洛氏硬度计示值测量不确定度评定与表示

洛氏硬度试验测量B标尺不确定度评定1 测量过程概述(1) 测量方法及评定依据GB/T 230.1-2004金属洛氏硬度试验第1部分:试验方法；GB/T 230.2-2002金属洛氏硬度试验第2部分:硬度计的检验与校准；GB/T 230.3- 2002金属洛氏硬度试验第3部分:标准硬度块的标定；JJF 1059一1999测量不确定度评定与表示；ISO/IEC 17025-2005检测和校准实验室能力的通用要求；ASTM E18-2003金属材料洛氏和表面洛氏硬度试验方法；ISO/DIS 6508-1:2004金属材料洛氏硬度试验第1部分:试验方法；ISO/DIS6 508一2:2004金属材料洛氏硬度试验第2部分:硬度计的检验与校准；ISO/DIS 6508-3:2004金属材料洛氏硬度试验第3部分:标准硬度块的标定。

(2) 环境条件试验一般在（10～35）℃室温进行。

对于温度要求严格的试验，应控制在(23士5)℃之内。

本例试验温度为(19～25)℃。

(3) 测量仪器应采用经计量部门检定合格(满足GB/T 230.2-2002等标准之要求)的洛氏硬度计。

本例采用 200HRS-150 型硬度计。

(4) 被测对象采用满足GB/T 230.1-2004标准要求的金属材料硬度试样及符合GB/T 230.3-2002等标准要求的标准洛氏硬度块。

本例试样材料为碳钢。

(5) 测量过程在洛氏硬度计处于受控状态下，按照方法标准的规定(试验力保持时间、压痕间距和压痕中心与试样边缘的距离等)对金属材料试样或标准块进行硬度试验，测得硬度值。

2 数学模型的建立洛氏硬度试验测量结果的数学模型可写为:y (1)x式中x—被测样块硬度读出值y一被测样块硬度测定值3测量不确定度来源分析假设试验在恒温的条件下进行，即不考虑温度效应所引起的不确定度分量，在满足G B/ T 230. 1-2004标准的条件下，在试样表面进行多次测量，将多个硬度测试值平均后出具试验报告，金属洛氏硬度试验的不确定度主要来源于以下几个方面：（1）测量重复性引入的标准不确定度U（x）。

3.3 硬度计量硬度是一个必须以一种测量方法为参考才能被量化的物理量；它没有独立于某个方法的计量单位。

“硬度”这个量与经典的可测的量不同，它不能用可测的其他量的函数关系式去定义，虽然有时用经验公式来说明硬度与一类材料的其他特性的关系。

硬度量的大小通常用测量某个样块的压痕的线性尺寸来确定，这中测量是根据标准文本进行的，文本包括了对压头的描述，加压头用的机械设备的结构和规定的操作设备的方法，标准文本不止一个，所以硬度的测量方法也不止一个。

硬度被报告为测得的线性尺寸的函数（取决于测量方法）。

在本案例中，硬度是5次重复的压痕深度的算术平均值的线性函数。

但在有些其他测量方法中可能是非线性函数。

重现量值的标准装置作为国家计量标准保存；某个测量装置与国家计量标准装置之间的比对是通过传递标准块进行的。

3.3.1 测量问题在本例中，材料样块的硬度是用洛氏C 标尺（Rockwell C ）法确定的，所用的测量装置是由国家计量标准装置校准过的。

洛氏C 标尺硬度的测量单位是0.002mm ，由100×（0.002mm ）减去5次观测的以毫米为单位的测得的压痕深度的平均值为洛氏C 标尺硬度，简称“硬度”。

这个量值除以洛氏C 标尺测量单位0.002mm ，所得值被称为“HRC 硬度值”。

在本例中，硬度用符号hRC 表示；用洛氏C 标尺单位长度表示的硬度指数用符号HRC 表示。

3.3.2 测量模式用测定硬度的设备（以下称为硬度计）在样块上造成的压痕深度的平均值必须加修正值，修正到由国家计量标准装置在同一样块上造成的压痕深度的平均值，因此硬度和硬度指数分别可由式（A.10）和（A.11）表示：mmhRC HRC d mm d f hRC s b c s b c 002.0/)002.0(100),,,(=∆-∆-∆--=∆∆∆=--（A.10）/（A.11） 式中： -d ——由硬度计在样块上5次压痕深度的平均值；c ∆——通过一个传递标准将硬度计与国家计量标准装置进行比较得到的修正值，等于用国家计量标准装置在此样块上的5次压痕深度的平局值减去由硬度计在同一样块上的5次压痕深度的平均值获得的差值；b ∆——用两台硬度计分别测量传递标准的两处所得的硬度差（表示为压痕平均深度的差），假设为零；s ∆——包括由于国家计量标准装置以及硬度量定义为不完整引起的误差，虽然s ∆必定假设为零，但它具有标准不确定度u(s ∆)。

洛式硬度测量不确定度评定一、测量目的确定金属材料洛氏硬度测量结果不确定的评估和表述。

仅以洛氏硬度C标尺为例，A、B标尺的洛氏硬度测量结果不确定的评估，类推。

二、试验原理及方法硬度是材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压入或刻划的能力，是衡量材料软硬程度的一种性能。

是广泛使用的一种力学性能指标，特别是洛氏硬度在结构钢、工具钢中应用最广。

常用的洛氏硬度有C、A、B三种标尺。

试验时，用金刚石锥体或一定直径的淬火钢球作压头，先对压头施加初始试验力F0，使其压入表面一定深度h0，以此作为测量压痕深度的基准。

然后再加上主试验力F1，材料因而产生弹性变形和塑性变形，使压痕深度的增量为h1。

经过规定保持时间后将F1卸除，继续保持初始试验力F0，其中的弹性变形将恢复，压头回升一定高度，使压头位移为h2，按如下公式算出洛氏硬度值：对A、C标尺：HR=100-(h2-h0)/0.002=100-e对B标尺：HR=130-(h2-h0)/0.002=130-e本实验室所采用的是数显洛氏硬度计，测量时硬度计直接给出最终的硬度值。

根据GB/T 230-1991“金属洛氏硬度试验方法”规定，测试前先根据样品，选择合适的压头、试验力、试验力保持时间等测量参数，并根据估计的硬度值，选择相应的标准硬度块，对试验机进行校验。

然后，在样品上均匀地压出有效的6点，第一点不记，取后五点平均值为样品的洛氏硬度值。

三、建立数学模型必须对样品上测得的硬度平均值加以修正，以确定用国家基准机在同一材料上可能得到的硬度平均值。

因此HRC=f(R，∆b，∆w)=R-∆b-∆w其中：R为样品或被检材料五次有效压痕测得硬度的算术平均值；∆b为本实验室所用标准硬度试块的不确定度引起的修正值；∆w为测量温度不一致引起的修正值。

根据上述方程，偏导数∂f/∂R等于1，∂f/∂∆b、∂f/∂∆w均等于-1，其合成标准不确定度u c(HRC)可由下式直接给出：u c2(HRC)=u2(R)+u2(∆b)+u2(∆w)四、测量不确定度的来源及其量化1、样品或材料硬度算术平均值R的标准不确定度分量u(R)包括重复观测的不确定度u1(R)和示值的不确定度u2(R)两个独立分量。

编号：ZBLX-016-2007标准金属洛氏硬度块测量结果不确定度评定天津市计量监督检测科学研究院2007年1月25号标准金属洛氏硬度块测量结果的不确定度1测量方法（依据JJG113—2003 《标准金属洛氏硬度块》）根据国家计量检定规程JJG113—2003《标准金属洛氏硬度块》，对使用中的标准洛氏硬度块进行检定。

其方法是在标准硬度计对其进行标定。

示值是硬度块使用和检定的最主要技术指标。

由于洛氏硬度块的标定用标准硬度计进行的，故硬度计必须符合JJG112—2003《金属洛氏硬度计》的要求。

下面分析洛氏硬度块C﹑A、B标尺示值误差检定的测量结果不确定度，硬度范围分别为20~70 HRC(包括高，中，低三个范围),20~88HRA（主要是75~88HRA）,20~100HRB（主要是80~100HRB）。

被检硬度块为标准金属洛氏硬度块。

2 数学模型e= H m—H b式中：e——被检洛氏硬度块的示值误差；H m——硬度块硬度值；H b——洛氏硬度计示值。

3 方差和传播系数由上式可得：u c2(e)=c1²•u1² +c2²•u2²式中：c1=∂e/∂H m=1；c2=∂e/∂H b=-1；u1，u2分别表示H m，H b的不确定度。

u c2(e)=u1²+ u2²4标准不确定度一览表u c=0.574HRv eff= ∞u c=0.540HR v eff= ∞u c=0.540HR v eff= ∞cv eff= ∞u c =0.574HRv eff = ∞5 计算分量标准不确定度5.1 硬度块硬度值给出的不确定度分量u 1 5.11标准硬度块均匀度引起的不确定度分量u 11标准金属洛氏硬度块是采用标准洛氏硬度计定度的，根据JJG 113—2003《标准金属洛氏硬度块》，均匀度不大于0.4HR ，采用B 类方法进行评定，属均匀分布。

u 11=0.4/3=0.231HR估计 1111u u ∆ 为0.1，其自由度2111111⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆=u u v u =50V=505.1.2 标准硬度块稳定度引起的不确定度分量u12根据JJG 113—2003《标准金属洛氏硬度块》，标准金属洛氏硬度块在检定周期内的稳定度，对于A 标尺和C 标尺高、中硬度范围的，不超过0.4HR ，采用B 类方法进行评定，属均匀分布。

2021年第1期福建冶金45洛氏硬度试验的不确定度评定刘剑武（1.福建省冶金工业设计院有限公司，福建福州350011；2.福建省冶金产品质量监督检验站，福建福州350011）【摘要】按金属材料洛氏硬度试验的基本要求,对高强螺栓的洛氏硬度用两种不同的方法进行了不确定度评定，并对评定结果进行分析,获得了有意义的结果遥【关键词铱洛氏硬度试验不确定度评定Evaluation of Uncertainty in Rockwell Hardness TestLiu Jianwu(1.Fujian Province Metallurgical Industry Design Institute Co.,Ltd.,Fuzhou350011,Fujian;2.Fujian Quality Supervision and Inspection Station for Metallurgical Products,Fuzhou350011,Fujian)[Abstract]According to the basic requirements of the Rockwell hardness test of metallic materials,the Rockwell hardness of high-strength bolts was evaluated with two different methods.The evaluation results were analyzed and meaningful results were obtained.[Keywords]Rockwell hardness test；uncertainty evaluation引言对金属材料进行洛氏硬度检测时，检测仪器、检测条件和试样情况都各不相同,检测人员素质也不一样，检测数据一般具有相当的分散性，导致其测量结果始终存在着不确定性。

金属材料洛氏硬度测量不确定度评定1. 目的保证客户了解测量结果是否符合特定需求，确认测量数据的可信赖及真实的程度。

2. 范围适用于洛氏硬度测量不确定度的评定。

3. 概述测量对象:材质M2；规格φ30mm ；试样状态,淬火+回火 检测设备:KH3000自动数显洛氏硬度计 环境条件:室温23.5℃，相对湿度≤65%。

试验过程:依据GB/T 230.1 - 2009《金属材料 洛氏硬度试验 第一部分：试验方法（A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 、H 、 K 、N 、T 标尺）》,先用63.0HRC 硬度水平的标准硬度块，对硬度计进行检验，测定5点洛氏硬度值，确定硬度计合格后再对试样进行洛氏硬度测定，测定五点硬度值（HRC ）。

4. 数学模型和不确定度分项的评定 4.1 测量标准物质时硬度试验机的不确定度4.1.1 使用标准硬度块在整个试验面上均匀分布地压出五个压痕，试验结果如下：4.1.2 单次实验标准偏差采用A 类方法进行评定。

按照JJF1059—1999推荐的极差法计算如下：CR S H =其中：R --------测量结果中的最大值与最小值之差； C --------为极差系数（当n=5时极差系数C=2.33）。

代入数据计算，R =62.9-62.8=0.1HRC C=2.33则043.033.21.0==H S （HRC ） 4.1.3 测量标准物质时硬度试验机的不确定度 评定5次平均值的标准不确定度:019.05043.05===H H S u4.2 试样测量重复性的标准不确定度u x 4.2.1 测量试样的硬度平均值4.2.2 测量试样的标准偏差测量结果的标准偏差采用极差法计算,当n=5时极差系数C=2.3313.033.230.0===C R S x 4.2.3 试样测量重复性标准不确定度的评定 评定单次测量标准不确定度:13.0==x x S u4.3 标准硬度块的标准不确定度CRM u 的评定根据GB/T 230.3-2002规定，63.0HRC 硬度水平标准块硬度均匀度的最大允许值为rel r =1.0%则=CRM u 83.2CMRrel H r ⋅（其中CMR H =63.0HRC ）22.083.20.63%0.1=⨯=CRM u4.4 硬度计允许误差下的标准不确定度E u 的评定参考标准GB/ 230.2-2002,洛氏硬度(C 标尺)的允许误差E rel =±1.5HRC 则最大允许误差下的标准不确定度87.035.13===rel E E u4.5 压痕测量分辨力的标准不确定度ms u 的评定测量装置测压痕的分辨力为ms δ=0.1HRC 压痕测量分辨力的标准不确定度03.0321.032===msms u δ5. 合成标准不确定度的评定 5.1 灵敏系数根据以上分析与计算各标准不确定度分项汇总见表2《标准不确定度分量汇总表》，各分量的灵敏系数均为1(看成等权)。

金属洛氏硬度计示值误差测量结果的不确定度评定摘要:本文通过测量金属洛氏硬度计(以C标尺为例),分析不确定度来源,给出测量不确定度方法。

关键词:洛氏硬度计；测量；不确定度。

THE UNCERTAINTY ASSESSMENT OF INDICATION ERROR OF METALLIC ROCKWELL HARDNESS TESTING MACHINESLiwangyang Yexiaobo（LITC，Sichuan Province Luzhou City）Abstract： In this paper, the source of uncertainty is analyzed by measuring metal Rockwell hardness tester (taking C scale as an example), and the measurement method of uncertainty is given.Key words： Metallic Rockwell Hardness Testing Machines; Measurement;Uncertainty.1.前言随着全球市场经济的发展，质量意识的增强,对检测质量提出了越来越高的要求，为实现国与国之间检测结果的互认，保证检测质量，许多国家和国际组织在其有关标准和技术规范文件中,都不同程度地从各个角度对检测的不确定度做出了要求,如在IS09000族《质量管理和质量保证》国际标准中,涉及“检验、测量和试验设备的控制条款中都明确指出:“检验、测量和试验设备使用时,应确保其测量不确定度已知”,并“符合所要求的测量能力”。

由此可见,正确表达和评定测量不确定度是当前国际上开展产品认证、体系认证和实验室认可以及国际互认协议中普遍提出的新要求。

测量不确定度是定量说明测量结果质量好坏的一个参数，也是评判实验室校准能力水平的一个依据，所以本文旨在通过研究讨论不确定度评定的过程与方法，提高自身的能力水平。