40Cr13不銹鋼板洛氏硬度測量不確定度的評定

劉琳靜，陳家欣

（1.湖南生物機電職業技術學院機電工程學院，湖南 長沙 410126；2.廣東省陽江市質量計量監督檢測所，廣東 陽江 529500）

任何一個測量結果都不是絕對準確的[1]，一切測量結果都不可避免地具有不確定度[2]。識別影響測量結果不確定度的主要因素，從而注意對這些因素加以控制，對提高測量準確度具有實際意義，這也是我們日常工作中要考慮的問題。硬度是金屬材料機械性能的一項重要指標，硬度的測試同樣具有不確定度。文章對金屬洛氏硬度（HRC）測量結果不確定度進行分析評定，為檢測工作中的硬度測量不確定度的評定提供參考和借鑒。

1 測量方法簡述

1.1 測量方法及評定依據

測量方法及評定依據為：GB/T230.1-2009《金屬材料洛氏硬度試驗第1部分：試驗方法》；[3]GB/T230.2-2012《金屬材料洛氏硬度試驗第2部分：硬度計的檢驗與校準》；GB/T230.3-2012《金屬材料洛氏硬度試驗第3部分：標準硬度塊的標定》。

1.2 環境條件

硬度計在下列條件檢定并正常工作：

（1）符合GB/T230.1-2009所需的溫度要求，實驗室溫度：（23±5）℃。

（2）環境清潔，無震動；周圍無腐蝕性氣體。（3）安裝在穩固的基礎上，并調至水平。

1.3 測量儀器

型號為HRS-150的數顯洛氏硬度計，經計量部門檢定合格。

1.4 被測對象

被檢測試樣為40Cr13不銹鋼板。

1.5 測量過程

在洛氏硬度計處于受控狀態下，采用金剛石圓錐壓頭和C標尺，按照方法標準GB/T230.1-2009《金屬材料洛氏硬度試驗第1部分：試驗方法》的規定對不銹鋼板進行硬度試驗，測得硬度值。

2 數學模型的建立

洛氏硬度試驗測量結果的數學模型可寫為：y=x，式中，x表示被測樣塊硬度讀出值，y表示被測樣塊硬度測定值。

3 測量不確定度來源的分析

以檢測過程和數學模型分析，測量不確定度的來源包括：

（1）試驗重復性所引入的標準不確定度分量。

（2）使用標準物質測量硬度計的標準不確定度分量。

（3）標準硬度塊的標準不確定度。

（4）硬度計示值誤差所引入的標準不確定度分量。

（5）硬度計壓痕測量系統分辨力所引入的標準不確定度分量。

4 標準不確定度分量的評定

4.1 試驗重復性所引入的相對標準不確定度分量ux

用洛氏硬度計嚴格按照標準GB/T230.1-2009規定的方法在40Cr13不銹鋼板上重復進行5次試驗，其原始測量數據見表1。

表1 試樣重復性測量數據和計算結果

測量重復性引入的標準不確定度為：ux=Sx=0.56。

4.2 用標準硬度塊（53.0HRC）檢定的平均值的標準不確定度

如表2所示。

表2 標準硬度塊重復測量數據及計算結果

檢定結果的標準偏差用極差法計算，當n=5時，極差系數C=2.33，則：

評定五次測量的標準不確定度為：

4.3 標準硬度塊的標準不確定度uCRM

根據標準GB/T230.3-2012，對于HRC標尺，標準塊硬度均勻度的最大允許值可以為1.0%或0.4HRC，取兩個量值中較大者，此次最大允許值為rrel=1.0%，則：

4.4 最大允許誤差下的標準不確定度uE

根據標準GB/T230.2-2012，洛氏硬度C標尺的硬度示值允許誤差為E為±1.5HRC，則：

4.5 壓痕測量系統分辨力引起的標準不確定度ums

根據標準GB/T230.2-2012，壓痕測量系統的分辨力為 δms=0.1HEC，則：

5 擴展標準不確定度

因引入的不確定度分量是彼此獨立不相關的，且根據數學模型，傳播系數所以按照分量方和根的公式進行合成。取置信概率約為95%，包含因子k=2，則擴展不確定度為：

（修約后結果為2.2HRC）。

6 測量結果及其不確定度報告

試樣的洛氏硬度測得值為52.1HRC，測得值相對擴展不確定度為urel=2.2HRC，k=2。

7 結論

從不確定度的評定計算分析可知，洛氏硬度計的精確度是引起不確定度的重要因素，由測量重復性引入的標準不確定度和標準硬度塊引入的不確定度都不可忽視，而壓痕測量系統分辨力引起的不確定度很小，基本可以忽略不計。因此，在檢測過程中，首先要選用合適的精密的硬度計和均勻性好的標準硬度塊，其次檢測人員要具備熟練的操作技能，并對影響測量結果的主要分量加以控制，來提高檢測結果的準確性，不斷提高檢測結果質量水平。