CSM 01010201-2006 金属材料室温拉伸试验 测量结果不确定度评定.pdf

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1、中国金属学会推荐技术和方法CSM 01 01 02 01 2006 金属材料室温拉伸试验测量结果不确定度评定发布日期：2006-04A节、ffF乎？阔叶均吕二睛一蹦J郁葱蟠部J革中国金属学会分析测试分会发布CSM01 01 02 01-2006 前言1995年ISO等7个国际组织共同颁布了测量不确定度表示指南简称GUM）。我霞在1999年等同采用GUM，颁布了JJF1059-1999测量不确定度评定与表示，对测量不确定度评定和表示的通用规则作了规定。GB/T 15481一2000,ISO 17025: 2005检测和校准实验室能力的通用要求以及CNAL/AC01: 2005检测和校准实验室能力

2、认可准则等技术管理标准中对那景不确定度的评定和表示均有明确的要求。中国实验室国家认可委员会还专门旗布了CNAL/AR 11: 2006测量不确定度政策和CNAL/AG 06:2003测量不确定度政策实施指南两个文件，为贯彻JJF1059-1999测量不确定度评定与表示国家计最技术规范明确了要求。金属力学性能是金属在力作用下所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及应力应变关系的性能。由于作用力特点的不间，如力的种类、施力方式、应力状态等的不同，以及所处环境的不同，使金属在受力后表现出各种不同的行为。在诸多影响因素中，有些因素对性能的影响比较容易量化，有些则不然。金属力学试验那量结果不确定度评定的专业性

3、和针对性很强。它不仅要求有W!I景不确定度的理论和必要的数学基础知识，还需要掌握试验方法和试验标准，了解设备的计量检定规珉，以及标准物质等综合知识，这些更增加了金属力学试验测量结果不确定度评定的难度。中国金属学会分析测试分会根据CNAL/AR 11: 2006测量不确定度政策中“遵循国际规范的相关要求，与国际相关组织的要求保持一致”和“目标明确、重要先行、循序渐进”原那编写了中固金属学会推荐方法”金属力学试验测最结果不确定度评定系列实例，内容包括：金属材料室温拉伸试验测量结果不确定度评定、金属拉伸杨氏模最（静态法测量结果不确定度评定、钢绞线弹性模量测量结果不确定度评定、金属薄板和薄带塑性应变比

4、（r值）测量结果不确定度评定、金属夏比冲击试验测量结果不确定度评定、金属洛民硬度试验CHRC）酒量结果不确定度评定、金属布民硬皮试验测量结果不确定度评定、金属维氏硬度试验测量结果不确定度评定和金属里氏硬度试验测量结果不确定度评定等9篇，这些实例可为实验室中从事力学试验测量结果不确定度评定研究和具体实践工作的专业人员提供参考。本篇实例介绍了金属材料室温拉伸试验测量结果不确定度评定的方法，内容包括抗拉强度、下崩服强度、规定非比例延伸强度、断后伸长率、断面收缩率等性能指标。本方法由中国金属学会分析测试分会提出。本方法技术自口单位为中国金属学会分析测试分会。本方法起草单位z钢铁研究总豌国家钢铁材料测试

5、中心。本方法主要起草人：邓星i院、梁新邦。I CSMOl 01 02 01 2006 1 被视i对象金属材料室温拉伸试验那量结果不确定度评定评定低碟保合金钢板以三个试样平均结果的拉伸强度和塑性指标的不确定度。2 引用文献JJF 1059-1999 测量不确定度评定与表示JJG 139-1999 拉力、革力和万能试验机检定规程GB/T 228-2002金属材料室温拉伸试验方法万F1103-2003 万能试验机计算机数据采集系统评定JJG 144-1992 标准测力仪检定规程GB/T 12160-2002 单轴试验用引伸计的标定ISO 6892: l998(E) Metallic material

6、s-Tensile t巳stingat ambient temperature CNAL T0156 金属室温拉伸试验能力验证计划结果报告3 试验条件室温1oc3sc.4 测量基准试验机的检定是按照JJG139-1999进行的。使用o.3级标准测力仪进行拉伸试验机的检定。5 测量过程使用岛津UFT-50A拉伸试验机，配LZC-2拉伸自动测试系统。试验机为一级准确度。加工成直径缸Omm，标距50mm野、纹连接的标准试样，按照GB/T228-2002进行试验。一共使用25个试样，得到挺量列。6 评定结果的使用在室温条件下同强度水平塑性较好的碳钢和低合金钢抗拉强度和下屈服强度的测量结果，可参照本评定

7、结果；规定非比例延伸强度及断后伸长率、断面收缩率的不确定度与具体数据关系密切，本文只是提供不确定度评定的方法。7 数学模型和输入量的栋准不确定度评定7. 1 对试样进行甜最重复性引起的标准不确定度分项u(rep）的评定一共使用25个试样，得到测量列，测量得到的结果见表lo其醋量的特殊性是同一点不可能重复测量，所以翻量包含了试样均匀度的影响。因此，要求有性能稳定的试样，是进行不确定度评定的先决条件。采用A类方法进行评定。实验标准偏差按贝塞尔公式计算z1 CSMOl 01 02 01-2006 其中：序号5豆CX;-X)2 n-l 果结量V血洒n2问MMIn怕一一复一X重表试样直径di= 断后伸长

8、率断面收缩率A/% I Z/% 1 10.00 24. 2 4 俨anb7一8qu10 口uu14 日M一刀18 9.99 9.99 24. 7 10.01 24.8 10.00 25.6 10.00 616.3 509. 7 510. 0 24.2 10.00 608. 3 495.3 495.3 26.1 9.99 603.0 506.5 506.5 25.6 10.0l 611. 6 507.6 506.3 25. 7 10.00 611. 4 503.9 503.8 24.8 76.9 4.08 6.82 6.55 0.93 2.93 19 20 21 22 23 24 25 平均值标

9、准偏差s,注2由于试样由钢板加工而成，断口显示出明显的各向异性，断商收缩率的结果不理想，故未给出原始数据为了作为例子计算断窗收缩率的不确定度，只给出了测量平均值和标准偏差。2 CSM01 01 02 01一2006甜最重复性的计算结果见表2025个试样的试验结果不必再乘安全因子。本倒评定三个试样测量平均值的不确定度（为了能与能力验证的评定结果可比较），故应除以J言。u(rep) 元表2标准偏章是及u(rep）的计算结果项白抗拉强度下屈服强度规定非比例延伸强度Rm R.i RP0.2 实验标准差s,4. 08 N/mm2 6. 82 N/mm 6. 55 N/mm u(re） 2. 356 N/

10、mm2 3. 938 N/mm 3. 782 N/mm2 乌.i(rep)/%0.386 0.782 0. 750 7.2 锥入最B类、合成和扩展不确定度的评定7. 2. 1 抗拉强度数学模型如下式所示：R田口去断后伸长率A o. 93% 0. 539% 2.165 Ucre1 (Rm) = J牛马（r在十u（F.皿）十u(Sa)+.-uf.i(off) 式中zRm一一抗拉强度zF皿一一最大力；Sa一一原始横截面积zrep一一重复性；off修约。7. 2. 1. 1 最大力Fm的相对标准不确定度分项u时（Fm）的评定断面收缩率z 2.93% 1. 692% 2.198 影响最大力的主要因素是试

11、验机测力系统示值误差带来的不确定度，其次是标准翻力仪的不确定度和计算机数据采集系统带来的不确定度。认为室温温度带来的影响不大，其影响可以忽略不计。通过改变应变速率试验，在标准允许范围内未发现店变速率对此材料性能的显著影响。(1）试验机测力系统示值误差带来的相对标准不确定度u时CF1)1. 0级的拉力试验机示值误是为士1.0%，按均匀分布考虑k.言，则z1. 0% Ure1 CF1) = ；：z0. 577% .J3 (2）标准视！力仪的相对标准不确定度Ure1（几使用0.3级的标准割力仪对试验机进行检定。JIG144-1992中没有直接给出标准测力仪的不确定度和最大误楚。而是给出了R=O.3%

12、。那其相对标准不确定度为：R 0 3 O/ 1 时CF2）口一一一口一一一= 0.106 0 2. 83 2. 83 (3）计算机数据采集系统带来的相对标准不确定度ure1(Fa) 根据JJF1103-2003计量技术规范田中给出，计算机数据采集系统所引人的日类相对标准不确定度为o.21。一2:Ure1(F3) = 0. 2% 注s在不采用数据自动采集系统时，应考虑读数的分辨力。读数的分辨力的标准不确定度分项为z读数分辨力的工2再除以./3C按均匀分布考虑）。3 CSM01 01 02 01-2006 数字式显示装置的分辨力为末位的一个数码；模拟式显示装置的分辨力通常为标尺分度的一半。(4）最

13、大力的相对标准不确定度分项Ure1(Fm) U时CFm)= JuCF1）十u（凡）十u（凡）= ./(0. 577%)2十co.106%)2十co.2%)2 = 0. 620% 7. 2. 1. 2 原始横截面积品的相对栋准不确定度分项u时（So）的评定根据GB/T228-2002标准剖中给出，测定原始横截商积时，测量每个尺寸应准确到士0.5%。根据GB/T228 在抗拉强度611.4 7. 2. 1. 4 抗拉强抗拉强度的co. 3 7. 2. 1. 5 抗拉强度的相对扩展不取置信概率乡95%，按kp=2叫运理扭捏制严相对扩展不确定度U9sre1 CRm）口kp Ucre1 (Rm) =2

14、0. 960%=1. 9% 7.2.2 下屈服强度数学模型如下式所示：R FeL - eL - So ucre1 (ReL) = ,/u (rep）十u（FeL）十uCSo）十u（off)4 式中zReL一下屈服强度zFeL一一下屈服力zSo一原始横截面积5re一一意复性zoff5时修约。7. 2. 2. 1 下屈服力F乱的棺对标准不确定度分项u时（Fer.）的评定CSM01 01 02 01-2006 影响下屈服力的主要因素是试验机邵力系统示值误差带来的不确定度，其次是标准邵力仪的不确定度和计算机数据采集系统带来的不确定度。通过改变应变速率试验，在标准允许程围内未发现应变速率对此材料性能的显

15、著影响。下屈服力F乱的相对标准不确定度分项Ure1CF.）的评定与最大力Fm的相对标准不确定度分项Ure1(Fm）的评定步骤相同。评定过程见7.2.1.1)7. 2. 2. 2原始槌截面积冉的原始横截面积相对不根据GB/T228 在下屈服强度503.标准7.2.2.5 取置信概率p=95%相对扩展不确定度Ussre1 7.2.3 规定非比例延伸强度数学模型如下式所示：R Fp - P - So Ucre1 (Rp) = ./u (re）十u（Fp）十u（So）十u（off)式中zRP一一规定非比例延伸强度sFp一一一规定非比例延伸力；So原始横截面积；rep一重复性Eoff一一修约。确定度%5

16、 CSM01 01 02 01-2006 7. 2. 3. 1 规定非比例延伸力凡的相对标准不确定度分项u时（Fp）的评定影响规定非比例延伸力的主要因素是试验机测力系统示值误盖带来的不确定度Ure!(F1），其次是标准邵力仪的不确定度u,.1CF2）、计算机数据采集系统的不确定度u时CFa）和引伸计误整对力值带来的不确定度u时CF.）。通过改变应变速率试验，在标准允许范围内未发现应变速率对此材料性能的显著影响。规定非比例延伸力凡的相对标准不确定度分项Ure!(Fp）根据下式评定：U时（Fp)= ,/uCF1）十uCF2）十uCFa）十uCF.)从GB/T228-2002标准中得知，规定非比例延

17、伸力是按如下方法得到的：在力但延伸曲线留上，划一条与曲线的弹性直线段部分平行，且在延伸轴上与此直线的距离等效于规定非比例延伸率o.2%的直线。此平行线与曲线的交截点给自相应于所求规定非比例延伸强度的力。由于无法得到力延伸曲线的数学表达式，我们不能准确地得到引伸计测量应变的相对标准不确定度U时C.）与力值的相对标准不确定度u时CF.）之间的关系。为得到两者之间的近似关系，通过交截点与曲线作切线，与延伸轴的交角为。则引伸计扭！最应变的相对标准不确定度u时C.）与引伸计对力值带来的柜对标准不确定度u时CF.）近似符合下式zUre1 CF.) = tg. Ure1 C&.) 1级引伸计的相对误差为土1

18、%，按均匀分布考虑，则Ure1C.）口L旦z0.577 ,J3 D.F 在实际操作中角与坐标轴的比例有关，tgil，本例中在交截点三王句0,则D.F Ure1 CF.）口互L Ure1C.）句OU时（Fp)= ,/uCF1）十uCF2）十uCFa）十uCF.)= o. 620% 7. 2. 3. 2 原始横截面积品的梧对栋准不确定度分项urelCSo）的评定原始横截商积招对不确定度与7.2.1.2相同zUre1 (So) = 0. 578 % 7. 2. 3. 3 倍约带来的相对标准不确定度分项根据GB/T228一2002规定，在200NI皿m21ooo NI皿皿2数值范围中，修约间隔为5N/

19、mm2。在规定非比例延伸强度503.8 N/mm2水平，按均匀分布，修约带来的相对标准不确定度分项z5/503. 8 Q/ U时（off)：一一一7= o. 286% 2 ,J3 7. 2. 3. 4 规定非比例延伸强度的相对合成不确定皮规定非比例延伸强度的相对标准不确定度分项汇总见表5。表5规定非比锦延伸强度的相对栋准不确定度分项汇总标准不确定度分项不确定度来源相对标准不确定度%目叫（rep)测量重复除0. 750 缸时(Fp)规定非比例延伸力0.620 urei CSo) 试样原始横裁面积0.578 U时（of修约0.286 相对合成不确定度zUcre1 (Rp）口，u(re）十u(Fp）

20、十uCS）十uf:iCoff)口.CO.750%)2十co.620%)2十（0.578%)2十（0.286%)2 = 1.17% 6 CSM01 01 02 01-2006 7. 2. 3. 5 规定非比例延伸强度的相对扩展不确定度取置信概率乡95%，按kp口2相对扩展不确定度U附c1CRp)=kpu时（Rp）口21.17%=2.3% 7.2.4 断后伸长率数学模型如下式所示：L一一LL一一A 式中：A一一断后伸长率；Lo一原始标距ELu断后标距。GB/T 228-2002 L。与Lu两个量相关协调。GB/T228一断后伸长CLuL。不确定度时公式测囊谊准确到土0.25 IDillo由于显然与

21、Lu的测量无法998）标准11.1中，是规定际标准考虑。在评定测量显著影响。虽然误撞为主0.03分布考虑k.言，！显卡尺测量的示值可以忽略。按均匀按ISO6892: 199 飞伸长为12.4 mm，按均匀. 25 mm。本试验的平均（注z如果用一级引伸计测量，按7. 2. 4. 3 倍约带来的相对栋准不确定度分根据GB/T228一2002中第20章规定，斯后伸长率的修约间隔为o.5%。在24.8%水平，按均匀分布考虑，修约带来的相对标准不确定度分项：以off)旦旦z0.144% 2 .J3 0. 144% n/ Ure! (off) = 2召开z0. 581% 7. 2. 4. 4 珩眉伸长率

22、的相对合成不确定度断后伸长率的相对标准不确定度分项汇总见表607 CSM01 01 02 01-2006 表6断后伸长率的标准不确定度分项汇总标准不确定度分项不确定度来源相对标准不确定度%平均值U时（rep)测量重复性2. 165 A=24.8% U时（Lo)试样原始标距o. 577 Io口50mm 乌-el(Af_,) 断后伸长1.164 til,= 12. 4 mm UreJ (of. 修约0.581 相对合成不确定皮zUcre1 (A) = ,/u (rep）十u（Lo）十uC.iL5十uf:i(off)= ,/(2. 165%)2十（0.577%)2十（1.164%)2十co.581%

23、)2 =2. 59% 7. 2. 4. 5 断后伸长率的相对扩展不确定度取置信概率95%，按kp=2Ugsre1 (A) = kpu时CA)=2 2. 59% = 5.2% 7.2.5 断菌收缩事数学模型如下式所示zS一一百叫QU一一Z 式中zZ一一断面收缩率zSa一原始横截留积2Su断后最小横截面军只a公式中Su不独立，与S。相关性显著。断商收缩率一定时，S。为正误差时Su为正误差，反之亦然。所以下茵通常使用的合成标准不确定度公式不适用zN户，、f2u（y）口刀子LI u2 (x;) - i=i LO二Z:;J 近似按Sa与Su相关系数为1考虑。符合下式关系N N A”。仇）口c;u(x;)

24、J2口l是4叫“其中：c;=of/ax; 仇cs遛过改变应变速率试验，在标准允许范围内未发现应变速率对此材料性能的显著影响oUc(Z）口，u2(rep）十u（S。，Su）十u2(off)7. 2. 5. 1 原始槌截留积的标准不确定度分项u(So）的评定根据GB/T228-2002甜录B.4中的规定，那定藤始横截面积时，测量每个尺寸应准确到土0.5%。试样公称直径d=lOmm,So 1Ld2 = 78. 54 mm2 a Ure! (d) = = 0. 289 u阻1CSa) = 2 u时（d)= 0. 578% u(S0) = 78. 54 0. 578% = 0. 454皿四27.2.5.

25、2 断羁后横截面积的标准不确定度分项u(Su）的评定断后缩颈处最小直径测量是使用卡尺，由于断口配接存在一定困难，实际误差要大于量具的误差。8 CSM01 01 02 01-2006 GB/T 228-2002中19.1规定断裂后最小横截菌积的测定应准确到士2%，按均匀分布考虑：u，在1CSu)豆豆1. 155% .13 根据计算断后缩强处最小直径处横截面积平均为Su=18. 13 mm2 u(Su）口18.13 1.155% = 0. 209 m皿27. 2. 5. 3 修约带来的相对棕准不确定庭分项根据GB/T228一2002中第20章规定，断面收缩军事的修约间隔0.5%，按均匀分布考虑，修

26、约带来的标准不确定度分项zu(off) 巴丘0.144 2 .13 7. 2. 5. 4 断商收错事的相对合成不确定度断面收缩率的标准不确定度分项汇总见表70表7珩面收缩翠的标准不确定度分项汇总标准不确定度分项不确定度来源标准不确定度平均值u（ep) 测量重复性1. 692% Z=76. 9% 甜（S.)断裂后横截商积0. 209 mm2 s.=18.13 mm2 自（So)试样原始横截商积O. 454 mm2 S0=78. 54 mm2 u(of 修约0.144% % 句吨unU吃t响nu - 、JQd4mAm-J r、一。ounu一守1-aum -4 )o a f飞，uqdaA吃1mhun

27、Ag旦邓一一一一飞JS S f飞u 合成不确定度：= vl. 692%2十0.133%2十0.144%2 = 1. 70% 相对合成不确定度：1. 70% cre1 CZ) 旷丁百7= 2.21% 76. 9% 7. 2. 5. 5 断面收缩率的相对扩展不确定度取置信摄事95%，按kp=2相对扩展不确定度U附elc刀口kp矶时CZ)=22.21%=4. 4% 8 相对扩展不确定度结果汇总柜对扩展不确定度结果见表8表8相对扩展不确定度结果汇总% 抗拉强度U9sre1 (Rm) 下屈服强度Ugs时Re1.)规定非比例延伸强度U9sre1 (Rp) 断后伸长率U9sre1(A) 断面收缩率Ugs时（

28、Z)1. 9 2.4 2. 3 5.2 4.4 9讨论2004年到2005年由中面实验室国家认可委员会能力验证分技术委员会金属专业工作组和“中实CSM01 01 02 01 2006 国金”组织实施了CNALT0156金属室温拉伸试验能力验证计划。所使用的试样与不确定度评定使用的相同实际上不确定度评定的重复性试验就是试样均匀性检验的数据。参加能力验证的实验室有218个。以每个实验室二三支样品的平均值，采用稳健统计技术处理。以Z比分数评价实验室的能力。以iZI2为满意判据。满意结果数据分布范擂如下：Rm=620士14.8 N/mm2 Re1.=510士14.8 N/mm2 RP口510土14.8

29、 N/mm2 A=25.5%士1.5% 将统计的结果转换成相对关系，并与梧对不确定度评定的结果相比较，见表90表9能力验证满意数据分布范围与相对扩展不确定度评定的结果对照表项自R . Re1. RP 相对扩展不确定度Ussre1/%1. 9 2. 4 2.3 能力验证满意数据分布蔽窗%2. 4 2. 9 2.9 样本蠢(204) (114 (118) 参加能力验证的实验室数量足够多，其数据足以反映出被测量值分散性的实际情况。A 5. 2 5. 9 (208) 从表9中可看出Rm、Re1.和RP的满意数据分布范围略高于计算出的u.sre1o这可能是因为在考虑测量不确定度分量时，未能考虑试验机同轴

30、度等因素F也可能与一些试验机力值检定不能真正满足标准要求有关。总体上看，不确定度评定的结果基本上符合实际情况。10 OONFONO 翩翩0 户。时芮川中国金属学会推荐技术和方法金属材料室温拉伸试验剖量结果不确定度评定CSM 01 01 02 01-2006 * 中因标准出版社出版发行北京复兴口外三里河北街16号邮政编码：100045网垃电话：6852394668517548 中国标准出版社秦垒岛印刷厂印刷各地新华书店经销9舍印张1字数21千字2006年9月第一次印刷开本88012301/16 2006年9月第一版* 定价12.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话：（010)68533533书号：155066 2” 17241 CSM 01 01 02 01-2006