Q235鋼抗拉強(qiáng)度測量不確定度評定

劉佳興, 李葉平, 謝先嬌

[國家焊劑產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(湖南)， 永州 425000]

金屬材料的力學(xué)性能主要取決于所用材料本身的組織結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分,在金屬材料力學(xué)性能的有關(guān)試驗(yàn)中，拉伸試驗(yàn)是最為重要的,同時(shí)也是評價(jià)金屬材料力學(xué)性能最有效和最常用的一種方法，拉伸試驗(yàn)?zāi)軌蜉^為準(zhǔn)確地反映材料本身所具有的基本屬性，具有可靠、快速和簡便的特點(diǎn)。金屬材料拉伸試驗(yàn)屬于破壞性試驗(yàn)的一種，由于其具有不可重復(fù)性，加上眾多的外界影響因素和金屬材料本身的不均勻性，因此金屬材料拉伸試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)具有相當(dāng)?shù)姆稚⑿浴榱巳嬖u估試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而對材料作出適當(dāng)?shù)脑u價(jià)，有必要對試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行不確定度評定[1-5]。按照拉伸試驗(yàn)的基本要求，對Q235鋼(抗拉強(qiáng)度Rm=580 MPa)進(jìn)行了測量不確定度評定，最終得出95%置信度下該材料的抗拉強(qiáng)度。

1 試驗(yàn)依據(jù)與試驗(yàn)原理

依據(jù)GB/T 228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法》的要求 ，在規(guī)定環(huán)境條件(試驗(yàn)溫度23 ℃±5 ℃)下，選用精度優(yōu)于1級的試驗(yàn)機(jī)在規(guī)定的加載速率下，對金屬試樣施加軸向拉力，測量拉伸過程中試樣拉斷時(shí)所承受的最大拉力Fmax以及被測金屬試樣橫截面積S0，從而得到抗拉強(qiáng)度Rm。

2 數(shù)學(xué)模型

抗拉強(qiáng)度的數(shù)學(xué)模型如下

(1)

式中:Rm為抗拉強(qiáng)度，MPa；Fmax為拉伸試驗(yàn)中的最大拉力，N；S0為試樣橫截面積，mm2。

3 測量相關(guān)參數(shù)

試樣采用直徑為12.5 mm的圓形截面加工試樣，其抗拉強(qiáng)度為580 MPa，在(23±5) ℃的條件下進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試樣的直徑采用允差為±0.02 mm的游標(biāo)卡尺測量， 最大拉力Fmax采用精度等級為1級的微機(jī)液壓萬能試驗(yàn)機(jī)測量。

4 不確定度來源分析

依據(jù)金屬材料抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)過程，認(rèn)為抗拉強(qiáng)度測量不確定度的來源主要包括：①試驗(yàn)機(jī)精度引入的不確定度分量，微機(jī)液壓萬能試驗(yàn)機(jī)精度±1%；②試樣重復(fù)性檢測引入的不確定度分量，通過大量重復(fù)試驗(yàn)可以得出；③試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)修約引入的不確定度分量，試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)修約到1 MPa；④試樣的橫截面積測量引入的不確定度分量，測量橫截面積使用的游標(biāo)卡尺允差為±0.02 mm；⑤拉伸速率，試樣拉伸過程中的速率對測試結(jié)果會(huì)有影響，參考GB/T 228.1—2010附錄L,拉伸速率的影響為±5 MPa。

5 量化不確定度

5.1 試驗(yàn)機(jī)精度引入的不確定度分量urelf

5.2 試樣的重復(fù)性檢測引入的不確定度urels

表1 Q235鋼抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Tensile strength test results of Q235 steel MPa

計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)不確定度S及相對標(biāo)準(zhǔn)差RSD。

5.3 試驗(yàn)結(jié)果數(shù)值修約引入的不確定度urelx

5.4 試樣橫截面積測量引入的不確定度urela

5.5 拉伸速率引入的不確定度urelv

6 合成不確定度

7 相對擴(kuò)展不確定度

取95%的置信度，包含因子k=2，故相對擴(kuò)展不確定度為Ur=2urelc=2×0.77%=1.6%。

8 測量不確定度報(bào)告

該Q235鋼的抗拉強(qiáng)度為580 MPa，則其測量不確定度報(bào)告可表示為Rm= 580×(1±1.6%)=(580±9) MPa，k=2。