Q235鋼抗拉強度測量不確定度評定

劉佳興, 李葉平, 謝先嬌

[國家焊劑產品質量監督檢驗中心(湖南)， 永州 425000]

金屬材料的力學性能主要取決于所用材料本身的組織結構及化學成分,在金屬材料力學性能的有關試驗中，拉伸試驗是最為重要的,同時也是評價金屬材料力學性能最有效和最常用的一種方法，拉伸試驗能夠較為準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。金屬材料拉伸試驗屬于破壞性試驗的一種，由于其具有不可重復性，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得到的數據具有相當的分散性。為了全面評估試驗數據，從而對材料作出適當的評價，有必要對試驗得到的數據進行不確定度評定[1-5]。按照拉伸試驗的基本要求，對Q235鋼(抗拉強度Rm=580 MPa)進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度。

1 試驗依據與試驗原理

依據GB/T 228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》的要求 ，在規定環境條件(試驗溫度23 ℃±5 ℃)下，選用精度優于1級的試驗機在規定的加載速率下，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，從而得到抗拉強度Rm。

2 數學模型

抗拉強度的數學模型如下

(1)

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

3 測量相關參數

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

4 不確定度來源分析

依據金屬材料抗拉強度的試驗過程，認為抗拉強度測量不確定度的來源主要包括：①試驗機精度引入的不確定度分量，微機液壓萬能試驗機精度±1%；②試樣重復性檢測引入的不確定度分量，通過大量重復試驗可以得出；③試驗結果數據修約引入的不確定度分量，試驗結果數據修約到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果會有影響，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 試驗機精度引入的不確定度分量urelf

5.2 試樣的重復性檢測引入的不確定度urels

表1 Q235鋼抗拉強度試驗結果Tab.1 Tensile strength test results of Q235 steel MPa

計算出標準不確定度S及相對標準差RSD。

5.3 試驗結果數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 相對擴展不確定度

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

8 測量不確定度報告

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