布氏硬度不确定度评定

　　0　引言

　　国际标准化组织(ISO)于1993年正式发布的“测量不确定度表示指南”,已成为测量不确定度方面的权威性文件。测量数据是计量技术机构和产品质量检验机构以及各类检测机构的主要依据,没有给出不确定度的测量数据是没有意义的也是无法使用的。本文尝试用现代不确定度评定方法对布氏硬度不确定度进行评定,不妥之处请指正。

　　1　布氏硬度的基本概念

　　布氏硬度是指用一定直径的淬火钢球(硬质合金球),以规定的负荷压入试样表面,保持至规定时间后卸除负荷,测量试样压痕的表面积,计算出布氏硬度值,该值是以试样压痕表面积的试验力表示:

　　布氏值定义公式:

　　式中,F为试验负荷;S为压痕面积。

　　式(1)经推导即可得到实际中使用的布氏硬度

    计算公式:

　　式中,F为试验力;D为钢球(硬质合金)直径;d为试样压痕直径;

　　2　布氏硬度基准不确定度评定

　　方差和传递因子

　　u2=cF2uF2+cD2uD2+cd2ud2+2γ1cfcdufud+2γ2cdcdudud+2γ3cfcdufud

　　式中,u为合成标准不确定度(相对);uF为力值标准不确定度(相对);uD为钢球直径标准不确定度(相对);,ud为压痕直径标准不确定度(相对);γ1=1,γ2=1(理论和实践表明试验力与压痕和钢球(硬质合金)压头与压痕相关,就目前条件,无法用试验确定此值,为更信任取γ1=γ2=1,此值很可能过于保守);γ3=0力值与钢球(硬质合金)压头无关。

　　式中,δF为试验力标准不确定度(绝对)

　　式中,δD压头标准不确定度(绝对)

　　式中,δd压痕标准不确定度(绝对)

　　理论和实践表明压头入试块速度和保持时间在规定的范围内对硬度值影响甚小,由此带来的不确定度分量可忽略。

　　布氏硬度国家基准有五个标尺,本文以HBS(W)10/3000和HBW(W)2·5/187·5两个标尺为例进行评定,其它标尺可参照评定。

　　2·1　HBS(W)10/3000标尺的不确定度评定:

　　2·1·1　传递因子

　　HBS10/3000标尺所用的钢球直径D=10mm、压痕直径d=4·3775mm来源于某次试验(表2)将D=10mm,d=4·3755mm代入(a)、(b)、(c)得传递因子:

　　2·1·2　试验力标准不确定度uF:

　　经检定试验力不确定度为0·1%按均匀分布

　　2·1·3　压头直径标准不确定度uD:

　　根据标准布氏硬度块检定规程《JJG147-1991》表2中规定,10mm球允差±0·003mm,转换成相对标准不确定度,按均匀分布,

　　2·1·4　测量压值痕直径标准不确定度ud:

　　(a)测量重复性标准不确定度uCF:对一个压痕进行重复性测量5次,每次重新对焦距,两垂直方向重新测量并取其平均值: