统计假设检验在金属材料室温拉伸试验质量控制中的应用

魏 源

(龙岩市产品质量检验所, 龙岩 364000)

统计假设检验在金属材料室温拉伸试验质量控制中的应用

魏 源

(龙岩市产品质量检验所, 龙岩 364000)

简单分析了影响金属材料室温拉伸试验结果的因素，阐述了质量控制在理化检验中的作用，介绍了质量控制的常用方法和统计假设检验的常用数据分析方法。通过质量控制应用实例，采用基于格拉布斯(Grubbs)检验法、F检验法、T检验法的统计假设检验数据分析方法，对金属材料室温拉伸试验方法及检验过程进行了离群数据判定、等精度测量判定、数据一致性判定等详细的质控分析。结果表明：金属材料室温拉伸试验方法及检验过程在有效控制范围内，试验结果准确可靠，符合日常检验要求。

金属材料；拉伸试验；统计假设检验；质量控制

金属材料力学性能试验方法是检测和评定金属产品质量的重要手段之一，其中拉伸试验是应用最广泛的力学性能试验方法，广泛应用于棒、板、带、管、型和丝材等冶金产品的质量检验及评估。拉伸性能指标是金属材料研制、生产和检验最主要的测试项目之一，拉伸试验过程中的各项强度和塑性性能指标是反映金属材料力学性能的重要参数[1]。

根据长期的工作经验，笔者认为影响金属材料室温拉伸试验结果的因素主要有以下几个方面：①人员，即检验人员日常操作的规范性及数据传递的准确性，比如试样尺寸的测量、试样横截面积的测量、标距的测量等；②设备，即试验设备的稳定性、可靠性及准确性，比如试验机和引伸计的准确度、试验机的加载同轴度、试验机的夹具夹持等；③试样，即取样和制样的正确性，比如取样方法、取样方向、取样部位、试样形状和尺寸、加工精度等；④方法，即试验方法的正确选择，比如正确的夹持方法、合理的拉伸速率、适宜的测控模式等；⑤环境，即环境条件的稳定性，比如试验温度的控制等[2-5]。

因此，在日常检验过程中，除了需要定期对仪器进行维护保养、按检定规程要求进行定期校准/检定外，还应采用多种方式对拉伸试验方法及检验过程进行质量控制，以保证检验结果的准确可靠。笔者通过质量控制应用实例，详细阐述了如何应用统计假设检验对金属材料室温拉伸试验进行质量控制和数据分析，以达到更加科学、合理、准确地评价检验过程的目的，为相关人员提供参考。

1 质量控制

质量控制是指利用现代科学管理的方法和技术分析试验过程中的误差，控制与分析有关的各个环节，确保试验结果的准确可靠。质量控制的目的是把分析测试的误差控制在允许的范围内，保证分析的精密度和准确度，使分析数据在给定的置信水平内有把握达到要求的质量。

内部质量控制常用的方法主要有：平行样测定、空白测定、使用标准曲线、加标回收率试验、使用质量控制图、实验室内比对试验、对存留试样再检测、 测量不确定度评定等。常用的数据分析方法主要有：稳健统计、数理统计等[6-9]。

2 统计假设检验

统计假设检验是数理统计学中根据一定假设条件由样本推断总体的一种方法。根据问题的需要对所研究的总体作某种假设，选取合适的统计量，由实测样本计算出统计量值，并根据预先给定的显著性水平进行检验，来判断样本与样本、样本与总体的差异的统计推断方法[10]。

常用的统计假设检验方法有：奈尔(Nair)检验法、狄克逊(Dixon)检验法、格拉布斯(Grubbs)检验法、U检验法、Z检验法、T检验法、χ2检验法、F检验法等。笔者应用Grubbs检验法、F检验法以及T检验法，对金属材料室温拉伸试验过程进行了详细的质控分析[11]。

3 质量控制应用实例

3.1 试验方法与结果

采用人员比对方式对金属材料室温拉伸试验过程进行质量控制分析，确保试验结果准确可靠。在相同的试验环境条件下，两位试验人员采用相同的试验方法和试验步骤，利用同一台仪器，对同一批试样分别进行重复试验。试验结果采用统计假设检验方法进行分析，首先利用Grubbs检验法进行离群数据判定，然后利用F检验法进行等精度测量判定，最后利用T检验法进行数据一致性判定。

3.1.1 试验目的

试验目的为对金属材料室温拉伸试验进行质量控制。

3.1.2 试验方法

依据GB/T 228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》[12]进行拉伸试验。

3.1.3 试验试样

试验试样取自同一炉号、同一批次，并按GB/T 1499.2-2007《钢筋混凝土用钢 第2部分：热轧带肋钢筋》[13]要求制作的热轧带肋钢筋。

试验试样共两组，每组10根，试样尺寸如下：长度400 mm，公称直径16 mm，公称横截面积201.1 mm2，原始标距80 mm。

3.1.4 试验步骤

两位试验人员分别对10根热轧带肋钢筋试样进行拉伸试验，并记录试验结果(抗拉强度Rm、下屈服强度ReL、断后伸长率A80 mm)。在试验过程中，除了按照操作规程要求采用相同的操作步骤外，均采用GB/T 228.1-2010中的方法B进行试验控制，并且为避免试验速率对试验数据的影响，以便获得良好的比对数据，对本次使用的WAW-1000型电液伺服万能试验机，在弹性阶段和屈服阶段均采用3 mm·min-1的位移速率，屈服之后均采用10 mm·min-1的位移速率。

3.1.5 试验环境

试验环境温度为(23±5) ℃，湿度为40%～70%。

3.1.6 试验仪器

采用WAW-1000型电液伺服万能试验机进行拉伸试验，其基本参数如下：最大试验力为1 000 kN；示值准确度等级为0.5级；试验力测试量程为满量程的1%～100%；变形测量范围为满量程的1%～100%；试验力加载速率范围为满量程的(0.02%～2%) s-1；圆试样夹持范围为φ15～60 mm；扁试样夹持范围为2～40 mm。

3.1.7 试验结果

两位试验人员对热轧带肋钢筋试样进行拉伸试验的结果如表1所示。

3.2 数据分析

3.2.1 Grubbs检验(离群数据判定)

采用Grubbs检验法对同组数据是否存在离群数据进行双侧情形检验。计算步骤如下所示，判定结果如表2所示。

表1 热轧带肋钢筋拉伸试验结果

表2 热轧带肋钢筋拉伸试验数据Grubbs检验结果

Tab.2 The Grubbs test results of tensile test data of the hot rolled ribbed bars

检验项目GnG′nG1-α2(n)判定结论抗拉强度人员11．651．70不离群Rm/MPa人员21．881．03不离群下屈服强度人员11．841．49不离群ReL/MPa人员21．001．822．29不离群断后伸长率人员11．771．33不离群A80mm/%人员21．051．39不离群

(1)

(2)

3.2.2F检验(等精度测量判定)

采用F检验法对两组对比数据是否为等精度测量进行检验,计算步骤如下所示，判定结果如表3所示。

(1) 依据下式计算出统计量F

(3)

式中：S1为两组对比数据的大值标准偏差；S2为两组对比数据的小值标准偏差；自由度f1=n1-1；自由度f2=n2-1。

表3 热轧带肋钢筋拉伸试验数据F检验结果

Tab.3 TheF-test results of tensile test data of the hot rolled ribbed bars

检验项目S1S2F(f1，f2)Fp(f1，f2)判定结论抗拉强度Rm/MPa2．024431．374212．17等精度测量下屈服强度ReL/MPa1．595441．260341．603．18等精度测量断后伸长率A80mm/%0．819170．549052．23等精度测量

(2) 取显著性水平α=0.05，查F分布临界值表可得概率p=0.95水平下的统计量：Fp(f1,f2)=F0.95(9,9)=3.18(f1=10-1,f2=10-1)。

(3) 若F(f1,f2)

3.2.3T检验(数据一致性判定)

采用T检验法对两组对比数据的一致性进行检验，计算步骤如下所示，判定结果如表4所示。

(1) 依据下式计算出统计量T

(4)

(5)

(2) 取显著性水平α=0.05，自由度f=n1+n2-2=10+10-2=18，查T分布双侧临界值表可得：Tα,f=T0.05,18=2.10。

(3) 若T

表4 热轧带肋钢筋拉伸试验数据T检验结果

Tab.4 TheT-test results of tensile test data of the hot rolled ribbed bars

4 结束语

应用实例表明，基于统计假设检验的数据分析方法Grubbs检验法、F检验法、T检验法，可用于对金属材料室温拉伸试验数据进行离群数据判定、等精度测量判定、数据一致性判定等质控分析，从而保证金属材料室温拉伸试验方法及检验过程在有效控制范围内，检验数据准确可靠，符合日常检验要求。与其他分析方法比较来看，基于统计假设检验技术的质量控制和数据分析可以更加科学、合理、准确地评价检验过程，值得相关技术人员参考。

[1] 孙红云.金属材料拉伸试验的影响因素及操作要求[J].现代测量与实验室管理,2008,16(6):27-29.

[2] 魏红军.金属材料室温拉伸试验影响因素分析[J].天津冶金,2015(3):76-78.[3] 黄星,谢宏.从拉伸试验机控制角度理解GB/T 228.1-2010的技术变动[J].理化检验-物理分册,2014,50(2):97-100.

[4] 王斌,陈清祥,郭宾东,等.GB/T 228.1-2010中试验方法的解读及实施[J].理化检验-物理分册,2014,50(4):251-253.

[5] 叶宏德.对金属材料拉伸试验方法标准的几点思考[J].理化检验-物理分册,2014,50(6):394-395.

[6] ISO/IEC 17025:2005 检测和校准实验室能力的通用要求[S].

[7] CNAS-CL01:2006 检测和校准实验室能力认可准则[S].

[8] CNAS-CL10:2012 检测和校准实验室能力认可准则在化学检测领域的应用说明[S].

[9] GB/T 6379.6-2009 测量方法与结果的准确度(正确度与精密度) 第6部分：准确度值的实际应用[S].

[10] 王承忠.实验室质量体系运行中的技术难点及解决方法[J].理化检验-物理分册,2012,48(4):252-257;2012,48(5):316-323;2012,48(6):383-389;2012,48(7):457-460;2012,48(8):525-527;2012,48(9):604-612;2012,48(10):674-682.

[11] 韩永志.统计学在理化检验中的应用[J].理化检验-化学分册,1999,35(9):433-434;1999,35(10):477-478;1999,35(11):525-526;1999,35(12):571-572;2000,36(1):45-46;2000,36(2):94-95;2000,36(3):138-141;2000,36(4):190-192;2000,36(5):236-239;2000,36(6):286-287;2000,36(7):331-332;2000,36(8):382-384;2000,36(9):424-425;2000,36(10):479-479;2000,36(11):526-527;2000,36(12):573-574.

[12] GB/T 228.1-2010 金属材料 拉伸试验 第1部分:室温试验方法[S].

[13] GB/T 1499.2-2007 钢筋混凝土用钢 第2部分:热轧带肋钢筋[S].

欢迎参加“2017材料物理测试新技术研讨会”

“2017材料物理测试新技术研讨会”第2轮通知即将发布，敬请关注。

本次会议将于2017年10月底在上海举行，由上海材料研究所、中国机械工程学会理化检验分会、中国机械工程学会材料分会联合主办，《理化检验-物理分册》编辑部、《机械工程材料》编辑部和上海市工程材料应用与评价重点实验室共同承办。

热忱欢迎广大理化检验工作者积极参会交流！

《理化检验-物理分册》编辑部

Application of Statistical Hypothesis Testing in Quality Control on Tensile Testing of Metallic Materials at Room Temperature

WEI Yuan

(Longyan Institute of Quality Inspection for Products, Longyan 364000, China)

Factors affecting tensile test results of metallic materials at room temperature were briefly analyzed. The role of quality control in physical and chemical inspection was described, and the common methods on quality control and the data analysis methods on statistical hypothesis test were introduced. Through the application examples, the quality control of the determination of outlier data, equal precision measurement and data consistency on tensile testing of metallic materials at room temperature was analyzed in detail, based on Grubbs test,F-test andT-test. The results show that the tensile test method and process of metallic materials at room temperature are within the scope of effective control, and the test results are accurate and reliable, and can meet the requirements of daily inspection.

metallic material; tensile testing; statistical hypothesis testing; quality control

10.11973/lhjy-wl201708005

2017-06-09

魏 源(1983-)，男，硕士，主要从事金属材料理化检验和相关技术研究，46934333@qq.com

TG115.+52

A

1001-4012(2017)08-0553-04