探讨金属材料力学性能测试的不确定度评定

王学鹏

摘 要：测量材料的不确定度与探究其实际应用价值是质量实验体系中的一项重要内容，并且实验室对于材料力学性能的不确定度评定会专门配置有相关的程序。而在检验实验室中，对于金属材料力学性能测试的不确定度评定有着严格的要求，同时这也是一项被实验室认可的探究性实验工作。本文对金属材料力学性能测试不确定度的评定进行探讨，以期为金属材料的理化检验提供实践经验。

关键词：金属材料；力学性能测试；不确定度评定

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.219

1 前言

现阶段，针对金属材料力学性能测试不确定度评定的各种研究报道层出不穷，在这些研究报道中，金属室温拉伸试验与金属硬度试验是其中被频繁提到的两种测试。目前，出版了新的关于金属室温拉伸试验方法与硬度的一些试验标准，该标准以金属材料的不确定度评定实例做相关说明，然而在实际的评定过程中仍存在一些问题。本文主要对金属材料力学性能测试量的不确定度评定进行探讨，进而对金属材料力学性能测试做详细分类，再根据类别划分不同测量不确定度评定间的共同特征，从而为目前的金属材料力学性能测试的不确定度评定提供更多参考依据。

2 分类对象

在金属材料力学性能测试中，不确定度评定对象的分类主要有两种，一种可直接通过传感器、测量工具等确定，俗称直接量。例如，Fm（最大试验力值）可直接通过传感器取得的位移曲线直接测量出来；此外，断后标距Lu、试样断裂最小直径du也可以直接测量得到[1]。另一种则基于直接量上再通过复杂计算与分析后得到的量，俗称间接量，间接量是直接量基础上的再运算合成。例如Rm、Rp0.2、A、Z等就是间接量。维氏硬度（HV）和布氏硬度（HB）的最终硬度值，先采用压痕尺寸进行取值测量，再在测量值上计算获得，因HV值和HB值的计算公式中变量仅是压痕尺寸的测量取值量，而其余的数值都是常数，所以可将HV值和HB值等同于直接量。由此可方便HV值、HB值及洛氏硬度值能够根据统一不确定度评定标的准来评定。分类具体如下：一是直接量，包括Fm、Rp0.2、du、d0、a0、b0、HRC、HRB、HB、HV、KU2、KV2等。a0与b0用以表示矩形截面测试量，a0则表示试样的原始厚度，b0则表示试样长度原始宽度。二是间接量，包括Fm、Rp0.2、A、Z等。

3 评定方法

一般情况下，不确定度的评定方法可分为两种，包括A类、B类评定标准不确定度。而A类评定标准不确定度通常采用统计分析法对观测列的标准不确定度进行评定，在实际理化检验中较常用合并样本标准差、最小二乘法、极差法及塞尔公式这四种方式。B类评定标准不确定度不同于A类评定标准不确定度，B类主要按照大量已知信息进行不确定度的评定，例如，采用检定证书、校准证书、准确度等级、技术说明书给出的不确定度等，或者是根据以往对的测量数据、工作经验等进行评定。

此外，笔者根据自身对金属材料的不确定量评定的摸索，总结出一套全新评定材料不确定度的方案措施，总的来说，其评定方法是依据量值的变化规律以分类来评定材料的不确定度，进而构建为一套新型的评定方法。

3.1 直接量

从其构成而言，直接量是由测量过程、量值溯源、自身系统这三个部分的不确定度构成的，具体情况详见表1。

3.2 间接量

通常情况下，间接量的数据都是测试人员利用直接量的测试结果通过复杂公式运算出来的。一般来说，要想评定间接量的内容，测试人员可通过两个步骤实现。一是评定基本情况。对间接量、直接量的影响因素进行评价。二是运用公式进行运算，然后对全部不确定度进行整理[2]。研究表明，间接量是由四项力学性能构成，可结合圆形截面试验样本计算得到。倘若截面呈现举行，则可把u（d）变为u（a0）以及u（b0），详细情况见表2。

4 评估测量过程中的误差

通常情况下，测试数据具有直接量以及间接量这两大类型，其中前者的测试数据是后者展开工作的前提条件，对其测试结果产生直接影响。因此，探究直接量测试的可靠措施显得尤为重要[3]。对于直接量的测定，力学往往从这三个方面着手：一是测量基准，指的是测量的标定工具，会比一般的测量工具的精度等级要高，其测量精度属于最高级别。二是测量基准，这是针对工具来说的。三是测量工具。研究表明，工具的精度通常会明显低于基准。实际中，采用测量基准对测量工具进行检定时，会习惯性地将测量基准值作为真值处理，基于相同条件下对测量工具的值与测量基准的值进行对比，对比出两者的差值，若该差值处于一定范围内，则表示测量工具的精度是合格的。当采用测量工具测试测量对象时，测量到的值会存在误差区间，若将设备的分辨力因素考虑在内，实际测量值的误差区间还会更大。

5 结束语

综上所述，将金属材料的力学性能测试量分为直接量与间接量，对测试量的量值溯源进行分析，通过三个部分对直接量不确定度进行分析；在直接量不确定度基础上对其他因素的不确定度进行获取，再将这些不确定度分量合成后形成间接量不确定度。由此可提高金属材料力学性能测试的不确定度评定效果。

参考文献：

[1]王晓灵，石丽秋，刘咏.用ISOC型试样测试Ti（C，N）基金属陶瓷抗弯强度的不确定度评定[J].粉末冶金材料科学与工程，2015（01）：7-13.

[2]陈亚军，周姝，白云.民航维修领域金属材料洛氏硬度检测标准的对比分析[J].理化检验（物理分册），2015（09）：636-642.

[3]巫钢.金属材料拉伸试验测量不确定度的分析[J].测试技术学报，2014（05）：405-409.