第８卷第２２期２００８年１１月 科学技术与工程 Ｖ０】．８ Ｎｏ．２２ Ｎｏｖ． ２０ｏ８ １６７１．１８１９（２００８）２２—６０９７—０４ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＠２００８ Ｓｅｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ． 矿冶技术 国际标准中维氏硬度测量不确定度的评定及分析 邱南曦 （厦门出入境检验检疫局技术中心，厦门３６１０１２） 摘要介绍了国际标准ＩＳ０／ＤＩＳ６５０７—１：２ＯＯ５中对金属维氏硬度试验测量不确定度的评定过程，并对评定方法进行讨论及分析。 测量不确定度评定 维氏硬度 评定方法 关键词中图法分类号ＴＧ１１３．２５１； 文献标志码Ｂ 近年来，国际标准化组织（ＩＳＯ）陆续出台的新 标准中均有关于对试验结果不确定度评定的内容， 确定度表示指南”（ＧＵＭ）进行。针对硬度试验各偏 差源的独立性，可从以下两种途径测定不确定度： 符合其“凡是与试验技术相关的新标准中都应有不 确定度的说明，或有以相关技术误差为基础进行计 算不确定度的方法”的要求。对于金属维氏硬度试 （１）直接校准硬度计条件下测量的硬度值，在 此情况中要考虑到所有偏差源。 （２）用标准硬度块（以下简称ＣＲＭ）间接校准 硬度计条件下测量的硬度值。 １．２附录示出的测量不确定度的方法 验方法，目前的国际标准与硬度测量值不确定度有 关的内容如下： ＩＳＯ／ＤＩＳ ６５０７—１：２００５金属材料维氏硬度试验 第ｉ部分：试验方法。 附录Ｄ（资料性附录）硬度值测量不确定度， ＩＳＯ／ＤＩＳ ６５Ｏ７—２：２００５金属材料维氏硬度试验 用标准硬度块（ＣＲＭ）检查硬度计的综合测量 特性。反映的是各不确定度分量的综合影响。因 此，硬度计的各项性能参数均应控制在允差范围 内。特别建议本方法最长有效时间为１年，１年后 应进行直接校验。 １．３硬度计的偏差 第２部分：硬度计的检验与校准， 附录Ｂ（资料性附录）硬度计校准结果的测量 不确定度， ＩＳＯ／ＤＩＳ ６５０７—３：２００５金属材料维氏硬度试验 偏差ｂ是校验硬度计５点压痕平均值与标准块 第３部分：标准硬度块的标定， 的标称值之差，它可以计人不确定度的分量计算。 １．４不确定度 附录Ｂ（资料性附录）硬度标准块的测量不确 定度。 本文按国际标准ＩＳＯ／ＤＩＳ６５０７：１—２００５（Ｅ）中 用方根合法（ＲＳＳ）得到合成不确定度，扩展不 确定度 用ｕ 乘以包含因子ｋ得到，Ｕ＝ｋｕ ，ｋ＝２。 介绍的无偏差法和偏差修正法对维氏硬度测量值 进行了不确定度评定、对比和讨论。 ２维氏硬度测量值不确定度评定 ２．１无偏差法（方法１简称Ｍ１） 无偏差法是简化法，此方法不从硬度计系统偏 １ 国际标准对不确定度的通用要求 １．１不确定度的完整评定应按照ＩＳＯ“测量不 ２００８年８月１８日收到 差角度考虑，只要被检硬度计与标准块硬度值之差 在允许误差范围之内，则不修正而直接带入规定极 限值，用“ 作为不确定分量，采用标准规定的洛氏 ６０９８ 科学技术与工程 ８卷 硬度计最大允许误差计算此项不确定度分量。 扩展不确定度按下式计算： Ｕ：ｋ√“ ＋ｕ ＲＭ＋ ２ ６＋“ ＋“ 。 检测结果用下式表示： ： ±Ｕ。 ２．２偏差修正法（方法２简称Ｍ２） 误差ｂ期望值为系统误差，在“测量不确定度 指示指南”中建议使用修正，以便对系统误差进行 调整。误差限ｕ 不再加入不确定计算中，但全部硬 度测量值必须通过ｂ或 。 修正使用硬度计系统偏 差，用ｕ 作为不确定分量，即测得的平均值与标准 块值之差作为此项不确定度分量。 修正扩展不确定度按下式计算： Ｕ 。 ＝ｋ￣／ｕ ＋ｕ２Ｈ ６＋“； ＋“ ＋“ ６。 测量结果用下式之一表示： Ｘ＝（ ＋ｂ）±Ｕｅ。 或Ｘ＝ ±（Ｕｃ。 ＋ｌ ｂ １）。 ２．３不确定度分量的评定 根据ＩＳＯ／ＤＩＳ ６５０７一ｌ：２００５金属材料维氏硬 度试验方法，在２８￣Ｃ环境条件下，使用ＷＯＬＰＥＲＴ ４０１ＭＶＤ显微维氏硬度计，对标准显微维氏硬度块 （３１８ＨＶ１）及不锈钢样品及进行硬度试验，获取评 定所需测量数据，并对上述方法所要求之不确定度 分量进行评定。 （１）／ＺＥ一允许误差不确定度 兰墨 — ，冗讦误爱允许误差不－＇１确定度 、俑楚发ｕＥ ：２ 按 ｒ琢 ＩＳ０／ＤＩＳ６５０７－－２：２００５，表５查出该硬度计测量ＨＶ１ 时示值误差的最大允许值“ ，＝０．０４， ＝３１８， 则“Ｅ： ：４．５４。 （２）“ 一标准块不确定度。 标准显微维氏硬度块的检定证书指出此标块 的标称值为３１８ＨＶ１，并说明按包含因子ｋ＝２给出 的扩展不确定度Ｕ￣＜６ＨＶ１，则标准硬度块的标准不 确定度为： ／Ｚ ｃＲＭ ： 下，，ｕｃ ＲＭ ： — 一 ：３．Ｏ０，·， （３） 一测定标准块时硬度计的标准不确定度 ∑Ｈｉ 弘一标准块的硬度测量平均值，Ｈ＝ ， Ｓ 一标准硬度块的标准偏差， ５ ＝√ ∑（ 一 示例：①３２０—３ ｌ ９—３２０—３２０—３２２， Ｈ１＝３２０．２，Ｓ棚＝０．９８。 ②３１８—３１９—３１９＿３１９＿３２０， ３１９．０，Ｓ ＝０．６３。 按ＩＳ０／ＤＩＳ６５０７—２：２００５，５．９．，取其中较大的 数值，则Ｓ ＝０．９８。 ｎ：５， ｌ－１４， 面： ： √ｎ √） ０．５０。 （４）“：一测定不锈钢样品的标准不确定度， 测定不锈钢样品的硬度平均值。 ∑ 示例：①３８５—３８２—３８６—３８６—３８２， 厂 —— ————一 ３８４·２ √ （ ·８３。 ｕ ： ，凡：５， ．１４，则ｕ：： ： √ √） ０．９３。 （５）“ 一与压痕长度测量系统分辨力相应的 标准不确定度， 一ｏ．０００ … 未３８４．２， ｄ＝０．０６５ ｍｍ，Ｍ ＝０．３４。 （６）Ｕｂ一６的标准不确定度（仅在第２组测量 之后测定）， ６一硬度计与标定值的偏差， 标准规定，ｂ值不应大于０．８ｕ ，即３．６３。 ｂ＝Ｈ一 ＲＭ， ｂｌ：３２０．２—３１８＝２．２，ｂ２＝３１９—３１８＝１．０，取 其平均值则６＝１．６。 ２２期 邱南曦：国际标准中维氏硬度测量不确定度的评定及分析 ６０９９ Ｓ 一偏差ｂ的标准偏差， 厂 —— ———一 ２，．ｓ √ 一 ＿０·８５， ｕ６： ，ｎ ：２， ：１．８４，“６：１．１１。 √ｎ 注：在不确定度ｕ 中， ＝２，不包括ｂ长时间 变化的影响，因此增加测量数是必要的。 ２．４扩展不确定度的评定 （１） 一扩展不确定度， ｋ＝２， Ｕ＝ ｋ￣／ｕ ＋ ２ｃＲＭ＋ ２ ６＋ｕ ＋ｕ２ｍ＝ １１．１。 （２）Ｕｏ。 经修正的扩展不确定度， ｋ＝２，Ｕｃ。ｒｒ＝ｋ￣／ｕ ＲＭ＋Ｍ ２ ６＋ ＋ ＋“：６： ６．７８。 ２．５检测结果的表示 （１） 一检测结果， Ｘ＝ ±Ｕ＝（３８４．２±１１．１）ＨＶ１（Ｍ１）。 （２）Ｘ…经修正的检测结果， Ｘ＝（ ＋ｂ）±Ｕｃ。 ＝（３８５．８±６．７８）／－／Ｖ１（Ｍ２）。 （３）Ｘ 。 一经修正不确定度的检测结果， Ｘ 。 ＝ ±（ｕ 。 ＋ｌ ｂ Ｉ）＝（３８４．２±８．３８）ＨＶ１ （Ｍ２）。 ３讨论及分析 ３．１ 维氏标准硬度块的不确定度 按照计量传递程序，标准硬度块的硬度值是用 标准硬度计标定的，其硬度值仍受到标准硬度计的 误差和稳定性、压痕宽度、测量仪器等影响，因此维 氏硬度标准块的不确定度＂ＣＲＭ不能忽略。 ３．２校准硬度计时的不确定度 ＩＳＯ／ＤＩＳ ６５０７一ｌ中用ｕ膏表示，用标准硬度块 多次测量数据的标准偏差计算。此分量包括硬度 计重复性与标准块不均匀性复合产生的不确定度。 ３．３硬度计复现性引起的标准不确定度 硬度计在长时间使用中性能会发生改变，在此 期间，试验人员和试验环境均会改变硬度计性能， 因此要用长期检测的多组数据监督硬度计的性能， 方法是对同一试块进行定期的日常检测，通过每组 检测平均值的标准偏差计算不确定度。此项分量 在ＩＳＯ／ＤＩＳ ６５０７—１中用ｕｂ表示。 ３．４测定试样硬度值的标准不确定度 ＩＳＯ／ＤＩＳ ６５０７—１中用“：表示，在试样上测量 多点硬度值，求出标准偏差后计算试样的标准不确 定度。实际上是硬度计重复性及材料均匀性复合 产生的不确定度，即在相同试验条件下以试样连续 几次测量的平均值为依据确定的此项分量，反映的 是硬度计稳定性和试验材料均匀性的综合影响。 ３．５压痕长度测量仪器分辨力引起的标准不确定度 在ＩＳＯ／ＤＩＳ ６５０７—１中，测量试样的维氏硬度 时压痕测深仪器分辨力产生的标准不确定度用ｕ 表示，分辨力用压痕宽度表示，确定此分量时是按 均匀分布计算的。 ３．６校准偏差ｂ的纳入 当用标准硬度块对维氏硬度计作间接校准时， 测量平均值与标准值之差即为偏差ｂ，在ＩＳＯ／ ＤＩＳ６５０７—１的偏差修正法中有两种表示方式，一种 方式是将偏差ｂ纳入硬度测量值中，得到的是经修 正的扩展不确定度；另一种方式是将偏差ｂ纳入扩 展不确定度中，得到的是经修正的测量不确定度。 实际计算结果表明，两种方法得到的结果极其相近。 ３．７偏差修正 从维氏硬度试验的过程来看，采用偏差修正法 更能准确评定间接校准方式下的硬度测量结果，建 议使用偏差修正法来评定金属材料维氏硬度本确 定度。 参考文献 １ ＩＳＯ／ＤＩＳ ６５０７：２００５金属材料维氏硬度试验方法 ６ｌｏ０ 科学技术与工程 ８卷 Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＩＳＯ Ｓｔａｎｄａｒｄ’Ｓ Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ｉｎ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｖｉｃｋｅｒｓ Ｈａｒｄｎｅｓｓ ＱＩＵ Ｎｎａｎ—ｘｉ （Ｉｎｓｐｅｃｆｉｎ＆Ｑｕａｍｔａｉｎｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｘｉａｍｅｎ Ｅｎｔｒｙ—Ｅｘｉｔ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｑｕａｒａｎｔｉｎｅ Ｂｕｒｅａｕ，Ｘｉａｍｅｎ ３６１０１２，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｏｆ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ｉｎ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ—Ｖｉｃｋｅｒｓ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ＩＳＯ／ＤＩＳ６５０７—１：２００５ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｎｄ ｆｕｒｔｈｅｒ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｍａｄｅ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ Ｖｉｃｋｅｒｓ Ｈａｒｄｎｅｓｓ ｅｖａｌｎｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｐ ｐ （上接第６０９６页） Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ Ｌｉｎｅａｒ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ Ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｍｅａｓｕｒａｂｌｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｔｒｅｅｔ Ｔｒｅｅｓ Ｌａｎｄｓｃａｐｅ Ａｔｔｒａｃｔｉ ０ｎ ＺＨＡＮＧ Ｙｉ．ｃｈｕａｎ，ＬＩ Ｃｈｕａｎ—ｘｉａ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＬａｎｄｓｃａｐｅ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆＨｅｎａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ４５３００３，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ； Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｓｏｃｉａｌ Ｗｏｒｋ ＣｏＨｅｇｅ ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０００４ Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ ２２ ｕｒｂａｎ ｓｔｒｅｅｔ ｔｒｅｅｓ ｆｒｏｍ ｒ１一ｒ２２ ｗｅｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｉｎ Ｘｉｎｘｉａｎｇ Ｃｉｔｙ．Ｆｉｖｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｓｈａｄｅ （ １），ｓｈａｐｅ（ ２），ｃｏｌｏｒ（ ３），ｆａｓｔｎｅｓｓ（ ４），ｔｒｅｅ ｃｒｏｗｎ（ｘ５）ｗｅｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ．Ｏｎｅ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｍｐａｃｔ ｆａｃｔｏｒｓ（ ）ａｎｄ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ（Ｙ）ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ａｎａｌ— ｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ ｌｉｎｅａｒ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｉｓ Ｙ＝一１．２１３＋０．５１８ｘ１＋０．２３５ ２＋０．１５１ｘ３＋０．０７ｘ４＋ ０．１４４ｘ５，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｓｏｒｔｉｎｇ ａｓ １＞ ２＞ ３＞ ５＞ ４． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ ｓｔｒｅｅｔ ｔｒｅｅｓ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒａｂｌｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ