ISO6507金属材料维氏硬度试验方法的测量不确定度评定实例

　　0 引言

　　随着硬度试验方法的不断健全和完善，依据和参照的国际标准也日渐成熟和规范，国际标准在明确试验方法的同时也给出了测量不确定度评定方法，使得标准更加清晰和实用，ISO6507 金属材料维氏硬度试验方法就是一个典型的例子。在此标准的第一部分附录 D 中，明确给出了测量结果的两种不确定度的评定方法和步骤，一是简化的方法，即不考虑硬度计的系统误差而采用极限误差的计算方法，二是考虑系统误差的计算方法。本文将对两种评定方法分别进行介绍。

　　1 维氏硬度量值传递系统图

　　根据维氏硬度量值传递系统图 (如图 1)，当采用间接校准的方式进行不确定度评定时，传递过程中的每一环节都是对测量结果的不确定性有贡献的因素，本文将针对用维氏硬度计校准维氏硬度试样这一环节测量结果的不确定度进行实例评定。

　　2 评定实例

　　2. 1 试验过程描述

　　首先用 186 HV5 的标准硬度块对维氏硬度计进行校准，两 次 测 量 结 果 的 硬 度 值 分 别 为 186. 1，188. 6，187. 1，187. 8，189. 5 和 186. 2， 188. 2，186. 5，187. 2，189. 8，之后再用该硬度计进行某试样的校准，校准结果的硬度值分别为 188. 0，189. 8，191. 4，190. 9，189. 2，下面将对试样测量结果的不确定度进行评定。

　　2. 2 数学模型

式中:YHV为维氏硬度实际值，HV;XHV为维氏硬度测量平均值，HV;F 为试验力，N;d 为两压痕对角线长度d1和 d2的算术平均值，mm;δE，δb，δCRM，δH，δx，δms为测量过程中产生的各项误差，HV。

　　2. 3 不确定度来源及标准不确定度计算

　　当用维氏硬度计校准维氏硬度试样时，测量结果的不确定度来源包括以下几个方面:

　　2. 3. 1 硬度计示值最大允许误差引入的标准不确定度 uE(方法一)

　　该方法不用考虑硬度计的系统误差，而直接引入硬度计示值的最大允许误差。已知标准硬度块的标准值为 186 HV5，根据 ISO6507 - 2: 2005 Table 5 中的规定，此硬度值范围内，硬度计示值的最大允许误差为 ±3%，则

其中，系数 2. 8 为评定矩形分布下的标准不确定度的系数。

　　2. 3. 2 硬度计示值误差引入的标准不确定度 ub(方法二)

　　该方法为用标准硬度块校准硬度计时得到的硬度计示值误差，即采用硬度计系统误差进行不确定度评定的方法，通常可以获得小于方法一的不确定度。根据试验过程描述，利用两次标准硬度块校准硬度计得到的数据，可以计算出:

　　本例为硬度计长期稳定性可忽略的情况，如硬度计系统误差较难获得，即稳定性影响需要考虑时，有必要增加 nm的测量次数。如果0. 8uE，2r< b < 1. 0uE，2r，则 CRM 和试样之间的硬度值关系应该被考虑。