洛氏硬度檢測不確定度對檢驗結(jié)果符合性評價的影響

【摘 要】 本文主要討論了洛氏硬度檢測結(jié)果為臨界值時，如何考慮檢測不確定度對檢測結(jié)果的影響、如何進行符合性評價;以及何時不考慮不確定度也可進行檢測結(jié)果的符合性評價。

【關(guān)鍵詞】 洛氏硬度 不確定度 合成不確定度 擴展不確定度 符合性評價

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.05.015

1 前言

產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測機構(gòu)，是第三方公正檢驗檢測機構(gòu)，是面向全社會并為其提供檢驗檢測服務(wù)、出具檢驗報告的機構(gòu)。無論是行政執(zhí)法機構(gòu)還是企業(yè)及個人委托的檢驗項目，都希望對檢測結(jié)果做出符合性評價即合格與否的判定。當(dāng)檢測結(jié)果與界限值有一定的差距時，可以不考慮檢測結(jié)果的不確定度，直接作出符合性評價;但當(dāng)檢驗結(jié)果為臨界值時，如果不考慮檢測結(jié)果的不確定度，直接對檢驗結(jié)果作出符合性評價，檢驗檢測機構(gòu)是要承擔(dān)一定的風(fēng)險的。一般當(dāng)檢驗結(jié)果為臨界值時，要計算出檢驗結(jié)果的不確定度，然后給出一個檢驗結(jié)果的范圍值，不作符合性評價。下面以一個客戶委托的齒輪軸洛氏硬度檢驗為例加以討論。

2 檢驗方法和過程

客戶委托檢驗一個齒輪軸的洛氏硬度值，圖紙要求洛氏硬度值為≥45HRC，雙方約定的檢驗方法是GB/T230.1-2004，并要求對檢驗結(jié)果做出符合性評價即合格與否的判定。

我們使用KH3000A型自動數(shù)顯洛氏硬度計檢測出該齒輪軸的實測值，在式樣上測4點（此4點要均勻分布），第1點不計，取其它三點的平均值，作為檢測結(jié)果。洛氏硬度值為：h=（44.9HRC+45.0HRC+45.5 HRC）/3=45.5HRC，此檢驗結(jié)果與齒輪軸洛氏硬度界限值非常接近，如果不考慮不確定度，就可以做出符合性評價即判為合格，這時我們要承擔(dān)一定的風(fēng)險，因此要計算出測量結(jié)果的不確定度，給出檢驗結(jié)果的一個范圍值，不進行檢驗結(jié)果的符合性評價。

3 不確定度的計算

3.1 不確定度的來源

計算使用KH3000A型自動數(shù)顯洛氏硬度計測量該齒輪軸洛氏硬度的不確定度，首先要確定不確定度的來源。

由GB/T230.1-2004《金屬洛氏硬度試驗 第一部分：試驗方法》可知，C標(biāo)尺的洛氏硬度為：

[HRC][=100-e0.002]

式中：[e]為壓痕深度，單位為mm。

由于硬度計的壓痕深度測量裝置直接顯示C標(biāo)尺的硬度讀數(shù)值HRC，所以每個壓痕點的硬度[hs]直接由硬度計的示值給出，即[h=hs]。

洛氏硬度h測量不確定度的來源主要有①硬度測量重復(fù)性;②硬度計示值測量誤差;③硬度計C標(biāo)尺壓痕深度測量裝置讀數(shù)誤差（已計入②中，不必重復(fù)計算;④C標(biāo)尺讀數(shù)分辨力誤差，以及其他不確定度來源可忽略不計。硬度計重復(fù)性引入的不確定度已歸入到測量重復(fù)性①中，不重復(fù)計算。

所以洛氏硬度值h測量不確定度的來源有洛氏硬度測量重復(fù)性和KH3000A型自動數(shù)顯洛氏硬度計示值測量誤差。

3.2 計算由測量重復(fù)性引入的不確定度分量

對齒輪軸硬度進行重復(fù)性測試，在不同位置對同一試樣齒輪軸進行m=10次的獨立測量，數(shù)值見下表1，然后計算出每組測量的單次測量實驗標(biāo)準(zhǔn)差s（i）。

表1 10點不同位置獨立測量硬度值h （單位：HRC）

[s（i）=i=110（hi-h）210-1]=0.276HRC

GB/T230.1-2004《金屬洛氏硬度試驗 第一部分：試驗方法》第一部分規(guī)定，在每個試樣上的測試點數(shù)取4點（第一點不計），用3點測量值算術(shù)平均值給出測量結(jié)果。所以測量重復(fù)性引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

[UA=s（i）3=0.276HRC3=0.16HRC]

自由度[VA]=10-1=9

3.3 計算硬度計示值測量誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

查閱KH3000A型自動數(shù)顯洛氏硬度計的檢定證書，硬度計示值的最大允許誤差為±1.5HRC，檢定合格，被測量的可能值服從矩形（均勻）分布，包含因子[k1=3]，區(qū)間半寬度[a1]=1.5HRC，所以，硬度計示值測量誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：

[u1=a13=1.53]HRC=0.866HRC

3.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

不確定度分量[UA]和[u1]互不相關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)不確定度采用方和根方法合成，則：

[uc=uA2+u12=0.162+0.8662=]0.88HRA

3.5 擴展不確定度評定

因為標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u1]和[uc]沒有自由度信息，根據(jù)ISO/IEC GUIDE 98-3-2008《測量不確定度——第3部分：測量中不確定度的表示指南》（GUM：1995）和JJF1059.1-2012（測量不確定度評價與標(biāo)示）建議，取包含因子k=2，擴展不確定度提供P≈95%的包含概率。硬度測量結(jié)果的擴展標(biāo)準(zhǔn)不確定度U為：

[U=k?uc]=2·0.88HRC=1.76HRC≈1.8HRC

4 不確定度對符合性聲明產(chǎn)生影響的討論

齒輪軸的洛氏硬度值的符合性評價在很多情況下受不確定度的影響。

齒輪軸的洛氏硬度實測值：h=45.5HRC，在不考慮洛氏硬度值測量不確定度的情況下，是可以作出符合性評價的（圖紙要求洛氏硬度值為≥45HRC），即合格，但這樣的符合性評價檢驗檢測機構(gòu)要承擔(dān)風(fēng)險。如果考慮到洛氏硬度值測量結(jié)果的擴展標(biāo)準(zhǔn)不確定度U，齒輪軸的洛氏硬度的測量結(jié)果為h=（45.5±1.8）HRC=（43.7～47.3）HRC，也就是說，對同一產(chǎn)品的不同次檢測，其檢測結(jié)果都落在h=（43.7～47.3）HRC范圍內(nèi)，而該齒輪軸的洛氏硬度值要求為≥45HRC，在這種情況下，如果檢測結(jié)果落在（43.7～<45）HRC，符合性評價是不合格的，如果檢測結(jié)果落在（45≥～47.3）HRC，符合性評價是合格的，也就是說，對該齒輪軸硬度進行重復(fù)測量，有時檢測結(jié)果可能落在合格區(qū)域，有時可能落在不合格區(qū)域，這種情況是隨機的，是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的。因此，在這種情況下，是不能給出齒輪軸的硬度值的符合性評價，除非在客戶與實驗室之間的協(xié)議或?qū)嵤┮?guī)范或規(guī)范中可能已聲明其采用方法準(zhǔn)確性是足夠的，且在判定符合性時，可以忽略不確定度，才能對齒輪軸的硬度值進行符合性評價。

也不是說考慮硬度測量結(jié)果的擴展標(biāo)準(zhǔn)不確定度U時，就都不能做出符合性評價。假設(shè)這個齒輪軸的洛氏硬度實測值：h=43.1HRC，考慮到洛氏硬度測量結(jié)果的擴展標(biāo)準(zhǔn)不確定度U=±1.8HRC，齒輪軸的洛氏硬度的測量結(jié)果為h=（41.3～44.9）HRC，而該齒輪軸的洛氏硬度值要求為≥45HRC，在這種情況下，即便考慮測量值的不確定度，也是可以給出齒輪軸洛氏硬度值的符合性評價，齒輪軸的洛氏硬度值不合格;假設(shè)齒輪軸的洛氏硬度實測值：h=46.9HRC，考慮到硬度測量結(jié)果的擴展標(biāo)準(zhǔn)不確定度U=±1.8HRC，齒輪軸的洛氏硬度的測量結(jié)果為h=（45.1～48.7）HRC，而該齒輪軸的洛氏硬度值要求為≥45HRC，在這種情況下，可以給出齒輪軸洛氏硬度值的符合性評價，齒輪軸的洛氏硬度值合格;只有在考慮到擴展標(biāo)準(zhǔn)不確定度U的情況下，檢測結(jié)果的范圍包含標(biāo)準(zhǔn)界限值時，不能做出符合性評價。

5 結(jié)論

綜上所述，當(dāng)洛氏硬度檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)界限值有一定的差距時（這個差距是多大，需自己在實踐中摸索出），可以不用計算測量值的不確定度，直接做出符合性評價;但如果檢測結(jié)果為臨界值時，一定要給出檢驗結(jié)果的不確定度，不能輕易做出符合性評價。只有在客戶與實驗室之間的協(xié)議或?qū)嵤┮?guī)范或規(guī)范中可能已聲明其采用方法準(zhǔn)確性是足夠的，且在判定符合性時可以忽略不確定度，才能直接作出符合性評價。

參考文獻

[1]ISO/IEC GUIDE 98-3-2008《測量不確定度—第3部分：測量中不確定度的表示指南》（GUM：1995）

[2]JJF1059.1-2012 《測量不確定度評定與表示》

[3]CNAS-GL27：2009聲明檢測或校準(zhǔn)結(jié)果及與規(guī)范符合性的指南

[4]CNAS-GL05：2011測量不確定度要求的實施指南

[5]GB/T230.1-2004金屬洛氏硬度試驗 第一部分：試驗方法

作者簡介

張超，高級工程師，輕工機械設(shè)計及制造專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，主要從事實驗室管理方面的工作。

（責(zé)任編輯：張曉明）