金属材料维氏硬度测量不确定度的评定
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
度分量所占权重较小, 标准块不均匀性和硬度计引 起的不确定度分量所占权重较大, 而现实中不可能 多次重复测量, 因此必须考虑其引起的不确定度分 量, 同时也要求选择合适的标准硬度块。
参考文献 [ 1] 中国计量科学研究院. JJF 1059 1999 测量 不确定度
评定与表示 [ S]. 北京: 中国计量出版社, 2001. [ 2] 施昌彦. 测量不确 定度评定 与表示 指南 [ M ]. 北 京: 中
验力 ( N ) ; d = ( d1 + d2 ) /2 ( mm ) , d 1为压痕 1的测 量平均值 ( mm ) , d 2为压痕 2的测量平均值 ( mm ) 。
2 不确定度的评定 2. 1 不确定度来源
维氏硬度测量的不确定度主要来源于试验力、 压痕对角线重复性、标准块不均匀性、硬度计本身的 不确定度 [ 4] 。在稳定的环境条件下, 由金刚石压头 的两相对面夹角、温度变化、试验力保持时间等引起 的不确定度分量所占权重非常小, 可以忽略。 2. 2 标准不确定度分量的评定 ( A 类 ) 2. 2. 1 试验力影响
第 35卷 V o l 35
第 1期 No 1
金属制品 M eta l P roduc ts
2009 年 2 月 February 2009
金属材料维氏硬度测量不确定度的评定
Байду номын сангаас
胡水江, 李生初, 杨航飞, 徐利军
(绍兴市质量技术监督检测院 , 浙江 绍兴 312071)
摘 要 维氏硬度测量的不确定 度主要来源于试验力、压痕对角线重复性、标准块不 均匀性及硬 度计本身; 建立维 氏硬度与试验力、压痕 深度 的数 学 模型, 指 出 维氏 硬度 与 试验 力成 正 比, 与压 痕 深度 的平 方 成反 比; 根 据 GB /T 4340. 1 1999, 从试验力、压痕、标准块等几个影响因素分析, 计算出当包含因 子 K p = 2, 置信区间为 95% 时, 维氏硬 度测量的不确定度为 2. 5% 。 关键词 不确定度; 维氏硬度; 测 量; 评定 中图分类号 TG 115. 3+ 3
= 0. 000 024 94 mm
相对标准不确定度
u,l rel ( d2 )
=
u1 (d2 ) = d2
0.
001 10
2. 2. 3 合成不确定度
压痕 d 的合成不确定度
uc, rel ( d ) = [ u1, rel ( d1 ) ] 2 + [ u1, rel ( d2 ) ] 2 = 0. 001 58
根据检定结果, 试验力误差为 0. 3% , 服从均
匀分布, 包含因子 K p 为 3, 相对标准不确定度 u1, rel ( F ) = 0. 3% = 0. 001 73。 3
2. 2. 2 压痕影响 对压痕 1和 2进行测量, 所得对角线长度见表 1。 由表 1可得 H V = 0. 189 1F /d2 = 720. 4。
检测中心工程师。
取置信区间 95% , K p = 2, 扩展不确定度 U (H V ) = K p # uc, rel (H V ) = 2. 5 # 10- 2 2. 5 测量结果及其不确定度 由以上分析计算得: 维氏硬度 HV 值为 720. 4 # ( 1 2. 5 # 10- 2 )。
3 结语 通过分析计算, 多次重复性测量引起的不确定
2. 2. 2. 1 压痕 d1 的影响 由表 1可知
∃ 60∃
金属制品
第 35卷
算术平均值
d1 =
1 10i
10
d
=1
1i
=
0.
022 7 mm
表 1 标准块压痕对角线长度测量数据
Tab le 1 The leng th mea suremen t data o f
standard b lock indenta tion d iagona l line
9
0. 022 7
0. 022 6
10
0. 022 7
0. 022 6
标准差 s(d1 ) =
1 10 -
10
1i=
(
1
d1i
-
d1 ) 2
= 0. 000 081 65 mm
标准不确定度 u1 (d1 ) = s( d1 ) 10
= 0. 000 025 82 mm
相对标准不确定度
u,l rel ( d1 )
测量号
d1 /mm
d2 /mm
1
0. 022 8
0. 022 7
2
0. 022 8
0. 022 8
3
0. 022 6
0. 022 7
4
0. 022 7
0. 022 6
5
0. 022 8
0. 022 7
6
0. 022 6
0. 022 8
7
0. 022 6
0. 022 7
8
0. 022 7
0. 022 6
国计量出版社, 2000. [ 3] 钢铁研究总 院. GB /T 4340. 1 1999 金属 维氏 硬度试
验第 1部分: 试 验 方法 [ S]. 北京: 中国 标 准出 版 社,
200 0. [ 4] 魏志华, 章俊 仁. 金属维 氏硬 度试 验结 果的 不确 定度
评定 [ J]. 实用测试技术, 2001( 1): 34- 36. (收 稿日期: 2008- 08- 27)
=
u1 (d1 ) = d1
0.
001 14
2. 2. 2. 2 压痕 d2 的影响
由表 1可知
算术平均值
d2 =
1 10i
10
d
=1
2i
=
0.
022 68mm
标准差 s(d2 ) =
1 10 -
10
1i=
(
1
d2i
-
d2 ) 2
= 0. 000 078 88 mm
标准不确定度 u1 (d2 ) = s( d2 ) 10
Uncertain ty evaluation of m etal material V ickers hardness m easurem ent
HU Shu i jiang, L I Sheng chu, YANG Hang fe,i XU L i jun
( Shaox ing T esting Institute of Quality and T echnical Sup ervision, Shaox ing 312071, China )
作者简介 胡水江 1981年生, 绍兴 市质 量技 术监 督检 测院 建材 建工
检测中心检验员。 李生初 1974年生, 高级工程师, 绍 兴市质量 技术监 督检测
院建材建工检测中心主任。 杨航飞 1969年生, 工程师, 绍兴市 质量技术 监督检 测院建
材建工检测中心业务部副主任。 徐利军 1963年生, 绍兴 市质 量技 术监 督检 测院 建材 建工
u 2,
rel =
1.
7% 2
=
0.
008 50。
硬度计经检定, 其相对标准不确定度
u 3, rel =
2.
7% 3
=
0.
009 00
合成标准不确定度
uc, rel (H V ) = [ uc1, re l (H V ) ] 2 + ( u2, rel ) 2 + ( u3, rel ) 2
= 0. 012 7 2. 4 扩展不确定度
合成标准不确定度 ( A 类 )
uc1, rel (H V ) = [ u1, rel ( F ) ] 2 + [ - 2uc, re l ( d ) ] 2
= 0. 002 83
2. 3 标准不确定度分量的评定 ( B 类 )
标准块不均匀度为 1. 7% , K p 为 2, 按 B 类标准
不确定度计算,
对材料 的任何 特性参 量进行 检测或 测量 时, 不管方法和仪器 设备 如何完 善, 其测 量结果 始终 存在着不确定性。笔者以文献 [ 1] 为 依据, 参考文 献 [ 2] , 对金属材料维氏硬度测量的不确定度进行 评定。
1 测量的准备 ( 1)目的: 评定金属材料维氏硬度测量不确定度。 ( 2) 测量方法: 依据文献 [ 3], 试验力为 1. 96 N,
Ab stract T he uncerta inty o fV ickers hardness is from testing force, repeatab ility o f indentation diagona l line, standard block inhomogene ity and hardness tester. The ma them atica lmode l o fV ickers hardness and testing force, indentation depth is estab lished. V ickers hardness is proportional to testing fo rce, in inverse proportion to square of indenta tion depth. A ccording to GB /T 4340. 1 1999, to analyze from follow ing influence factors such as testing fo rce, indentation and standard blo ck, when coverage facto rK p is 2, confidence interval is 95% , the uncerta inty o fV ickers ha rdness measurement is 2. 5% . K eywords uncerta in ty; V ickers ha rdness; m easurem ent; eva luation
保持时间为 30 s。 ( 3) 环境条件: 实验室温度控制在 ( 20 5) ! ,
相对湿度 ∀ 80% 。本次试验温度 19 ! , 湿度 70% 。 ( 4) 测量仪器: M 型岛津显微维氏硬度计。 ( 5) 被测对象: 720HV0. 2标准硬度块, 不均匀
度 1. 7% 。 ( 6) 数学模型: H V = 0. 189 1F /d2, 式中: F 为试
参考文献 [ 1] 中国计量科学研究院. JJF 1059 1999 测量 不确定度
评定与表示 [ S]. 北京: 中国计量出版社, 2001. [ 2] 施昌彦. 测量不确 定度评定 与表示 指南 [ M ]. 北 京: 中
验力 ( N ) ; d = ( d1 + d2 ) /2 ( mm ) , d 1为压痕 1的测 量平均值 ( mm ) , d 2为压痕 2的测量平均值 ( mm ) 。
2 不确定度的评定 2. 1 不确定度来源
维氏硬度测量的不确定度主要来源于试验力、 压痕对角线重复性、标准块不均匀性、硬度计本身的 不确定度 [ 4] 。在稳定的环境条件下, 由金刚石压头 的两相对面夹角、温度变化、试验力保持时间等引起 的不确定度分量所占权重非常小, 可以忽略。 2. 2 标准不确定度分量的评定 ( A 类 ) 2. 2. 1 试验力影响
第 35卷 V o l 35
第 1期 No 1
金属制品 M eta l P roduc ts
2009 年 2 月 February 2009
金属材料维氏硬度测量不确定度的评定
Байду номын сангаас
胡水江, 李生初, 杨航飞, 徐利军
(绍兴市质量技术监督检测院 , 浙江 绍兴 312071)
摘 要 维氏硬度测量的不确定 度主要来源于试验力、压痕对角线重复性、标准块不 均匀性及硬 度计本身; 建立维 氏硬度与试验力、压痕 深度 的数 学 模型, 指 出 维氏 硬度 与 试验 力成 正 比, 与压 痕 深度 的平 方 成反 比; 根 据 GB /T 4340. 1 1999, 从试验力、压痕、标准块等几个影响因素分析, 计算出当包含因 子 K p = 2, 置信区间为 95% 时, 维氏硬 度测量的不确定度为 2. 5% 。 关键词 不确定度; 维氏硬度; 测 量; 评定 中图分类号 TG 115. 3+ 3
= 0. 000 024 94 mm
相对标准不确定度
u,l rel ( d2 )
=
u1 (d2 ) = d2
0.
001 10
2. 2. 3 合成不确定度
压痕 d 的合成不确定度
uc, rel ( d ) = [ u1, rel ( d1 ) ] 2 + [ u1, rel ( d2 ) ] 2 = 0. 001 58
根据检定结果, 试验力误差为 0. 3% , 服从均
匀分布, 包含因子 K p 为 3, 相对标准不确定度 u1, rel ( F ) = 0. 3% = 0. 001 73。 3
2. 2. 2 压痕影响 对压痕 1和 2进行测量, 所得对角线长度见表 1。 由表 1可得 H V = 0. 189 1F /d2 = 720. 4。
检测中心工程师。
取置信区间 95% , K p = 2, 扩展不确定度 U (H V ) = K p # uc, rel (H V ) = 2. 5 # 10- 2 2. 5 测量结果及其不确定度 由以上分析计算得: 维氏硬度 HV 值为 720. 4 # ( 1 2. 5 # 10- 2 )。
3 结语 通过分析计算, 多次重复性测量引起的不确定
2. 2. 2. 1 压痕 d1 的影响 由表 1可知
∃ 60∃
金属制品
第 35卷
算术平均值
d1 =
1 10i
10
d
=1
1i
=
0.
022 7 mm
表 1 标准块压痕对角线长度测量数据
Tab le 1 The leng th mea suremen t data o f
standard b lock indenta tion d iagona l line
9
0. 022 7
0. 022 6
10
0. 022 7
0. 022 6
标准差 s(d1 ) =
1 10 -
10
1i=
(
1
d1i
-
d1 ) 2
= 0. 000 081 65 mm
标准不确定度 u1 (d1 ) = s( d1 ) 10
= 0. 000 025 82 mm
相对标准不确定度
u,l rel ( d1 )
测量号
d1 /mm
d2 /mm
1
0. 022 8
0. 022 7
2
0. 022 8
0. 022 8
3
0. 022 6
0. 022 7
4
0. 022 7
0. 022 6
5
0. 022 8
0. 022 7
6
0. 022 6
0. 022 8
7
0. 022 6
0. 022 7
8
0. 022 7
0. 022 6
国计量出版社, 2000. [ 3] 钢铁研究总 院. GB /T 4340. 1 1999 金属 维氏 硬度试
验第 1部分: 试 验 方法 [ S]. 北京: 中国 标 准出 版 社,
200 0. [ 4] 魏志华, 章俊 仁. 金属维 氏硬 度试 验结 果的 不确 定度
评定 [ J]. 实用测试技术, 2001( 1): 34- 36. (收 稿日期: 2008- 08- 27)
=
u1 (d1 ) = d1
0.
001 14
2. 2. 2. 2 压痕 d2 的影响
由表 1可知
算术平均值
d2 =
1 10i
10
d
=1
2i
=
0.
022 68mm
标准差 s(d2 ) =
1 10 -
10
1i=
(
1
d2i
-
d2 ) 2
= 0. 000 078 88 mm
标准不确定度 u1 (d2 ) = s( d2 ) 10
Uncertain ty evaluation of m etal material V ickers hardness m easurem ent
HU Shu i jiang, L I Sheng chu, YANG Hang fe,i XU L i jun
( Shaox ing T esting Institute of Quality and T echnical Sup ervision, Shaox ing 312071, China )
作者简介 胡水江 1981年生, 绍兴 市质 量技 术监 督检 测院 建材 建工
检测中心检验员。 李生初 1974年生, 高级工程师, 绍 兴市质量 技术监 督检测
院建材建工检测中心主任。 杨航飞 1969年生, 工程师, 绍兴市 质量技术 监督检 测院建
材建工检测中心业务部副主任。 徐利军 1963年生, 绍兴 市质 量技 术监 督检 测院 建材 建工
u 2,
rel =
1.
7% 2
=
0.
008 50。
硬度计经检定, 其相对标准不确定度
u 3, rel =
2.
7% 3
=
0.
009 00
合成标准不确定度
uc, rel (H V ) = [ uc1, re l (H V ) ] 2 + ( u2, rel ) 2 + ( u3, rel ) 2
= 0. 012 7 2. 4 扩展不确定度
合成标准不确定度 ( A 类 )
uc1, rel (H V ) = [ u1, rel ( F ) ] 2 + [ - 2uc, re l ( d ) ] 2
= 0. 002 83
2. 3 标准不确定度分量的评定 ( B 类 )
标准块不均匀度为 1. 7% , K p 为 2, 按 B 类标准
不确定度计算,
对材料 的任何 特性参 量进行 检测或 测量 时, 不管方法和仪器 设备 如何完 善, 其测 量结果 始终 存在着不确定性。笔者以文献 [ 1] 为 依据, 参考文 献 [ 2] , 对金属材料维氏硬度测量的不确定度进行 评定。
1 测量的准备 ( 1)目的: 评定金属材料维氏硬度测量不确定度。 ( 2) 测量方法: 依据文献 [ 3], 试验力为 1. 96 N,
Ab stract T he uncerta inty o fV ickers hardness is from testing force, repeatab ility o f indentation diagona l line, standard block inhomogene ity and hardness tester. The ma them atica lmode l o fV ickers hardness and testing force, indentation depth is estab lished. V ickers hardness is proportional to testing fo rce, in inverse proportion to square of indenta tion depth. A ccording to GB /T 4340. 1 1999, to analyze from follow ing influence factors such as testing fo rce, indentation and standard blo ck, when coverage facto rK p is 2, confidence interval is 95% , the uncerta inty o fV ickers ha rdness measurement is 2. 5% . K eywords uncerta in ty; V ickers ha rdness; m easurem ent; eva luation
保持时间为 30 s。 ( 3) 环境条件: 实验室温度控制在 ( 20 5) ! ,
相对湿度 ∀ 80% 。本次试验温度 19 ! , 湿度 70% 。 ( 4) 测量仪器: M 型岛津显微维氏硬度计。 ( 5) 被测对象: 720HV0. 2标准硬度块, 不均匀
度 1. 7% 。 ( 6) 数学模型: H V = 0. 189 1F /d2, 式中: F 为试