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洛氏硬度C标尺测量不确定度评定及分析 摘 要：通过履带板用钢硬度试验，对金属材料洛氏硬度C标尺的测量不确定度进行了研究，并建立了数学模型，分析了洛氏硬度测量不确定度来源。评定结果表明：当时，履带板用钢洛氏硬度C标尺试验硬度测量值采用GB/T230.1-2009 附录G中方法一评定的测量不确定度为，采用方法二计算的测量不确定度为。 履带板用钢；洛氏硬度；C标尺；测量不确定度 0 引言 洛氏硬度试验是最常用的硬度试验之一，是评定和检测金属材料及产品质量的重要手段[1-2]。国家标准GB/T230.1-2009附录G中定义的不确定度只考虑硬度计和标准硬度块（CRM）相关的测量不确定度，硬度计各独立部件均在允许偏差范围内工作，推荐的评定方法有两种，方法一是考虑硬度计最大允许误差的方法，方法二是考虑硬度计系统误差的方法[3]。笔者依照国家标准对履带板用钢进行了洛氏硬度C标尺试验，采用上述两种方法对硬度测量值的不确定度进行了评定，以利于更好地指导日常检验工作。 1 试验材料及方法 1）试验材料：某公司生产的履带板用钢和中测院硬度值为44.8HRC的标准洛氏硬度块。 2）环境条件：GB/T230.1-2009规定，洛氏硬度试验一般在10~35 室温下进行[3]，为避免温度可能对试验结果产生的影响，本试验在室温27 下进行，且温度变化小。 3）测试方法：按照GB/T230.1-2009《金属材料 洛氏硬度试验 第1部分：试验方法（A、B、C、D、E、F、H、K、N、T标尺）》[3]的要求，选用C标尺对履带板用钢硬度试样和标准洛氏硬度块分别以3 mm间距沿直线进行硬度试验，最后测得HRC值。 4）测量仪器：沃伯特600MRD数显洛氏硬度计，硬度计经国家认可计量部门检定合格。 2 建立数学模型 洛氏硬度试验使用测量压痕深度的原理计算硬度值，数学模型为： （1） 式中被测材料硬度测量值，被测材料硬度测定值。 3 测量不确定度来源分析 对于洛氏硬度C标尺试验，试验在较小的温度变化范围内进行，因此对温度效应所引起的不确定度分量可以忽略不计。影响试验结果的还有洛氏硬度计的复现性，笔者未有相关数据，本文未作讨论。在满足国家标准GB/T230.1-2009[3]的条件下,在履带板用钢硬度试样和标准硬度块表面进行多次测量, 将影响金属材料洛氏硬度试验结果的不确定度来源列入表1中。4 试验结果 在同一试验条件下，对履带板用钢硬度试样和标准硬度块分别连续8次测量，硬度测量值如表所示，算术平均值由式计算得到。 不确定度评定 5.1 试样测量重复性引入的标准不确定度分量ux 履带板用钢硬度试样测量结果的单次试验标准偏差可采用极差法计算，当时，极差系数，,则： 。 测量重复性引入的标准不确定度分量：。 不确定度来源 符号 试样测量重复性引入的标准不确定度 硬度计测量标准硬度块时的不确定度 标准硬度块的不确定度 硬度计最大允许偏差引入的标准不确定度 压痕测量系统分辨力的不确定度 硬度计偏差的不确定度 表2 测量数据 材料名称 硬度值HRC） 平均值 1 2 3 4 5 6 7 8 履带板用钢 44.9 45.5 44.4 45.3 44.9 44.9 45.9 46.3 45.26 标准硬度块 44.6 44.5 44.8 45.2 44.3 44.5 45.0 44.2 44.64 5.2 硬度计测量标准硬度块时的不确定度分量 标准硬度块测量结果的单次试验标准偏差采用极差法计算，当时，极差系数，。 硬度计在重复条件下连续8次测量，以8次的算术平均值作为测量结果值，即： 5.3 标准硬度块的不确定度分量 国家标准GB/230.3-2012规定，洛氏硬度C标尺标准硬度块不均匀度最大允许值为1.0%[4]，试验的标准洛氏硬度块标准值为, 5.4 硬度计最大允许偏差引入的标准不确定度分量 国家标准GB/230.2-2012规定，硬度计示值允许误差为 [5]，可视为均匀分布，包含因子，。 5.5 压痕测量系统分辨力的不确定度分量 硬度计压痕测量系统分辨力为，因硬度值对压痕的偏导数为1，故 5.6 硬度计偏差的不确定度分量 硬度计测定标准硬度块的校准值与标准硬度块标准值的差： 硬度计偏差引入的标准不确定度分量： 6 合成标准不确定度 采用直接测试，引入的各输入量互不相关，可采用简化的方式合成。 考虑硬度计最大允许误差的方法（方法一）合成不确定度为: 考虑硬度计系统误差的方法（方法二）合成不