宋建利

（中國航空工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司， 陜西 西安 710089）

不確定度存在于任何結(jié)果中。測量不確定度是指合理賦予被測量值的分散性，用來表示測量結(jié)果的可信度。即越小的不確定度表示測量結(jié)果可信度越大，測量結(jié)果的水平越高。在常規(guī)力學(xué)性能的檢驗中，維氏硬度試驗是主要項目之一。目前工業(yè)中應(yīng)用的絕大部分金屬材料都可以利用維氏硬度試驗來測量。從幾個維氏硬度單位的很軟的材料到三千個維氏硬度單位的硬材料都可測量。小負(fù)荷維氏硬度試驗主要用于測試小型精密零件、薄片材料、刀刃、牙科材料的硬度。顯微維氏硬氏試驗主要用來測量金屬組織中各組成相的硬度，還可以用來測試極小或極薄零件的硬度。零件厚度最薄薄至3 μm。因此，通過維氏硬度試驗測量不確定度的正確評定具有十分重要的意義[1]。

1 金屬材料不確定度分析概述

1）測量方法：維氏硬度試驗采用GB/T 4340.1—1999金屬維氏硬度試驗第1部分的試驗方法進(jìn)行實驗。

2）環(huán)境條件：在沒有另行規(guī)定的情況下，試驗的環(huán)境條件通常是室溫10～35℃。

3）測量設(shè)備：本文試驗環(huán)境條件是27℃。應(yīng)采用有關(guān)計量部門確定合格的維氏硬度計進(jìn)行測量，測量設(shè)備的精確度符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本文采用的測量設(shè)備是HV-5維氏硬度計。

4）被測對象：符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的金屬材料硬度試樣。

5）測量過程：在固定的環(huán)境條件下，借助符合國家標(biāo)準(zhǔn)的維氏硬度計，采用合適的試驗力和壓頭下降速度，保持規(guī)定的試驗力作用時間及壓痕測量裝置放大倍數(shù)測試滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的金屬材料維氏硬度試樣的壓痕對角線平均值，借助檢查表或計算獲得試樣的硬度值。該維氏硬度試驗測量不確定度評定的方法與結(jié)果可提供給各檢測實驗室作為參考，可以根據(jù)試驗過程中使用的硬度值范圍、硬度計、試驗力等條件選擇使用不確定度評定方法與其中一部分結(jié)果[2]。

2 測量不確定度主要來源分析

主要來源：操作人員在測量壓痕對角線長度d1和d2和均值d時帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；試驗力值F的誤差帶來的不確定度分量；測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)值修約所帶來的不確定度分量；標(biāo)準(zhǔn)硬度塊不均勻度帶來的不確定度分量；測量裝置允許誤差所帶來的不確定度分量；金剛石壓頭的兩相對面夾角誤差帶來的不確定度分量。其中，壓痕對角線長度d1和d2的算術(shù)平均值d的測量誤差帶來的不確定度分量，包括壓痕測量裝置的誤差帶來的不確定度和壓痕尺寸重復(fù)測量帶來的不確定度。其中一部分分量又包含操作人員在測量過程中產(chǎn)生的誤差及硬度計測量誤差帶來的不確定度分量。除此以外，還有加力速度和時間、試驗溫度、試樣狀態(tài)、試驗力保持時間等因素帶來的不確定度分量。但是，想要量化這些因素帶來的不確定度分量很難，因此，在具體的檢測工作中，只要檢測時按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格進(jìn)行，就可以忽略這些不確定度分量[3]。

3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算

由于試驗力F值測量誤差帶來的不確定度分量、壓痕對角線長度d1和d2的測量誤差帶來的不確定度分量以及硬度測試值進(jìn)行數(shù)值修約所導(dǎo)致的不確定度分量是獨(dú)立不相關(guān)的。因此，可用下列公式計算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

4 擴(kuò)展不確定度的評定

5 結(jié)語

綜上所述，應(yīng)根據(jù)維氏硬度的計算公式計算出各個不確定度分量的傳播系數(shù)，然后可計算出合成不確定度，而不應(yīng)該將其各不確定度分量平方和后計算合成不確定度。因為僅當(dāng)被測量為相互獨(dú)立的輸入量的線性函數(shù)時，其傳播系數(shù)為+1或-1，此時才能夠?qū)⒏鞑淮_定度分量平方和后計算合成不確定度。在評定維氏硬度試驗測量不確定度時，應(yīng)該排除某些偏離兩壓痕對角線平均值的數(shù)值，以保證評定結(jié)果的準(zhǔn)確性。在規(guī)定條件下得到的不確定度數(shù)據(jù)可以用于日后的規(guī)范化檢測工作，無需每次測試都進(jìn)行評定。而如果條件變化，則需要重新平等測量不確定度，在評定合成不確定度時，應(yīng)根據(jù)維氏硬度的計算公式計算各不確定度分量的傳播系數(shù)，然后計算合成不確定度。

[1] 季京，陳卓人，魏毅靜，等.金屬維氏硬度試驗測量不確定度的評定[J].寶鋼技術(shù)，2005（6）：42-45.

[2] 王承忠.材料理化檢驗測量不確定度評定方法的研究[J].理化檢驗 - 物理分冊，2007，43（6）：282-286.

[3] 侯婷，賈舒.金屬材料維氏硬度試驗測量不確定度的評定[J].汽車零部件，2013（5）：37-38.

[4] 蘇洪英，呂丹，楊承波，等.金屬材料維氏硬度試驗測量不確定度的評定[J].物理測試，2008，26（1）：41-43.