布氏硬度测量结果不确定度的评定

金属布氏硬度测量结果不确定度的评定

1 被测对象

满足GB/T 231.1—2002金属布氏硬度国家标准要求的金属材料硬度试样

使用HB－3000型布氏硬度计，检定证书给出U rel=0.68% K=2

2 引用文献

JJF 1059—1999 测量不确定度评定与表示

JJG 147—1991 标准布氏硬度块检定规程

GB/T 231.1—2002 金属布氏硬度试验第一部分：试验方法

3 环境条件

硬度计在下列条件下检定并正常工作：

1）室温10℃～35℃；

2）环境清洁，无震动；周围无腐蚀性气体；

3）安装在稳固的基础上，并调至水平。

4 测量基准

采用二等标准硬度块。根据JJG 2005—1987和JJG 147—1991判断，本文中的硬度范围内标准硬度块的示值误差应为：

△≤±1.5%

5 测量过程

根据GB/T 231.1—2002，在20℃±2℃环境条件下，借助检定合格的HB—3000型布氏硬度计和（53×15）mm读数显微镜，加载条件为选用压头直径为D=5mm的硬质合金球，试验力为7355N （0.102×F/D2=30）,保荷时间为15秒，对两种硬度值水平的硬度试样，各测20个点，各得到一个测量列，结果见下表1。

表1 不同检测人员连续测量五次所得结果HBW 值

6 评定结果的使用

在室温条件下测量结果，一般可直接使用本不确定度的评定结果。 7 数学模型

0.102HB =（1）

8 标准不确定度分量的评定

8.1不同检测人员重复测量HB 值所引起的相对标准不确定度分量x u

本评定在此岗位操作的四位检测人员，按GB/T 231.1—2002标准规定的方法，硬质合金的直径为5mm ，试验力为7355N （0.102×F/D 2

=30）,保荷时间为10～15秒，分别对满足标准的（B 1 B 2）两类试样进行重复测定五次，结果见表1： 计算公式如下：

布氏硬度总平均值： HB =

1

20

20

1

i

i HB =∑

每一组测量标准差： S

测量过程稳定，对样本标准偏差进行合并：p s ==

测试结果是观测列HB i 中的任一次值，所以该标准不确定度分量为：

x u ，＝S p

表2 统计计算结果

8.2硬度试验机所引入的不确定度分量u E

根据JJG 150－2005 其示值最大允许误差和示值重复性符合表3。

表3 硬度计示值最大允许误差和示值重复性（JJG 150－2005）

示值重复性最大允许差可以看作为重复性限。采用B 类方法进行评定

所以对于B1试样：硬度值水平示值重复性≤2.5% u E =2.5%

318 2.812.83⨯= 所以对于B2试样：硬度值水平示值重复性≤3% u E =3%

164 1.742.83

⨯=

8.3布氏硬度标准块引入的不确定度分量u CRM

在检定硬度试验机时，布氏硬度标准块所引起的标准不确定度分量也会传递到测试结果中，国家计量部门给出了所使用标准块的扩展不确定度：337HBW5/750 u rel =0.7% ； 199 HBW5/750 u rel =0.7% K=2

所引入的不确定度分量u CRM （HB ）＝

K u rel ＝0.70%

2

＝0.35% 所以对于B1试样：u CRM =337X0.35%=1.18

所以对于B2试样：u CRM =164X0.35%=0.57 8.4压痕测量分辨力引起的标准不确定度分项 ms u

⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛∂∂=

⋅

=323

2ms d HB ms c u ms

式中： c —灵敏系数； ms —分辨力。

由 (

)

2

2

2102.0d

D D D F

HB --⋅

=π

⎪⎪⎭

⎫

⎝

⎛--+⎪⎭⎫ ⎝⎛=∂∂=222

2d D d

D D d HB d HB c 式中: HB —硬度值；

D － 压头钢球直径 ，mm ； d － 压痕直径 ，mm 。 已知压痕测量装置能分辨压痕直径的 0.5%

对于B1试样：D = 5 mm ； d = 1.708 mm ； ms = 0.0085mm ； c = 372.36 u ms =3.17

对于B2试样：D = 5 mm d = 2.345 mm ； ms =0.0117mm ； c = 148.96 u ms =1.74

8.5用标准硬度块进行检定时平均值的标准不确定度分项 H u 的评定

表4. 布氏硬度实测值 HBW

5

i i H S

N S u ==

标准偏差及 H u 的计算结果见表5

表5 标准偏差及 H u 的计算结果

8.6 测量结果进行数值修约所导致的不确定度分量u off

由GB/T231.1—2002标准，当布氏硬度测量结果大于等于100时，修约间隔δx ＝1，所以引入的不确定度分量是：u 0ff ＝0.29δx ＝0.29 9 合成标准不确定度的计算

表6 输入量的标准不确定度汇总表 HBW

c u =318 HBW 硬度值水平：

c u （HBW ） 6.96== HBW

164 HBW 硬度值水平：

c u （HBW ） 3.42== HBW

10 扩展不确定度的评定

扩展不确定度U 为合成标准不确定度U c 与所选择的包含因之K 之积，K 的选择是以区间有关的理想置信水平为依据的，通常选区2--3。K ＝2时，区间的置信概率P 约为95% 扩展不确定度可用如下公式进行计算， K ＝2，

U r ＝K U c （HB ）＝2 U c （HB ）

对于B 1试样：U ＝K U c ＝2 ×6.96＝13.9≈14