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.pdf

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1、eS黼中国金属学会推荐技术和方,-Z-CSM 01 01 02 012006金属材料室温拉伸试验测量结果不确定度评定发布日期：200604中国金属学会分析测试分会 发布刖 看CSM01 01 02 0120061995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)。我国在1999年等同采用GUM，颁布了JJF 1059-1999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。GBT 15481-2000，ISO 17025：2005检测和校准实验室能力的通用要求以及cNALAC 01：2005检测和校准实验室能力认可准则等技术管理标准中对测量不确定度的评

2、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颁布了CNALAR 11：2006测量不确定度政策和cNALAG os：2003测量不确定度政策实施指南两个文件，为贯彻JJF 1059-1999(测量不确定度评定与表示国家计量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一应变关系的性能。由于作用力特点的不同，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。金属力学试验测量结果不确定度评定的专业性和针对性很强。它不仅要求有测量不确定度的理

3、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范，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CNALAR 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”原则编写了中国金属学会推荐方法一金属力学试验测量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、金属拉伸杨氏模量(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(r值)测量结果不确定度评定、金属夏比冲击试验测

4、量结果不确定度评定、金属洛氏硬度试验(HRC)测量结果不确定度评定、金属布氏硬度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、下屈服强度、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。本方法技术归口单位为中国金属学会分析测试分会。本方法起草单位：钢铁研究总院国家钢铁材料测试中心。本方法主要起草人：邓星临、梁新邦。金属材料

5、室温拉伸试验测量结果不确定度评定CSM01 01 02 0120061被测对象评定低碳低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 10591999测量不确定度评定与表示JJG 1391999拉力、压力和万能试验机检定规程GBT 228-2002金属材料室温拉伸试验方法JJF 1103-2003万能试验机计算机数据采集系统评定JJG 1441992标准测力仪检定规程GBT 12160-2002单轴试验用引伸计的标定ISO 6892：1998(E) Metallic materials-Tensile testing at ambient temperatureC

6、NAL 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1035。4测基准试验机的检定是按照JJG 1391999进行的。使用o3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。加工成直径丸O mm，标距50 mm螺纹连接的标准试样，按照GBT 228-2002进行试验。一共使用25个试样，得到测量列。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

7、评定的方法。7数学模型和输入的标准不确定度评定71对试样进行测量I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1。其测量的特殊性是同一点不可能重复测量，所以测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：1CSM01 01 02 012006其中 耻吉圣x表1 重复性试验测量结果试样直径 抗拉强度 下屈服强度 规定非比例延伸强度 断后伸长率 断面收缩率序号dmm R。(Nram2) R也(Nram2) Rm z(Nmm2) A zl 1000 6101 5

8、046 5049 2422 1000 610 6 5077 5087 2423 lO00 6U6 4977 4979 25 44 1001 6145 5058 5059 2475 1001 6128 5038 5039 2486 1000 6070 5061 5053 287 lO 00 6198 5157 5157 2408 10 Ol 6lO3 5059 5056 2329 lOOl 6093 5036 5038 23410 lO00 617 8 5098 5098 236ll 1001 6127 5109 51l_3 23612 1001 6lO0 5110 5087 24 013 10

9、OO 6158 4909 691O 26Z14 1001 6038 4986 4986 25415 1000 6158 4992 4993 26016 100l 6155 5086 5087 25，617 1001 6091 4869 4873 26218 999 6087 507 3 5082 24O19 999 6118 5087 5043 24720 1001 6079 5003 5010 2482l 1000 6098 4969 4973 25622 1000 6163 5097 5100 24223 1000 6083 4953 4953 26124 999 6030 5065 50

10、65 25625 1001 6116 5076 5063 2S7平均值 1000 6114 5039 5038 248 769标准偏差s。 408 682 655 0 93 293注：由于试样由钢板加工而成，断口显示出明显的各向异性，断面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面收缩率的不确定度，只给出了测量平均值和标准偏差。2CSM01 01 02 012006测量重复性的计算结果见表2。25个试样的试验结果不必再乘安全因子。本例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)，故应除以播。“哪卜去衰2标准偏差殛u(rep)的计算结果抗拉强度 下屈服强度 规

11、定非比例延伸强度 断后伸长率 断面收缩率项 目R。 ReI Rvo 2 A Z实验标准差目 408 Nmmo 682 Nram 655 Nram2 093 293u(rep) 2356 Nmmz 3938 Nmm2 3782 Nm秆 0539 1692“。l(rep) 0386 0782 0750 2165 219872输入B类、合成和扩展不确定度的评定721抗拉强度数学模型如下式所示；R。一“。l(R。)一“毛(rep)+“k(f_)+：l(so)+“：1(off)式中：R。抗拉强度；f乙最大力；s。原始横截面积；re户重复性；0惨锅，7211 最大力F二的相对标准不确定度分项n一(F)的评

12、定影响最大力的主要因素是试验机测力系统示值误差带来的不确定度，其次是标准测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应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“rd(F。)10级的拉力试验机示值误差为士1o，按均匀分布考虑=i。则：。(F。)一生粤兰一05773(2)标准测力仪的相对标准不确定度“d(F2)使用03级的标准测力仪对试验机进行检定。JJG 1441992中没有直接给出标准测力仪的不确定度和最大误差。而是给出了R=O3。则其相对标准不确定度为：

13、(助=盎=等=0106(3)计算机数据采集系统带来的相对标准不确定度妯(F3)根据JJF 1103-2003计量技术规范B3中给出，计算机数据采集系统所引入的B类相对标准不确定度为0210：“(F3)一02 oA注：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：读数分辨力的12再酴以再(按均匀分布考虑)。3CSM01 01 02 012006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)最大力的相对标准不确定度分项“。-(F。)“。I(F。)一“备(F1)+“：l(F2)+“：l(F3)一(o577)2-F(o106

14、)2+(o2)。=06207212原始横截面积s。的相对标准不确定度分项“。(s。)的评定根据GBT 228 2002标准B4中给出，测定原始横截面积时，测量每个尺寸应准确到05。S一一1d2 4I(d)一哩i一02893s。的相对标准不确定度分项为：U。I(S。)一2“州(d)一20289一05787213修约带来的相对标准不确定度分项根据GBT 228-2002规定，在=200 Nmm21 000 Nram2数值范围中，修约间隔5 Nram2。在抗拉强度6114 Nram2水平，按均匀分布，修约带来的相对标准不确定度分项： (off)一掣一0236。2437214抗拉强度的相对合成不确定度

15、抗拉强度的相对标准不确定度分项汇总见表3。表3抗拉强度的相对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“州(rep) 测量重复性 0386“(F。) 最大力 0620“d(s0) 试样原始横截面积 0578“。1(Dff) 修约 0236相对合成不确定度“。叫(R。)一“毛(rep)+“毛(F_)+“毛(s。)+“毛(off) 一、何F丽巧丽fR瓦瓦可丽F瓦i雨玎厂干可-万丽一o9607215抗拉强度的相对扩展不确定度取置信概率p一95，按k。一2相对扩展不确定度u。；州(R。)一五。-(R。)=20960一19722下屈服强度数学模型如下式所示：PR。一!oO“。I

16、(R。L)一“(rep)+“毛(F。L)+“毛l(so)+“毛(of，)式中：R。下屈服强度；F。下屈服力；s。原始横截面积；4CSM01 01 02 012006rPp重复性；0卜一嗨如，7221 下屈服力F也的相对标准不确定度分项H叫(F乩)的评定影响下屈服力的主要因素是试验机测力系统示值误差带来的不确定度，其次是标准测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，在标准允许范围内未发现应变速率对此材料性能的显著影响。下屈服力F“的相对标准不确定度分项I(F。)的评定与最大力F。的相对标准不确定度分项z(F。)的评定步骤相同。(评定过程见7211)“。I(F。L)

17、一u毛l(F1)+u毛l(F2)+“2一(F3)一o6207222原始横截面积s。的相对标准不确定度分项“。(s。)的评定原始横截面积相对不确定度与7212相同：“。I(S。)一O5787223修约带来的相对标准不确定度分项根据GBT 228-2002规定，在200 Nramz1 ooo Nram2数值范围中，修约间隔为5 Nram2。在下屈服强度5039 Nmm2水平，按均匀分布，修约带来的相对标准不确定度分项： (off)一掣：o286237224下屈服强度的相对合成不确定度下屈服强度的相对标准不确定度分项汇总见表4。 。i圃皿可医标准不确定度分项 不确定度来谭 相对标准不确定度“(rep

18、) 测量重复性 0782“d(F。L) 下屈服力 0620“。l(s。) 试样原始横截面积 o578o(o，厂) 惨约 o286相对合成不确定度：“刊(ReL)=“毛(rep)+tl乙(F。L)十“羔(s。)+“!“(off)一、何F两巧西二取百丽西万二F瓦丽可丽(i百西移万一1197225下屈服强度的相对扩展不确定度取置信概率p一95，按k，一2相对扩展不确定度Us一(R。)一七。“删(R。L)一2119一24723规定非比例延伸强度数学模型如下式所示：FRP一芸oo“锹l(RP)一羔I(rep)十“乏l(FP)+“毛l(s。)+“：l(off)式中：Rr规定非比例延伸强度；Fr规定非比例延

19、伸力；5。原始横截面积；M户重复性；of强魄，CSM01 01 02 0120067231 规定非比例延伸力FP的相对标准不确定度分项H。(F，)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差带来的不确定度“。(F。)，其次是标准测力仪的不确定度“。(F。)、计算机数据采集系统的不确定度“。-(F3)和引伸计误差对力值带来的不确定度“。(只)。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FP的相对标准不确定度分项(FP)根据下式评定： U。(FP)一“石巧万干刁了瓦F石石万干i而从GBT 228-2002标准中得知，规定非比例延伸力

20、是按如下方法得到的：在力一延伸曲线图上，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02的直线。此平行线与曲线的交截点给出相应于所求规定非比例延伸强度的力。由于无法得到力一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“。t(L。)与力值的相对标准不确定度”。，(F。)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a。则引伸计测量应变的相对标准不确定度“。，(L。)与引伸计对力值带来的相对标准不确定度U。t(F。)近似符合下式：“。I(F。)=tga“。l(L。)1级引伸计的相对误差为土1，按均匀分

21、布考虑，则 “。l(L。)一二翟一05773在实际操作中a角与坐标轴的比例有关，tga一笠，本例中在交截点瓦AF。o，则 “。l(F。)一等Urd(L。)o“。l(F1)=“毛l(F1)+“毛(F2)+二(F3)+“砌2(F。)=06207232原始横截面积S的相对标准不确定度分项“。(s。)的评定原始横截面积相对不确定度与7212相同：rel(So)一o5787233修约带来的相对标准不确定度分项根据GBT 228-2002规定，在200Nmm21 000Nmm2数值范围中，修约间隔为5 Nram2。在规定非比例延伸强度5038 Nram2水平，按均匀分布，修约带来的相对标准不确定度分项：

22、(off)一螋一02862437234规定非比例延伸强度的相对合成不确定度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。裹5规定非比例延伸强度的相对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“一(rep) 铡量重复性 0750“d(FP) 规定非比例延伸力 0620“一(So) 试样原始横截面积 0578“刊(o，厂) 修约 0286相对合成不确定度：“(RP)=撕石瓦两了记丽i汀乏驭iF瓦尕孑万一以瓦丽可万1万西巧万了万丽万万可万丽巧伊一117CSM01 01 02 0120067235规定非比例延伸强度的相对扩展不确定度取置信概率P一95，按k。一2相对扩展

23、不确定度u蛳。I(Rr)-k。“帆。(RP)一21，1 7=23724断后伸长率数学模型如下式所示： A：蚰L0式中：A断后伸长率；L0原始标距；L。断后标距。GBT 228 2002规定，原始标距的标记L。应准确到l，L。的测量应准确到o25 mm。由于Lo与L。两个量相关，且相关系数接近1，如果L。一50 mm可以相差到05 mm显然与L。的测量无法协调。GBT 228-2002是等效采用ISO 6892：1998(E)，但在ISO 6892：l 998(E)标准111中，是规定断后伸长(L。一L0)的测量应准确到025 rnm。因此在不确定度评定中按国际标准考虑。在评定测量不确定度时公式

24、应表达为： L。一L。 Ln一1一_Lo L。此外，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。虽然L。与L。相关程度很强，但L与L。彼此不相关，则：“爪I(A)=“毛(rep)+“毛(L。)+“毛(xL)+H毛(off)7241 原始标距的相对标准不确定度分项“。(L0)的评定根据GBT 228 2002中第8章规定，原始标距的标记L0应准确到1，用数显卡尺测量的示值误差为o03 mm，对于50 mm长的相对误差为006，与原始标距的允许偏差比，可以忽略。按均匀分布考虑一3，则：“。I(L。)一些一o577437242 断后伸长的相对标准不确定度分项。(AL)

25、的评定按ISO 6892：1998(E)标准111中的规定，(L。一L。)的测量应准确到025 mm。本试验的平均伸长为124 mm，按均匀分布考虑k=3，则：“。(L)一坠堑=一116412443(注：如果用一级引伸计测量，按L一土1考虑)7243修约带来的相对标准不确定度分项H。(off)根据GBT 228-2002中第20章规定，断后伸长率的修约间隔为05。在248水平，按均匀分布考虑，修约带来的相对标准不确定度分项：“(off)“。I(off)7244断后伸长率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6。0144=0581删一圻巡删02吼一2CSM01 01 02 0

26、12006衰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。I(rep) 测量重复性 2165 百甚248“d(Lo) 试样原始标距 0577 Eo暑50mmUrel(L) 断后伸长 1164 L=124 mmm(o，) 修约 0581相对合成不确定度：“。1(A)一“毛(rep)+“毛(Lo)+“：1(L)+“备(off) 一以乏丽口西可万百万万qlr丽矿丽fR丽丽耵。 一2597245断后伸长率的相对扩展不确定度 取置信概率p=95，按k。一2U95fd(A)一k。Uerd(A)=2259一52725断面收缩率数学模型如下式所示： z一学式中：z

27、断面收缩率；s。原始横截面积；s。断后最小横截面积。公式中s。不独立，与s。相关性显著。断面收缩率一定时，s。为正误差时s。为正误差，反之亦然。所以下面通常使用的合成标准不确定度公式不适用：承，一封差zu2(x。)近似按s。与s。相关系数为1考虑。符合下式关系：承炉薹CiU c州=耋磬c叫2“：(，)一(砧2=I蚤挚(J其奇t c。一affBx。“s。，S。)一I妻“(So)一爵1州s。)|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。“。(z)一2(rep)+“：(so，s。)+(off)7251原始横截面积的标准不确定度分项u(So)的评定根据GBT 228-

28、2002附录B4中的规定，测定原始横截面积时，测量每个尺寸应准确到o5。试样公称直径d一10 mm，So一d27854 mm2。“。(d)一哗一02893“。I(So)一2rd(d)一0578u(So)一78540578=0454 mm27252断裂后横截面积的标准不确定度分项u(S)的评定断后缩颈处最小直径测量是使用卡尺，由于断1：3配接存在一定困难，实际误差要大于量具的误差。CSM01 01 02 012006GBT 228-2002中191规定断裂后最小横截面积的测定应准确到5=2。按均匀分布考虑：(s。)：些一11553根据计算断后缩颈处最小直径处横截面积平均为S。一1813 mm2“

29、(S。)一18131155一0209 mm27253修约带来的相对标准不确定度分项根据GBT 228-2002中第20章规定，断面收缩率的修约间隔05，按均匀分布考虑，修约带来的标准不确定度分项：“(off)=尝一0144 Vo7254 断面收缩率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7。表7断面收缩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 标准不确定度 平均值u(rep) 测量重复性 1692 Z一769(S。) 断裂后横截面积 0209 mm2 S。一1813 mm2M(S) 试样原始横截面积 0454 mrn2 墨一7854 k,Dm2U(off) 修约 0

30、144“s。S扣隆“(So)器0 454“(s。)I生塑fo13378 54u合成不确定度：U。(z)一扩(rep)+“：(So，S。)+“2(off) 一们1面糯F可可丽FRn砑一170相对合成不确定度： “z)=磁-2217255断面收缩率的相对扩展不确定度取置信概率声一95，按k，=2相对扩展不确定度 Us。，d(z)一矗XU l(Z)一2x221一448相对扩展不确定度结果汇总相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 下屈服强度 规定非比例延伸强度 断后伸长率 断面收缩事U，sm(Rm) U，5m(R。L) U，5村(RP) U。5“(A) 巩5m(z)19

31、24 23 52 449讨论2004年到2005年由中国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9CSM01 01 02 012006国金”组织实施了CNAL T0156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l zl2为满意判据。满意结果数据分布范围如下：R。一620士148 Nmm2R。L一510土148 Nmm2RP一510士148 Nmm2A=25515将统计的结果转

32、换成相对关系，并与相对不确定度评定的结果相比较，见表9。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，目 R。 R止 RP A相对扩展不确定度U。sm 19 24 23 52能力验证满意数据分布范围 24 29 29 59(样本量) (204) (114) (118) (208)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。从表9中可看出R。、RtL和R，的满意数据分布范围略高于计算出的u。一。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度等因素；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

33、符合实际情况。CSM 01 01 0201006盎爝材f审甜伸口嫩髑量结果j确定鹰评定0II I III I I I IIIl155066217241R_B：18 00 删中国金属学会推荐技术和方法金属材料室温拉伸试验测量结果不确定度评定CSM 01 01 02 012006*中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码：100045罔址wwwbzebscom电话：68523946 68517548中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销*开本8801230 116印张1字数21千字2006年9月第一版2006年9月第一次印刷*书号：1550662-17241定价18 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)68533533ooNI【0No【0【0_乏U2砒1nn丁nOm眦洲ZmB砒