楊威(廣東省地質(zhì)裝備中心，廣東 廣州 510510)

0 引言

室溫拉伸試驗是評價金屬材料力學機械性能的試驗方法之一，拉伸試驗結(jié)果是評價金屬材料機械性能的重要性指標，在生產(chǎn)中對材料的研究和評價起著舉足輕重的作用。在探礦機械制造過程中金屬材料的使用占主要地位，采用溫室拉伸試驗結(jié)果作為評價金屬材料機拉伸械性能的符合性，其結(jié)果是判定材料是否能被接受的重要依據(jù)。

拉伸試驗測量結(jié)果的準確度與測量方法和測量裝置有密切關(guān)系，對其測量不確定度進行正確評定能夠比較客觀的反映測量系統(tǒng)的可靠程度[1]。以探礦機械生產(chǎn)中金屬薄板件為例，研究金屬材料室溫拉伸試驗的測量不確定度評定。

1 試驗部分

1.1 儀器

(1)電子萬能試驗機，型號：SD-30KD，1.0級，允差：±1.0%；

(2)千分尺，型號：0～25 mm，允差：±0.01 mm；

(3)游標卡尺，型號：0～200 mm，允差：±0.02 mm；

儀器和設(shè)備在使用前進行校準或自校，確認儀器和設(shè)備狀態(tài)正常。

1.2 試驗方法

GB/T 228.1—2010《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》[2]。

1.3 評定項目

依據(jù)JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》的規(guī)定，進行金屬材料拉伸試驗抗拉強度Rm的測量不確定度。

1.4 測試樣件

用ST12冷軋鋼板，按GB/T 2975的要求切取樣坯和制備試樣，試樣均符合試驗要求，制作備用試樣12個，其中兩個備用。

2 評定數(shù)據(jù)

2.1 拉伸試驗抗拉強度Rm測量不確定度的評定

2.1.1 拉伸試驗抗拉強度Rm檢測程序

首先測量矩形截面試樣截面原始厚度a0、原始寬度b0，計算原始截面積S0；再以規(guī)定速率施加拉力，直至試樣斷裂；最后讀取斷裂過程中的最大力Fm，并計算出抗拉強度Rm=Fm/S0。

注：在同樣試驗條件下，完成重復的10次試驗，并記錄結(jié)果。

2.1.2 抗拉強度Rm測量數(shù)據(jù)

10個測量值，測量值經(jīng)過簡單的換算和整理后得到如表1的所示結(jié)果。

表1 金屬材料拉伸試驗測量不確定度評定重復性試驗測量結(jié)果

2.1.3 抗拉強度Rm數(shù)學模型

根據(jù)抗拉強度定義；最大力Fm，除以試樣原橫截面積S0所得的應力Rm，稱為抗拉強度或者強度極限，即，在拉力作用下抵抗破壞的最大能力。數(shù)學模型為：

式中：Rm為抗拉強度(N/mm2)；Fm為斷裂過程中的最大力(N)；S0為金屬材料橫截面積(mm2)。

2.1.4 抗拉強度Rm不確定度來源

金屬材料拉伸試驗抗拉強度Rm不確定度的來源，主要包括不確定度分量如下：(1)測量重復性引入的不確定度urel(rep)；(2)最大力Fm引入的不確定度urel(Fm)；(3)原始橫截面積S0引入的不確定度urel(S0)；(4)拉伸速率影響帶來的不確定度urel(Rmv)；(5)數(shù)據(jù)修約[3]和其他因素對不確定度影響甚小，忽略。

2.1.5 不確定度分量評定

(1)測量重復性引入的相對標準不確定度分量urel(rep)(A類評定方法)

由于重復測量次數(shù)較多(10次)，故實驗標準偏差使用貝塞爾公式計算：

測量重復性的相對標準不確定度urel(rep)(評定時取3個試樣測量的平均值的不確定度，因而取n=3)：

(2)最大力，F(xiàn)m的相對標準不確定度分量urel(Fm)(B類評定方法)

①試驗機測力系統(tǒng)示值誤差帶來的相對標準不確定度urel(Fm)

1.0 級的拉力試驗機示值誤差為±1.0%[4]，在實際測量中，常常將測量設(shè)備的測量示值誤差以均勻分布等次用B類方法進行示值誤差不確定度的評定[5]，按均勻分布考慮，則

②標準測力儀的相對標準不確定度urel(F2)

使用0.3級的標準測力儀對試驗機進行校準，重復性R=0.1%，其相對標準不確定度為：

③計算機數(shù)據(jù)系統(tǒng)帶來的相對標準不確定度urel(F3)

依據(jù)經(jīng)驗，計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)引入的相對標準不確定度為urel(F3)=0.2%。

④最大力Fm的相對標準不確定度為：

(3)原始橫截面積S0的相對標準不確定度分量urel(S0)

測定原始橫截面積時，測量每一個尺寸應準確到±0.5%：

(4)拉伸速率Rmv影響帶來的相對標準不確定度分量urel(Rmv)

試驗得出，在拉伸速率變化范圍內(nèi)抗拉強度最大相差RR=12，所以拉伸速率對抗拉強度的影響為區(qū)間半寬度即RR/2=6，按均勻分布考慮：

2.1.6 抗拉強度Rm的相對標準不確定度

抗拉強度的相對標準不確定度分量匯總表如表2所示。

表2 抗拉強度的相對標準不確定度分量匯總表

2.1.7 抗拉強度Rm的合成相對標準不確定度

2.1.8 抗拉強度Rm的相對擴展不確定度

取包含概率p=95%，包含因子k=2，則：

3 結(jié)語

對金屬制品及材料室溫拉伸試驗研究了抗拉強度Rm的測量不確定度，研究結(jié)果表明：作為規(guī)范化的檢測試驗室，在人員、設(shè)備、試樣、方法、環(huán)境和管理等受控以及包含因子k=2的條件下，抗拉強度Rm的相對擴展不確定度Urel(Rm)=2.9%；同時在金屬拉伸試驗測量過程中，可能引起的測量不確定度分量進行了分析與評定，主要有測量的重復性，試驗力偏差，試驗截面積，拉伸速率引入的測量不確定度，其中拉伸速率對測量結(jié)果的不確定度貢獻較大。