40Cr13不锈钢板洛氏硬度测量不确定度的评定

刘琳静，陈家欣

（1.湖南生物机电职业技术学院机电工程学院，湖南 长沙 410126；2.广东省阳江市质量计量监督检测所，广东 阳江 529500）

任何一个测量结果都不是绝对准确的[1]，一切测量结果都不可避免地具有不确定度[2]。识别影响测量结果不确定度的主要因素，从而注意对这些因素加以控制，对提高测量准确度具有实际意义，这也是我们日常工作中要考虑的问题。硬度是金属材料机械性能的一项重要指标，硬度的测试同样具有不确定度。文章对金属洛氏硬度（HRC）测量结果不确定度进行分析评定，为检测工作中的硬度测量不确定度的评定提供参考和借鉴。

1 测量方法简述

1.1 测量方法及评定依据

测量方法及评定依据为：GB/T230.1-2009《金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法》；[3]GB/T230.2-2012《金属材料洛氏硬度试验第2部分：硬度计的检验与校准》；GB/T230.3-2012《金属材料洛氏硬度试验第3部分：标准硬度块的标定》。

1.2 环境条件

硬度计在下列条件检定并正常工作：

（1）符合GB/T230.1-2009所需的温度要求，实验室温度：（23±5）℃。

（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。

1.3 测量仪器

型号为HRS-150的数显洛氏硬度计，经计量部门检定合格。

1.4 被测对象

被检测试样为40Cr13不锈钢板。

1.5 测量过程

在洛氏硬度计处于受控状态下，采用金刚石圆锥压头和C标尺，按照方法标准GB/T230.1-2009《金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法》的规定对不锈钢板进行硬度试验，测得硬度值。

2 数学模型的建立

洛氏硬度试验测量结果的数学模型可写为：y=x，式中，x表示被测样块硬度读出值，y表示被测样块硬度测定值。

3 测量不确定度来源的分析

以检测过程和数学模型分析，测量不确定度的来源包括：

（1）试验重复性所引入的标准不确定度分量。

（2）使用标准物质测量硬度计的标准不确定度分量。

（3）标准硬度块的标准不确定度。

（4）硬度计示值误差所引入的标准不确定度分量。

（5）硬度计压痕测量系统分辨力所引入的标准不确定度分量。

4 标准不确定度分量的评定

4.1 试验重复性所引入的相对标准不确定度分量ux

用洛氏硬度计严格按照标准GB/T230.1-2009规定的方法在40Cr13不锈钢板上重复进行5次试验，其原始测量数据见表1。

表1 试样重复性测量数据和计算结果

测量重复性引入的标准不确定度为：ux=Sx=0.56。

4.2 用标准硬度块（53.0HRC）检定的平均值的标准不确定度

如表2所示。

表2 标准硬度块重复测量数据及计算结果

检定结果的标准偏差用极差法计算，当n=5时，极差系数C=2.33，则：

评定五次测量的标准不确定度为：

4.3 标准硬度块的标准不确定度uCRM

根据标准GB/T230.3-2012，对于HRC标尺，标准块硬度均匀度的最大允许值可以为1.0%或0.4HRC，取两个量值中较大者，此次最大允许值为rrel=1.0%，则：

4.4 最大允许误差下的标准不确定度uE

根据标准GB/T230.2-2012，洛氏硬度C标尺的硬度示值允许误差为E为±1.5HRC，则：

4.5 压痕测量系统分辨力引起的标准不确定度ums

根据标准GB/T230.2-2012，压痕测量系统的分辨力为 δms=0.1HEC，则：

5 扩展标准不确定度

因引入的不确定度分量是彼此独立不相关的，且根据数学模型，传播系数所以按照分量方和根的公式进行合成。取置信概率约为95%，包含因子k=2，则扩展不确定度为：

（修约后结果为2.2HRC）。

6 测量结果及其不确定度报告

试样的洛氏硬度测得值为52.1HRC，测得值相对扩展不确定度为urel=2.2HRC，k=2。

7 结论

从不确定度的评定计算分析可知，洛氏硬度计的精确度是引起不确定度的重要因素，由测量重复性引入的标准不确定度和标准硬度块引入的不确定度都不可忽视，而压痕测量系统分辨力引起的不确定度很小，基本可以忽略不计。因此，在检测过程中，首先要选用合适的精密的硬度计和均匀性好的标准硬度块，其次检测人员要具备熟练的操作技能，并对影响测量结果的主要分量加以控制，来提高检测结果的准确性，不断提高检测结果质量水平。