金属材料硬度测试测量不确定度评定
金属材料的硬度是指材料抵抗外界硬物对其表面产生的塑性变形或剪切力的能力。硬度测试是金属材料力学性能测试的重要指标之一，对于金属材料的质量控制、性能评价和材料选型等方面都具有重要的意义。在进行硬度测试时，测量不确定度评定是非常重要的环节，能够评估测试结果的准确性和可靠性。本文将从不确定度的定义、硬度测试方法、影响硬度测试不确定度的因素和评定硬度测试不确定度四个方面进行详细介绍。
一、不确定度的定义
测量不确定度是对测量过程结果的信度提供一个度量，它表示测量结果与被测量量的真实值之间的偏差。测量不确定度的评定是通过评估各种误差源的影响，将其转化为一个数值范围，用以表示测量结果的可信程度。
二、硬度测试方法
常见的金属材料硬度测试方法包括：布氏硬度试验、维氏硬度试验、洛氏硬度试验和显微硬度试验等。每种硬度试验方法都有其特定的原理和试验仪器，根据被测材料的不同和测试要求的不同，选择合适的硬度测试方法进行测试。
三、影响硬度测试不确定度的因素
硬度测试不确定度主要受以下几个方面的影响：
1.仪器误差：硬度测试仪器的示值误差对测试结果的准确性有直接影响，仪器精度越高，硬度测试不确定度越小。
2.试样准备：试样的几何形状、尺寸和表面处理等都会对硬度测试结果产生影响。如试样表面有凸起物或凹陷等缺陷，都会引入额外的误差。 3.测试力的稳定性：硬度测试时，测试力的大小和稳定性对测试结果有较大影响。测试力过大或过小都会引起测试结果的偏差，测试力的稳定性对测试结果的重复性也有一定影响。
4.测试时间和测量次数：在硬度测试中，测试时间的长短和测量次数的多少都会对测试结果产生一定影响。测试时间过短可能导致测试结果不准确，测量次数过多也会增加误差。
四、评定硬度测试不确定度
评定硬度测试不确定度是通过统计分析和计算来得出的。主要步骤包括确定硬度测试的各种误差源、收集相关数据、分析数据、计算不确定度，并给出评定结果的不确定度范围。
测量不确定度直接评定法和综合评定法
的几个典型实例
第四讲 综合评定法实例３——金属布氏硬度试验测量不确定度的评定
ＳｏＭＥ ＴＹＰＩＣＡＬ Ｅ ＰＬＥＳ ＯＦ ＩＭＭＥＤＩ ＴＥ ＥＶＡＬＵ ＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ
ＡＮＤ ＳＹＮＴＨＥＴＩＣ ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＴＨＥ
ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＯＦ ＵＮＣＥＲＴＡＩＮＴＹ
——ＬＥＣＴＵＲＥ Ｎｏ．４ ＴＨＥ ＳＹＮＴＨ ｒＩＣ ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ Ｍ ｒＨＯＤ ＡＮＤ ＩＴＳ
ＥＸＡＭＰＬＥＳ ３——ＴＨＥ ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ ＯＦ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＵＮＣＥＲＴＡＩＮＴＹ
ＦＯＲ ＢＲＩＮＥＬＬ ＨＡＲＤＮＥＳＳ ＴＥＳｌＴ ＯＦ ＭＥＴＡＬＬＩＣ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ
王承忠 （ｄｚ海宝钢研究院分析测试研究中心，上海２０１９００）
中图分类号：Ｏ２１３．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：ｌＯＯｌ一４ｏ１２（２ｏｏ６）ｌｌ一０５９１－０４
布氏硬度试验是应用很广泛的一种静载硬度试
验方法。它是在试验力的作用下采用较大直径的球
体压头，从金属表面压人而产生压痕，以试验力除以 压痕球形表面积所得的商来度量金属材料的硬度。
由于压痕大，因而硬度值受试样成分的偏析和组织 的不均匀等因素影响小，能较真实的反映出多晶体
金属材料硬度的平均性能，试验结果分散性小、重复
性好，准确度较高，能较可靠的反映出材料试样的宏
观硬度。它可用于测定软硬不同、厚薄不一的材料
硬度。适用于铸铁、铸钢、有色金属及其合金、各种
退火及调质钢。操作也较简单，因此是应用最早、最
广泛的方法。但实践表明，因为各种因素的影响，其
试验结果仍然存在着不确定度 在评定中，由于布
氏硬度的数学模型（ＨＢ与压头球直径Ｄ、压痕平均
直径ｄ的数学关系）较复杂，因此，如果采用直接评
定法，不确定度的传播系数或灵敏系数的求取太繁
琐，无可操作性。研究表明，采用综合评定法不仅避
金属材料硬度测试测量不确定度评估
一、引 言
本文以洛氏硬度(HRC)测试为例，说明测量不确定度的评估方法。同时也探讨测量不确定度能否视为测试实验室的最佳测试能力指标，并探讨当使用测量不确定度表示测试结果时，如何区分材料变异性和测量技术能量(包括测试方法、技术及设备能量)对测量不确定度的影响程度。
二、技术说明及分析不确定度来源
硬度测试依其测量方法及指标的不同，在技术细节上稍有差异，例如布氏硬度是以荷重除以压痕的球面表面积来表示硬度大小；洛氏硬度(HRA，HRB，HRC)则以荷重时所发生永久变形部份的深度来比较硬度的高低。因此，评估测量不确定度时，不同方法及指标所须量取的数据各不相同，计算方法也不同。但以目前常用的硬度测试机而言，测试过程中操作人员并不需要量取各个数据，尤其是数位型测试机，均由微处理机直接显示最后结果，操作者所需作的，就是依照标准程序备好试片、校正测试机、正确选择测试点和正确执行测试工作。因此在测量不确定度上只能由最后测试结果执行统计分析，并加入其他非由统计而来的B型不确定度评估而得。以下以洛氏硬度（HRC）为例，说明其评估程序。
三、不确定度的评估
（一）、数据采集
首先依据标准试片数量和以往的工作经验，将评估范围分成HRC20--40与HRC40--65两部分。依标准作业程序在HRC20-40的标准试片读取六个数据，如表1所示。
表 1 HRC20-40标准试片硬度测试结果
标准值（X） 测 试 值 （y）
29.6 29.7 29.6 29.7 29.6 29.6 29.7
（二）、计算
表1以标准值为X轴，测试值为Y轴，则相对于每一标准值Xi皆可计算出一个中间值为ui,标准差为εI的高斯分布，由所有的值所回归出一个线性式：
式中， 为Xi相对于的期望值。
若已知样本为（X，Yi）;I={1,2……….n}，则回归线的最小平方参数估计值可由测试值到样本回归线的离差平方和求得，即：
测量不确定度直接评定法和综合评定法
的几个典型实例
第四讲 综合评定法实例３——金属布氏硬度试验
测量不确定度的评定（续）
ＳＯＭＥ ＴＹＰＩＣＡＬ ＥＸＡＭＰＩ ＥＳ ＯＦ ＩＭＭＥＤＩＡＴＥ ＥＶＡＬＵＡＴ１０Ｎ ＭＥＴＨ０Ｄ
ＡＮＤ ＳＹＮＴＨＥＴＩＣ ＥＶＡＩ ＵＡＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＴＨＥ
ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ０Ｆ ＵＮＣＥＲＴＡＩＮＴＹ
——ＬＥＣＴＵＲＥ Ｎｏ．４ ＴＨＥ ＳＹＮＴＨＥＴＩＣ ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＩＴＳ
ＥＸＡＭＰＩ ＥＳ ３——ＴＨＥ ＥＶＡＬＵＡＴ１０Ｎ ＯＦ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＵＮＣＥＲＴＡＩＮＴＹ
ＦＯＲ ＢＲＩＮＥＬＬ ＨＡＲＤＮＥＳＳ ＴＥＳＴ ＯＦ ＭＥＴＡＬＬＩＣ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ（ＣＯＮＴＩＮＵＥ）
王承忠 （上海宝钢研究院分析测试研究中心，上海２０１９００）
中图分类号：０２１３．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—４０１２（２００６）１２—０６４３—０３
４．４硬度计计量溯源（使用标准硬度块）所引入的
标准不确定度分量ｕ（ｘ ）ｂｋｃｋ
根据ＧＢ／Ｔ ２３１．２ ２００２金属布氏硬度试验第
二部分：硬度计的检验与校准，硬度计的检验，即计 量溯源有直接检验法和间接检验法，间接检验法适
用于硬度计综合性能检验，也可独立地用于使用中
的硬度计的定期常规检查。布氏硬度试验测量结果
不确定度的评定采用综合法，因此，计量溯源所使用
的布氏标准硬度块不均匀度所引入的标准不确定度
分量ｕ（ｘ ）同 是采用硬度计间接检验的结果来进 行。由于硬度计是采用间接的方式用标准硬度块进
行计量溯源的，因此标准块的不均匀度或不确定度
是这项分量的来源。
因为ＧＢ／Ｔ ２３１．３—２００２金属布氏硬度试验
第三部分：标准硬度块的标定，给出了布氏标准硬度
块不均匀度的最大值Ｂ№，则由此引入的不确定度
分量是：
收稿日期：２００５—０８一ｌ１ 作者简介：王承忠（１９４１），男，教授级高工。中国合格评定国家 认可委员会（ＣＮＡＳ）国家实验摩注册技术评审员，测量不确定度技 术委员会委员 冶金、机械行业不确定度评定组组长 旦坠 （ｘ４） 。 一— ： ＢＭａｘ （１２） ４３ ￣／１２ 在某些情况下，如果布氏标准硬度块证书给出
