试样借助于计量合格的维氏硬度计，选用方法标准规定的合适的试验力和压头下降速度，采用标准规定的试验力保持时间及合适的压痕测量装置放大倍数测试压痕对角线平均值，通过查表或计算得到所测硬度值。作为实例，本文选用98.07 N 试验力、力保持时间为15 秒，在自动加力的情况下，测定维氏硬度值（HV10）。

2 建立测量模型

根据G B/T 4340.1-2009 标准，维氏硬度测试原理的测量模型为：

(1)

式中

F ―试验力，N

d ―两压痕对角线长度d1 和d2 的算术平均值，mm

3 测量不确定度来源的分析

和d2 算术平均值d的测量误差引起的不确定度主要来源：两压痕对角线长度d

1

分量；试验力值误差所引起的不确定度分量；测量结果进行数值修约所导致的不确定度分量。在一些分量中又包括了检测人员测量过程及硬度计测量误差所带来的不确定度分量。

4 标准不确定度分量的评定

4.1 两压痕对角线长度d1 和d2 均值 d 的测量误差引起的标准不确定度分量 u(d )

4.1.1 检测人员在测量压痕对角线长度d1 和d2 均值d 时引入的标准不确定度分量u1(d )

这可由多个测量人员多次重复测量的结果，用统计方法进行计算对角线的平均值

测量所引起的不确定度，此测量重复性引入的不确定度，不仅包含了多个测量人员的重复性，也包含了试样材料的均匀性和稳定性对示值的影响，采用 A 类方法进行评定。经验表明，由于人员的重复性、硬度计的允许差、试样的均匀度等多种因素的影响，使得维氏硬度每点的测量值具有一定的分散性。特别是对于中标尺和低标尺，这种分散性就更大。计算表明，不宜采用合并样本标准差来评定。为此，本方法建议采用贝塞尔公式计算出实验标准差S来计算标准不确定度，即：

(2)

式中

d i ―两压痕对角线长度d1 和d2 的平均值的第i次测试值，mm

n ―测试的总次数压痕对角线长度总

平均值为：

每个试样报出三个点的硬度测试值，即测试结果取观测列任一次值d

i

(观测次数k = 1 )，所以欲求的标准不确定度为：

自由度

ν = n -1

此项评定的数据及计算结果见表1。

表 1

d 值的测量数据及标准不确定度分量计算表mm

人次 第一人 第二人

第三人

d 1 值

d 1

(mm) d 2

(mm)

平均值

d (mm)

d 1

(mm) d 2

(mm)

平均值

d (mm)

d 1

(mm) d 2

(mm)

平均值

d (mm)

次 数

1 0.2945 0.294

2 0.2944 0.2964 0.2952 0.2958 0.2964 0.2952 0.2958 2 0.2945 0.2961 0.295

3 0.2955 0.2952 0.295

4 0.2964 0.2952 0.2958 3 0.294

5 0.2933 0.2939 0.2964 0.2961 0.2962 0.2955 0.2952 0.2954 4 0.293

6 0.2942 0.2939 0.2964 0.2952 0.2958 0.2974 0.2952 0.2963 5 0.2945 0.2952 0.2948 0.2955 0.2952 0.2954 0.2964 0.2952 0.2958 6 0.2964 0.2952 0.2958 0.2974 0.2971 0.2972 0.2974 0.2971 0.2972

7 0.2926 0.2961 0.2944 0.2955 0.2981 0.296

8 0.2964 0.2981 0.2972 8 0.2945 0.2933 0.293

9 0.2945 0.2952 0.2948 0.2964 0.2961 0.2962 9 0.2955 0.2933 0.2944 0.2974 0.2971 0.2972 0.2993 0.2914 0.2954 10 0.2964 0.2971 0.2968 0.2984 0.2987 0.2990 0.2984 0.2990 0.2987 11 0.2955 0.2942 0.2948 0.2984 0.2961 0.2972 0.2974 0.2961 0.2968 12 0.2945

0.2961

0.2953

0.2974

0.2981

0.2978

0.2984

0.2981

0.2982

总平均值

试验标准差

不确定度

自由度

根据 G B/T 4340.1-2009，试样结果是取观测列的任一次 d i 值( k 1 )，所以欲求

的不确定度分量为：