Codeofchina.com is in charge of this English translation. In case of any doubt about the English translation, the Chinese original shall be considered authoritative.
GB/T 231 consists of the following parts, under the general title Metallic materials - Brinell hardness test:
——Part 1: Test method;
——Part 2: Verification and calibration of testing machines;
——Part 3: Calibration of reference blocks;
——Part 4: Table of hardness values.
This is Part 1 of GB/T 231.
This part is developed in accordance with the rules given in GB/T 1.1-2009.
This part replaces GB/T 231.1-2009 Metallic materials - Brinell hardness test - Part 1: Test method. Compared with GB/T 231.1-2009, the main technical changes in this standard are as follows:
——JJG 150 The metallic Brinell hardness testing machines is added for reference (see Clause 5);
——Requirement "prior to test, the state of hardness testing machine shall be verified according to Annex B" is added (see 7.2);
——"If the diameter of the indentation lies outside these limits, the ratio of indentation diameter to indenter diameter (d/D) shall be stated in the test report" is added (see 7.4);
——Requirement "the optical measurement of the indentation diameter may be performed with either a manual or an automatic measuring system" is specified (see 7.9; 7.8 of Edition 2009);
——The rounding requirement for hardness result is added (see 7.10; 7.9 of Edition 2009);
——Annex B is revised from informative to normative (see Annex B; Annex A of Edition 2009);
——The content related to uncertainty of the measured hardness values is modified (see Annex C).
This part is modified in relation to ISO 6506-1: 2014 Metallic materials - Brinell hardness test - Part 1: Test method.
This part has basically consistent structure with ISO 6506-1: 2014. Technical differences between this part and ISO 6506-1: 2014 are marked with perpendicular single line (|) in the outside page margin of the provisions concerned. Compared with ISO 6504-1: 2014, technical differences and their reasons are as follows:
——The adjustment in "Normative References" of this part has technical differences to meet the technical specification in China; the adjustment situations are embodied in a concentrated way in Clause 2 - "Normative references" and the specific adjustments are as follows:
? ISO 6506-2 is replaced by GB/T 231.2 modified by adopting international standard (see Clause 5 and Annex A);
? ISO 6506-3 is replaced by GB/T 231.3 modified by adopting international standard (see Annex A);
? GB/T 231.4 identical to the international standard is used to replace ISO 6506-4 (see 7.10);
? GB/T 9097 identical to the international standard is used to replace ISO 4498 (see Table 3);
? JJG 150 is added for reference (see Clause 5).
The following editorial changes are also made in this part:
——Annexes A and B are adjusted in the order in which they appear in the standard.
This part was proposed by China Iron and Steel Association.
This part is under the jurisdiction of the National Technical Committee on Iron and Steel of Standardization Administration of China (SAC/TC 183).
The previous editions of this part are as follows:
——GB/T 231-1962, GB/T 231-1984, GB/T 231.1-2002 and GB/T 231.1-2009.
Metallic materials - Brinell hardness test - Part 1: Test method
1 Scope
This part of GB/T 231 specifies the principle, symbols and definitions, apparatus, test piece, procedure, uncertainty of the results and test report for Brinell hardness test of metallic materials.
This part is applicable to both fixed location and portable hardness testing machines. Brinell hardness test of special materials or products may be conducted by reference to GB/T 9097 and this part.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
GB/T 231.2-2012 Metallic materials - Brinell hardness test - Part 2: Verification and calibration of testing machines (GB/T 231.2-2012, ISO 6506-2: 2005, MOD)
GB/T 231.3 Metallic materials - Brinell hardness test - Part 3: Calibration of reference blocks (GB/T 231.3-2012, ISO 6506-3: 2005, MOD)
GB/T 231.4 Metallic materials - Brinell hardness test - Part 4: Tables of hardness values (GB/T 231.4-2009, ISO 6506-4: 2005, IDT)
GB/T 9097 Sintered metal materials, excluding hardmetals - Determination of apparent hardness and microhardness (GB/T 9097-2016, ISO 4498: 2010, IDT)
JJG 150 The Metallic Brinell Hardness Testing Machines
3 Principle
3.1 An indenter (tungsten carbide alloy indenter with diameter, D) is forced into the surface of a test piece and, after removal of the force, F, the diameter of the indentation, d, left in the surface is measured.
3.2 The Brinell hardness is proportional to the quotient obtained by dividing the test force by the curved surface area of the indentation. The indentation is assumed to take the shape of the unloaded ball indenter, and its surface area is calculated from the mean indentation diameter and the ball diameter, using the formula given in Table 1.
Figure 1 Principle of test
4 Symbols and definitions
4.1 See Figure 1 and Table 1.
Table 1 Symbols and definitions
Symbol Definition Unit
D Diameter of the ball mm
F Test force N
d Mean diameter of the indentation,
mm
d1, d2 Indentation diameters measured at approximately 90° mm
h Depth of indentation,
mm
HBW
0.102×F/D2 Force-diameter index N/mm2
Note: constant=0.102≈ , where 9.80665 is the conversion factor from kgf to N, in s/m2.
4.2 The following is an example of the designation of Brinell hardness, HBW:
Example:
5 Test apparatus
5.1 Hardness testing machine
The hardness testing machine shall be capable of applying a predetermined test force or test forces within the range of 9.807N to 29.42kN, in accordance with GB/T 231.2 or JJG 150.
5.2 Indenter
The tungsten carbide alloy indenter shall comply with the requirements of GB/T 231.2 or JJG 150.
5.3 Indentation measuring device
The indentation measuring device shall comply with the requirements of GB/T 231.2 or JJG 150.
6 Test piece
6.1 The test shall be carried out on a surface which is smooth and even; free from oxide scale, foreign matter, and, in particular, free from lubricants. The test piece shall have a surface finish that will allow an accurate measurement of the diameter of the indentation.
Note: for indentations made with the smaller ball indenters, it might be necessary to polish or lap the surface of test piece.
6.2 Preparation shall be carried out in such a way that any alteration of the surface, for example, due to excessive heating or cold-working, is minimized.
6.3 The thickness of the test piece shall be at least eight times the depth of indentation. Values for the minimum thickness of the test piece in relation to the mean diameter of indentation are given in Annex A. After test, visible deformation at the back of the test piece can indicate that the test piece is too thin.
7 Test procedure
7.1 In general, the test shall be carried out at ambient temperature within the limits of 10℃~35℃. For the tests requiring strictly on temperature, the temperature is 23℃±5℃.
7.2 Prior to test, the state of hardness testing machine shall be verified according to Annex B.
7.3 The test forces given in Table 2 shall be used. Other test forces and force-diameter indices may also be used by special agreement.
Foreword i
1 Scope
2 Normative references
3 Principle
4 Symbols and definitions
5 Test apparatus
6 Test piece
7 Test procedure
8 Uncertainty of results
9 Test report
Annex A (Normative) Minimum thickness of the test piece in relation to the mean diameter of indentation
Annex B (Normative) Procedure for periodic checking of the hardness testing machine by the user
Annex C (Informative) Uncertainty of the measured hardness values
Bibliography
ICS 77.040.10
H 22
中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)
GB/T 231.1—2018
代替GB/T 231.1—2009
金屬材料 布氏硬度試驗(yàn)
第1部分：試驗(yàn)方法
Metallic materials—Brinell hardness test—Part 1：Test method
(ISO 6506—1：2014，MOD)
2018-05-14發(fā)布 2019-02-01實(shí)施
國家市場監(jiān)督管理總局
中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會
發(fā)布
前言
GB/T 231《金屬材料 布氏硬度試驗(yàn)》分為4個(gè)部分：
——第1部分：試驗(yàn)方法；
——第2部分：硬度計(jì)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)；
——第3部分：標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的標(biāo)定；
——第4部分：硬度值表。
本部分為GB/T 231的第1部分。
本部分按照GB/T 1.1—2009給出的規(guī)則起草。
本部分代替GB/T 231.1—2009《金屬材料 布氏硬度試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法》，與GB/T 231.1—2009相比，主要技術(shù)變化如下：
——增加了引用JJG 150《金屬布氏硬度計(jì)》(見第5章)；
——增加了“試驗(yàn)前應(yīng)按照附錄B核查硬度計(jì)的狀態(tài)”要求(見7.2)；
——增加了“如果壓痕直徑超出了上述區(qū)間，應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中注明壓痕直徑與壓頭直徑的比值d/D”(見7.4)；
——明確了壓痕直徑的光學(xué)測量既可采用手動也可采用自動測量系統(tǒng)(見7.9，2009年版的7.8)；
——增加了硬度結(jié)果的修約要求(見7.10，2009年版的7.9)；
——修改資料性附錄B為規(guī)范性附錄(見附錄B，2009版的附錄A)；
——修改了硬度值測量不確定度的相關(guān)內(nèi)容(見附錄C)。
本部分使用重新起草法修改采用ISO 6506-1：2014《金屬材料 布氏硬度試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法》。
本部分結(jié)構(gòu)與ISO 6506-1：2014基本一致。本部分與ISO 6506-1：2014相比存在技術(shù)差異，這些差異涉及的條款已通過在其外側(cè)頁邊空白位置的垂直單線(|)進(jìn)行了標(biāo)識，本部分與ISO 6504-1：2014的技術(shù)差異及其原因如下：
——關(guān)于規(guī)范性引用文件，本部分做了具有技術(shù)性差異的調(diào)整，以適應(yīng)我國的技術(shù)條件，調(diào)整的情況集中反映在第2章“規(guī)范性引用文件”中，具體調(diào)整如下：
● 用修改采用國際標(biāo)準(zhǔn)的GB/T 231.2代替了ISO 6506-2(見第5章和附錄A)；
● 用修改采用國際標(biāo)準(zhǔn)的GB/T 231.3代替了ISO 6506-3(見附錄A)；
● 用等同采用國際標(biāo)準(zhǔn)的GB/T 231.4代替了ISO 6506-4(見7.10)；
● 用等同采用國際標(biāo)準(zhǔn)的GB/T 9097代替了ISO 4498(見表3)；
● 增加引用了JJG 150(見第5章)。
本部分還做了如下編輯性修改：
——將附錄A和附錄B按在標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)的順序進(jìn)行了調(diào)整。
本部分由中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會提出。
本部分由全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC 183)歸口。
本部分所代替標(biāo)準(zhǔn)的歷次版本發(fā)布情況為：
——GB/T 231—1962，GB/T 231—1984，GB/T 231.1—2002，GB/T 231.1—2009。
金屬材料 布氏硬度試驗(yàn)
第1部分：試驗(yàn)方法
1 范圍
GB/T 231的本部分規(guī)定了金屬材料布氏硬度試驗(yàn)的原理、符號及說明、試驗(yàn)設(shè)備、試樣、試驗(yàn)程序、結(jié)果的不確定度和試驗(yàn)報(bào)告。
本部分適用于固定式布氏硬度計(jì)和便攜式布氏硬度計(jì)。特殊材料或產(chǎn)品的布氏硬度試驗(yàn)，可參考GB/T 9097和本部分。
2規(guī)范性引用文件
下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。
GB/T 231.2—2012金屬材料 布氏硬度試驗(yàn) 第2部分：硬度計(jì)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)(GB/T 231.2—2012，ISO 6506-2：2005，MOD)
GB/T 231.3金屬材料 布氏硬度試驗(yàn) 第3部分：標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的標(biāo)定(GB/T 231.3—2012，ISO 6506-3：2005，MOD)
GB/T 231.4金屬材料 布氏硬度試驗(yàn) 第4部分：硬度值表(GB/T 231.4—2009，ISO 6506—4：2005，IDT)
GB/T 9097燒結(jié)金屬材料(不包括硬質(zhì)合金)表觀硬度和顯微硬度的測定(GB/T 9097—2016，ISO 4498：2010，IDT)
JJG 150金屬布氏硬度計(jì)
3 原理
3.1 對一定直徑D的碳化鎢合金球施加試驗(yàn)力F壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測量試樣表面壓痕的直徑d。
3.2布氏硬度與試驗(yàn)力除以壓痕表面積的商成正比。壓痕被看作是卸載后具有一定半徑的球形，壓痕的表面積通過壓痕的平均直徑和壓頭直徑按照表1的公式計(jì)算得到。
圖1試驗(yàn)原理
4符號及說明
4.1 符號及說明見表1及圖1。
表1符號及說明
符號 說 明 單位
D 球直徑 mm
F 試驗(yàn)力 N
d 壓痕平均直徑，
mm
d1，d2 在兩相互垂直方向測量的壓痕直徑 mm
h 壓痕深度，
mm
HBW
0.102×F/D2 試驗(yàn)力-球直徑平方的比率 N/mm2
注：常數(shù)=0.102≈ ，9.806 65是從kgf到N的轉(zhuǎn)換因子，單位為秒每平方米。
4.2布氏硬度HBW表達(dá)方法示例如下：
示例：
試驗(yàn)力保持時(shí)間(20 s)，如果不在規(guī)定的時(shí)間范圍(10 s～15 s)
施加的試驗(yàn)力對應(yīng)的kgf值，30 kgf＝294.2 N
球直徑，單位為毫米
硬度符號
布氏硬度值
5試驗(yàn)設(shè)備
5.1 硬度計(jì)
硬度計(jì)應(yīng)符合GB/T 231.2或JJG 150規(guī)定，應(yīng)能施加預(yù)定試驗(yàn)力或9.807 N至29.42 kN范圍內(nèi)的試驗(yàn)力。
5.2 壓頭
碳化鎢合金壓頭應(yīng)符合GB/T 231.2或JJG 150的規(guī)定。
5.3壓痕測量裝置
壓痕測量裝置應(yīng)符合GB/T 231.2或JJG 150的規(guī)定。
6試樣
6.1試樣表面應(yīng)平坦光滑，且不應(yīng)有氧化皮及外界污物，尤其不應(yīng)有油脂。試樣表面應(yīng)能保證壓痕直徑的精確測量。
注：對于使用較小壓頭，有可能需要拋光或磨平試樣表面。
6.2制備試樣時(shí)，應(yīng)使過熱或冷加工等因素對試樣表面的影響減至最小。
6.3試樣厚度至少應(yīng)為壓痕深度的8倍。試樣最小厚度與壓痕平均直徑的關(guān)系見附錄A。試驗(yàn)后，試樣背部如出現(xiàn)可見變形，則表明試樣太薄。
7試驗(yàn)程序
7.1試驗(yàn)一般在10℃～35℃室溫下進(jìn)行，對于溫度要求嚴(yán)格的試驗(yàn)，溫度為23℃±5℃。
7.2試驗(yàn)前應(yīng)按照附錄B核查硬度計(jì)的狀態(tài)。
7.3本部分規(guī)定的試驗(yàn)力見表2。如果有特殊協(xié)議，也可采用其他試驗(yàn)力和力與球直徑平方的比率。
表2不同條件下的試驗(yàn)力
硬度符號 硬質(zhì)合金球直徑
D
mm 試驗(yàn)力-球直徑平方的比率
0.102×F/D2
N/mm2 試驗(yàn)力的標(biāo)稱值
F
N
7.4試驗(yàn)力的選擇應(yīng)保證壓痕直徑在0.24D～0.6D之間。如果壓痕直徑超出了上述區(qū)間，應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中注明壓痕直徑與壓頭直徑的比值d/D。試驗(yàn)力一壓頭球直徑平方的比率(0.102F/D2比值)應(yīng)根據(jù)材料和硬度值選擇，見表3。為了保證在盡可能大的有代表性的試樣區(qū)域試驗(yàn)，應(yīng)盡可能地選取大直徑壓頭。
表3不同材料推薦的試驗(yàn)力與壓頭球直徑平方的比率
材 料 布氏硬度
HBW 試驗(yàn)力-球直徑平方的比率
0.102×F/D2
N/mm2
鋼、鎳基合金、鈦合金 30
鑄鐵a <140 10
≥140 30
表3(續(xù))
材 料 布氏硬度
HBW 試驗(yàn)力-球直徑平方的比率
0.102×F/D2
N/mm2
銅和銅合金 <35 5
35～200 10
>200 30
輕金屬及其合金 <35 2.5
35～80 5
10
15
>80 10
15
鉛、錫 1
燒結(jié)金屬 依據(jù)GB/T 9097
a 對于鑄鐵，壓頭的名義直徑應(yīng)為2.5 mm、5 mm或10 mm。
7.5試樣應(yīng)放置在剛性試臺上。試樣背面和試臺之間應(yīng)無污物(氧化皮、油、灰塵等)。將試樣穩(wěn)固地放置在試臺上，確保在試驗(yàn)過程中不發(fā)生位移。
7.6使壓頭與試樣表面接觸，垂直于試驗(yàn)面施加試驗(yàn)力，直至達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)力值，確保加載過程中無沖擊、振動和過載。從加力開始至全部試驗(yàn)力施加完畢的時(shí)間應(yīng)在7 s之間。試驗(yàn)力保持時(shí)間為14 s。對于要求試驗(yàn)力保持時(shí)間較長的材料，試驗(yàn)力保持時(shí)間公差為±2 s。
注：加力時(shí)間和保持時(shí)間以非對稱極限的形式給出。例如7 s指出了7 s是通常的保持時(shí)間，可以接受的時(shí)間范圍是不小于2 s(7 s-5 s)，不大于8 s(7 s+1 s)。
7.7在整個(gè)試驗(yàn)期間，硬度計(jì)不應(yīng)受到影響試驗(yàn)結(jié)果的沖擊和振動。
7.8任一壓痕中心距試樣邊緣距離至少應(yīng)為壓痕平均直徑的2.5倍；兩相鄰壓痕中心間距離至少應(yīng)為壓痕平均直徑的3倍。
7.9壓痕直徑的光學(xué)測量既可采用手動也可采用自動測量系統(tǒng)。光學(xué)測量裝控的視場應(yīng)均勻照明，照明條件應(yīng)與硬度計(jì)直接校準(zhǔn)、間接校準(zhǔn)和日常檢查一致。兩種測量方法如下：
a) 對于手動測量系統(tǒng)，測量每個(gè)壓痕相互垂直方向的兩個(gè)直徑。用兩個(gè)讀數(shù)的平均值計(jì)算布氏硬度。對于表面研磨的試樣，建議在與磨痕方向夾角大約45°方向測量壓痕直徑；
注：注意對于各向異性材料，例如經(jīng)過深度冷加工的材料，壓痕垂直方向的兩個(gè)直徑可能會有明顯差異。相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)可能會給出允許的差異極限值。
b)對于自動測量系統(tǒng)，允許按照其他經(jīng)過驗(yàn)證的算法計(jì)算平均直徑。這些算法包括：
——多次測量的平均值；
——測量壓痕投影面積。
7.10利用表1中給出的公式計(jì)算平面試樣的布氏硬度值，將試驗(yàn)結(jié)果修約到3位有效數(shù)字。布氏硬度值也可通過GB/T 231.4給出的硬度值表直接查得。
8結(jié)果的不確定度
8.1對于完整的不確定度評定可參考參考文獻(xiàn)[1]和[2]進(jìn)行。
8.2對于硬度試驗(yàn)，與來源類型無關(guān)，有以下兩種測量不確定度評定方法供選擇：
——基于對直接校準(zhǔn)中出現(xiàn)的所有相關(guān)不確定度分量的評定[3]；
——基于標(biāo)準(zhǔn)硬度塊(有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))進(jìn)行間接校準(zhǔn)，評定方法參見附錄C[3]、[4]、[5]、[6]。
8.3所有識別出的分量對不確定度的貢獻(xiàn)不一定總能量化。在這種情況下，對A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的估算可以通過對試樣重復(fù)試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)分析獲得。對A類和B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成時(shí)，應(yīng)注意各分量的貢獻(xiàn)不重復(fù)計(jì)算[2]。
9試驗(yàn)報(bào)告
除非另有規(guī)定，試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)至少包括以下內(nèi)容：
a)GB/T 231的本部分編號；
b)有關(guān)試樣的詳細(xì)描述；
c) 試驗(yàn)日期；
d)如果試驗(yàn)溫度不在10℃～35℃之間，應(yīng)注明試驗(yàn)溫度；
e) 如果比值不在0.24～0.60之間，壓痕直徑與壓頭直徑的比；
f) 按照4.2的格式報(bào)告試驗(yàn)結(jié)果；
g) 當(dāng)轉(zhuǎn)換成另一硬度標(biāo)尺的硬度值時(shí)，轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)注明；
注：沒有普遍適用的精確方法將布氏硬度值換算成其他硬度或抗拉強(qiáng)度。
h)不在本部分規(guī)定之內(nèi)的額外要求；
i) 影響試驗(yàn)結(jié)果的各種細(xì)節(jié)。
附 錄A
(規(guī)范性附錄)
壓痕平均直徑與試樣最小厚度關(guān)系表
試樣壓痕平均直徑與試樣最小厚度關(guān)系見表A.1。
?
表A.1 試樣最小厚度 單位為毫米
壓痕的平均直徑d 試樣的最小厚度
D＝1 D＝2.5 D＝5 D＝10
附 錄B
(規(guī)范性附錄)
使用者對硬度計(jì)的日常檢查
B.1 使用者應(yīng)在當(dāng)天使用硬度計(jì)之前，對其使用的硬度標(biāo)尺和范圍進(jìn)行檢查。
B.2 日常檢查應(yīng)在按照GB/T 231.3標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)硬度塊上至少打一個(gè)壓痕。如果測量的硬度(平均)值與標(biāo)準(zhǔn)硬度塊標(biāo)準(zhǔn)值的差值在GB/T 231.2—2012中表2和表3給出的允許誤差之內(nèi)，則硬度計(jì)被認(rèn)為是滿意的。如果超出，應(yīng)檢查壓頭、試臺和硬度計(jì)的狀態(tài)是否良好后再重復(fù)試驗(yàn)。如果硬度計(jì)仍舊超差應(yīng)按照GB/T 231.2進(jìn)行校準(zhǔn)。
注：所測數(shù)據(jù)建議保存一段時(shí)間，以便監(jiān)控硬度計(jì)的再現(xiàn)性和測量設(shè)備的穩(wěn)定性。
附 錄C
(資料性附錄)
硬度值測量的不確定度
C.1 通常要求
本附錄定義的不確定度只考慮硬度計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)硬度塊相關(guān)測量的不確定度。這些不確定度反映了所有分量不確定度的組合影響(間接校準(zhǔn))。由于本方法要求硬度計(jì)的各個(gè)獨(dú)立部件均在其允許偏差范圍內(nèi)正常工作，故強(qiáng)烈建議在硬度計(jì)通過直接校準(zhǔn)一年內(nèi)采用本方法計(jì)算。
圖C.1顯示用于定義和區(qū)分各硬度標(biāo)尺的四級的計(jì)量朔源鏈的結(jié)構(gòu)圖。朔源鏈起始于用于定義國際比對的各硬度標(biāo)尺的國際基準(zhǔn)。一定數(shù)量的國家基準(zhǔn)—基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)硬度計(jì)“定值”校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室用基礎(chǔ)參考硬度塊。當(dāng)然，基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)硬度計(jì)應(yīng)當(dāng)在盡可能高的準(zhǔn)確度下進(jìn)行直接檢定和校準(zhǔn)。
國際基準(zhǔn)
國際比對
國際定義
國家基準(zhǔn)
基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)硬度計(jì)
直接校準(zhǔn)
校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室級別
(標(biāo)準(zhǔn)硬度計(jì)通過了按GB/T 231.3進(jìn)行的直接檢驗(yàn)和間接檢驗(yàn))
基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)硬度塊
校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)硬度計(jì)
用戶級別
標(biāo)準(zhǔn)碰度塊
工作硬度計(jì)
(硬度計(jì)通過了按GB/T 231.2進(jìn)行的直接檢驗(yàn)和間接檢驗(yàn))
測量
(按照GB/T 231.1規(guī)定的試驗(yàn)方法測量)
可靠的硬度值
圖C.1 硬度標(biāo)尺的定義和量值傳遞圖
測量的不確定度分析是一種非常有用的工具，可以幫助使用者找到誤差源和理解試驗(yàn)結(jié)果的不同之處。本附錄給出了不確定度的評定指南，但得出的數(shù)值僅供參考，除非客戶特別指定。
大多數(shù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)給出的誤差范圍，是在過去的多年中以產(chǎn)品性能要求為基礎(chǔ)而確定的，另外，還有一部分產(chǎn)品是根據(jù)硬度試驗(yàn)所用硬度計(jì)的性能而確定的。因此，這些誤差包含了由于硬度測量的不確定度貢獻(xiàn)，由這一不確定度而帶來的進(jìn)一步限制，例如，通過預(yù)估的硬度測量不確定度來減小規(guī)定的誤差是不合適的。換言之，一產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了某一項(xiàng)產(chǎn)品的硬度應(yīng)高于或低于某一值，這點(diǎn)應(yīng)解釋為測量值和計(jì)算值應(yīng)滿足這一要求的簡單規(guī)定，除非產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中有特殊規(guī)定。
C.2通常程序
本程序通過建立與測量硬度值的聯(lián)系來計(jì)算擴(kuò)展不確定度。表C.1和表C.2給出了兩種不同的計(jì)算方法，同時(shí)給出了使用符號的細(xì)節(jié)。兩種方法都是通過針對一系列不相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度源通過平方根求和的方法(RSS)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，再乘以包含因子k(k=2)得到擴(kuò)展不確定度。
注：該不確定度的評估是在硬度計(jì)上次校準(zhǔn)之后進(jìn)行，硬度計(jì)不能有任何可能的漂移，并且假定任何變化在幅值上都是不明顯的。正因?yàn)槿绱耍@種分析大多數(shù)都是在硬度計(jì)校準(zhǔn)之后立即進(jìn)行，校準(zhǔn)結(jié)果在硬度計(jì)的校準(zhǔn)證書中給出。
C.3硬度計(jì)的偏差
硬度計(jì)的偏差b(也稱作“誤差”)在間接校準(zhǔn)時(shí)，來源于下面兩部分之間的差異：
——校準(zhǔn)硬度計(jì)的5個(gè)硬度壓痕的平均值；
——標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的標(biāo)定值。
可以用不同的方法確定不確定度。
C.4計(jì)算不確定度的步驟：硬度測量值
注：CRM(Certified Reference Material)表示由標(biāo)準(zhǔn)硬度計(jì)標(biāo)定過的標(biāo)準(zhǔn)硬度塊，在硬度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，由標(biāo)準(zhǔn)硬度計(jì)標(biāo)定過的硬度塊就是標(biāo)準(zhǔn)硬度塊，也就是標(biāo)定了硬度值和相關(guān)不確定度的硬度塊。
C.4.1 不考慮偏差的方法(方法M1)
方法1是一種簡單的方法，它不考慮硬度計(jì)的系統(tǒng)誤差。
在M1方法中，誤差極限(硬度計(jì)的讀數(shù)允許與標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的標(biāo)定值之間偏差的最大允許值)被用于定義其中一個(gè)不確定度分量，Umpe，沒有利用測量誤差而對硬度值做任何修正。
測定擴(kuò)展不確定度U的步驟，見表C.1，按式(C.1)計(jì)算。
(C.1)
測量結(jié)果按式(C.2)：
X=x±U (C.2)
C.4.2考慮偏差的方法(方法M2)
除去方法M1，也可以選擇方法M2。方法M2是與控制流程相關(guān)的方法，相對M1而言，M2可能獲得較小的不確定度。
偏差b(表C.2中的第5步)可以被認(rèn)為是一個(gè)系統(tǒng)誤差。在JJF 1059中推薦利用修正的辦法補(bǔ)償系統(tǒng)效果誤差，這也是M2的基礎(chǔ)。誤差極限Umpe不再是計(jì)算不確定度的一個(gè)分量，可以將全部測定的硬度值減去b，或者Ucorr增加b。表C.2給出了Ucorr的測定過程，按式(C.3)計(jì)算。
(C.3)
測量結(jié)果按式(C.4)計(jì)算：
Xcorr=(x-b)±Ucorr (C.4)
或式(C.5)：
Xucorr=x±(Ucorr+|b|) (C.5)
二者的選擇取決于偏差b是否被作為不確定度的一部分。
當(dāng)使用方法M2時(shí)，利用平方根求和的方法計(jì)算不確定度時(shí)，應(yīng)將偏差b作為一個(gè)不確定度分量考慮進(jìn)去。特別是出現(xiàn)以下情況時(shí)：
——在做硬度計(jì)的校準(zhǔn)時(shí)，測量的硬度值與標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的數(shù)值明顯不同時(shí)；
——在整個(gè)校準(zhǔn)范圍，硬度計(jì)的偏差有較大變化；
——被測材料與用于校準(zhǔn)硬度計(jì)所用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的材料不同。
上述情況下要求評估由于偏差b帶來的不確定度。
C.5硬度測量結(jié)果的表示
表示測量結(jié)果時(shí)應(yīng)注明不確定度的計(jì)算方法(M1或M2)。
表C.1 依據(jù)方法M1的確定測量結(jié)果的測定步驟
步驟 不確定度來源 符號 公 式 依 據(jù) 示例：
[…]=HBW 2.5/187.5
1 由于最大允許誤差產(chǎn)生的擴(kuò)展不確定度 Umpe
從GB/T 231.2的表2中得到X=258.8HBW2.5/187.5的允許誤差Erd從CRM的校準(zhǔn)證書上得到
Umpe=0.025×258.8=6.47
2 CRM硬度值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度(詳細(xì)計(jì)算見GB/T 231.2的表A.4) uCRM
UCRM來源于CRM的校準(zhǔn)證書
3 CRM測量的平均值 和CRM測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差sH
sH
Hi依據(jù)GB/T 231.2的5.7測得 單個(gè)值Hi：
258,257,258,258和259
=258.0
SH=0.71
4 測量標(biāo)準(zhǔn)硬度塊CRM時(shí)，硬度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 uH uH=t×sH n=5時(shí)，t=1.14
(見文獻(xiàn)[2]中的G.3和表G.2) uH=1.14×0.71=0.81
5 由于壓痕直徑測量系統(tǒng)的分辨率帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 ums
D＝2.5 mm
δms=0.002 5 mm
d=0.947 5 mm.HBW=256 ums=0.41
6 擴(kuò)展不確定度的測定 U
步驟1,2,4和5
k=2
U=8.0HBW
7 測量結(jié)果 X X=x±U X=(256.0±8.0)HBW2.5/187.5
如需要，應(yīng)考慮CRM硬度值的變化。
表C.2依據(jù)方法M2的確定測量結(jié)果的測定步驟
步驟 不確定度來源 符號 公式 依據(jù) 示例：
[…]=HBW 2.5/187.5
1 CRM硬度值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度(詳細(xì)計(jì)算見GB/T 231.2的表A.4) uCRM
UCRM來源于CRM的校準(zhǔn)證書
2 CRM測量的平均值 和CRM測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差sH
sH
Hi依據(jù)GB/T 231.2的5.7 單個(gè)值Hi：
258,257,258,258和259
=258.0
sH=0.71
3 測量標(biāo)準(zhǔn)硬度塊CRM時(shí)，硬度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 uH uH=t×sH n=5時(shí)，t=1.14
(見文獻(xiàn)[2]中的G.3和表G.2) uH=1.14×0.71=0.81
4 由于壓痕直徑測量系統(tǒng)的分辨率帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 ums
D=2.5 mm
δms=0.002 5 mm
d=0.947 5 mm，HBW=256 ums=0.41
5 硬度計(jì)測量值與CRM標(biāo)定值的偏差 b
步驟2
(見注2) b=258.0-258.8=-0.8
6 修正擴(kuò)展不確定度的測定 Ucorr
步驟1,3和4
k=2
Ucorr=2.9HBW
7 修正硬度值后的測量結(jié)果 Xcorr Xcorr=(x-b)±Ucorr 步驟5和6 Xcorr=(256.8±2.9)HBW 2.5/187.5
8 帶修正不確定度的測量結(jié)果 Xucorr Xucorr=x±(Ucorr+|b|) 步驟5和6 Xucorr=(256.8±3.7)HBW 2.5/187.5
如果有必要，需要考慮CRM硬度值的變化。
如果0.8Umpe<|b|<1.0Umpe，Umpe由表C.1的步驟1定義的，應(yīng)考慮CRM與試樣硬度值之間的關(guān)系。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]JJF 1059.1—2012測量不確定度評定與表示
[2]JCGM 100. (GUM 1995 with minor corrections)，Evaluation of measurement data—Guide to the expression of uncertainty in measurement. BIPM/IEC/IFCC/ILAC/ISO/IUPAC/IUPAP/OIML，2008
[3] EURAMET/cg-16/v. 01，Guidelines on the Estimation of Uncertainty in Hardness Meas-urements，2007
[4] Gabauer W. Manual of Codes of Practice for the Determination of Uncertainties in Mechani-cal Tests on Metallic Materials，The Estimation of Uncertainties in Hardness Measurements，Project，No. SMT4-CT97-2165，UNCERT COP 14：2000
[5] Gahauer W. ，& Binder O. Absch?tzung der Messunsicherheit in der H?rteprüfung unter Verwendung der indirekten Kalibriermethode，DVM Werkstoffprüfung. Tagungsband，2000，pp. 255-261.
[6] Polzin T. ，& Schwenk D. Method for Uncertainty Determination of Hardness Testing；PC file for the Determination. Materialprüfung. 2002，44 pp. 64-71
[7] ISO 18265，Metallic materials—Conversion of hardness values
