40Cr13 不銹鋼板維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）

所有的測量結果都具有不確定度[1]，測量過程中的隨機效應及系統效應均會導致測量不確定度，測量不確定度通常由測量過程的數學模型和不確定度的傳播率來評定[2]。測量結果的不確定度反映了對被測量之值的認識不足，借助于已查明的系統效應對測量結果修正后，所得的只是被測量的估計值，而修正值的不確定度以及隨機效應導致的不確定依然存在。通過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，對提高測量準確度很有實際意義。硬度是金屬材料機械性能的一項重要指標。文章對40Cr13 不銹鋼板的金屬維氏硬度（HV0.3）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 概 述

1.1 測量依據

GB/T4340.1-2009《金屬材料維氏硬度試驗第1部分：試驗方法》[3]

GB/T4340.2-2012《金屬材料維氏硬度試驗第2部分：硬度計的檢驗》

GB/T4340.3-2012《金屬材料維氏硬度試驗第3部分：標準硬度塊的標定》

1.2 環境條件

根據GB/T4340.1-2009 試驗方法標準的規定，實驗室溫度符合標準要求的10℃～35℃，本次試驗的溫度為24℃，相對濕度58%。

1.3 測量設備

本次試驗采用的測量設備是DM-2D 顯微維氏硬度計，儀器經過計量部門檢定合格，其準確度滿足標準GB/T4340.2-2012 的規定。本次試驗選用的試驗力為28.4N，保荷時間10s。

1.4 試驗樣品

本次試驗的樣品是40Cr13 不銹鋼板。

1.5 測量過程

根據標準GB/T4340.1-2009，在規定的環境條件下，對試樣借助于計量合格的維氏硬度計，選用方法標準規定的合適的試驗力和壓頭下降速度，采用標準規定的試驗力保持時間，儀器自動計算得出維氏硬度值。

2 不確定度的來源

維氏硬度計的不確定度主要來源于標準硬度塊測量硬度計、測量重復性的不確定度、標準硬度塊均勻性、最大允許誤差、測量系統壓痕分辨力以及修約引起的不確定度。

3 不確定度分量的評定

3.1 用標準硬度塊（764HV0.3）測量硬度計的平均值的標準不確定度

嚴格按照標準GB/T4340.1-2009 規定的方法在標準硬度塊上重復進行5 次測量，其原始測量數據見表1。

表1 試驗重復性測量數據機計算結果

檢定結果的標準偏差用極差法計算，SH=R/C（R是極差，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：

3.2 對試樣測量重復性的標準不確定度

40Cr13 不銹鋼板試樣用維氏硬度計檢測的平均值的標準不確定度uH如表2 所示：

表2：40Cr13 不銹鋼板試樣測量數據及計算結果

對40Cr13 不銹鋼板試樣重復測量的標準偏差用極差法計算，當n=5 時，極差系數C=2.33，

評定單次測量的標準不確定度為Ux=Sx=20/2.33=8.58。

3.3 標準硬度塊的標準不確定度UCRM

根據標準GB/T4340.3-2012，對于HV0.2～HV5范圍內，當標準塊硬度值＞225 時，標準硬度塊均勻度的最大允許值為2.0%，則：

3.4 最大允許誤差下的標準不確定度

根據標準GB/T4340.2-2012，764HV0.3 硬度下Erel=±4%，則：

3.5 測量系統壓痕分辨力的標準不確定度

根據標準GB/T4340.2-2012，壓痕0.040≤d≤0.200mm 時，測量裝置分辨力±0.5%d，

3.6 修約引起的標準不確定度

當HV 大于100 時，修約區間為1.0，服從均勻分布，區間半寬則標準不確定度

4 擴展標準不確定度

因引入的不確定度分量彼此獨立不相關，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：

5 測量結果及其不確定度

試樣的維氏硬度測得值為698.4HV0.3，測得值相對擴展不確定度為Urel=42.82HV，k=2。修約后的測量結果

6 結 論

從不確定度的評定計算分析可知，維氏硬度計的精確度是引起不確定度的重要因素，由標準硬度塊引入的不確定度和測量重復性引入的標準不確定度都不可忽視，壓痕測量系統分辨力引起的標準不確定度較小，而修約引起的標準不確定度很小，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。