Q235钢抗拉强度测量不确定度评定

刘佳兴, 李叶平, 谢先娇

[国家焊剂产品质量监督检验中心(湖南)， 永州 425000]

金属材料的力学性能主要取决于所用材料本身的组织结构及化学成分,在金属材料力学性能的有关试验中，拉伸试验是最为重要的,同时也是评价金属材料力学性能最有效和最常用的一种方法，拉伸试验能够较为准确地反映材料本身所具有的基本属性，具有可靠、快速和简便的特点。金属材料拉伸试验属于破坏性试验的一种，由于其具有不可重复性，加上众多的外界影响因素和金属材料本身的不均匀性，因此金属材料拉伸试验得到的数据具有相当的分散性。为了全面评估试验数据，从而对材料作出适当的评价，有必要对试验得到的数据进行不确定度评定[1-5]。按照拉伸试验的基本要求，对Q235钢(抗拉强度Rm=580 MPa)进行了测量不确定度评定，最终得出95%置信度下该材料的抗拉强度。

1 试验依据与试验原理

依据GB/T 228.1—2010《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》的要求 ，在规定环境条件(试验温度23 ℃±5 ℃)下，选用精度优于1级的试验机在规定的加载速率下，对金属试样施加轴向拉力，测量拉伸过程中试样拉断时所承受的最大拉力Fmax以及被测金属试样横截面积S0，从而得到抗拉强度Rm。

2 数学模型

抗拉强度的数学模型如下

(1)

式中:Rm为抗拉强度，MPa；Fmax为拉伸试验中的最大拉力，N；S0为试样横截面积，mm2。

3 测量相关参数

试样采用直径为12.5 mm的圆形截面加工试样，其抗拉强度为580 MPa，在(23±5) ℃的条件下进行拉伸试验，试样的直径采用允差为±0.02 mm的游标卡尺测量， 最大拉力Fmax采用精度等级为1级的微机液压万能试验机测量。

4 不确定度来源分析

依据金属材料抗拉强度的试验过程，认为抗拉强度测量不确定度的来源主要包括：①试验机精度引入的不确定度分量，微机液压万能试验机精度±1%；②试样重复性检测引入的不确定度分量，通过大量重复试验可以得出；③试验结果数据修约引入的不确定度分量，试验结果数据修约到1 MPa；④试样的横截面积测量引入的不确定度分量，测量横截面积使用的游标卡尺允差为±0.02 mm；⑤拉伸速率，试样拉伸过程中的速率对测试结果会有影响，参考GB/T 228.1—2010附录L,拉伸速率的影响为±5 MPa。

5 量化不确定度

5.1 试验机精度引入的不确定度分量urelf

5.2 试样的重复性检测引入的不确定度urels

表1 Q235钢抗拉强度试验结果Tab.1 Tensile strength test results of Q235 steel MPa

计算出标准不确定度S及相对标准差RSD。

5.3 试验结果数值修约引入的不确定度urelx

5.4 试样横截面积测量引入的不确定度urela

5.5 拉伸速率引入的不确定度urelv

6 合成不确定度

7 相对扩展不确定度

取95%的置信度，包含因子k=2，故相对扩展不确定度为Ur=2urelc=2×0.77%=1.6%。

8 测量不确定度报告

该Q235钢的抗拉强度为580 MPa，则其测量不确定度报告可表示为Rm= 580×(1±1.6%)=(580±9) MPa，k=2。