洛氏硬度检测不确定度对检验结果符合性评价的影响
洛氏硬度计测量数值的误差问题的探讨.
洛氏硬度计测量数值误差及排除的探讨林浩然（广东省江门市质量计量监督检测所，广东江门 529000）摘要：对洛氏硬度计测量数值的误差问题展开了探讨，对影响硬度计示值准确度的几种误差作了系统分析，并给出了一系列有效的排除方法，以期为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。
关键词：洛氏硬度计；金属材料；硬度值；测角仪中图分类号：TH87 文献标识码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2015.14.106 洛氏硬度计是一种依据洛氏硬度试验原理设计的检测金属硬度的仪器，在各种金属材料的硬度测定中有着广泛应用。
但是洛氏硬度计在金属硬度检定中依然存在误差，进而影响了硬度计的测量结果。
因此，需要对洛氏硬度计存在的误差进行分析，并采取有效措施，以保障硬度计测量结果的准确。
1 硬度计误差和排除方法本文以HR-150型洛氏硬度计为例，介绍了测量数值误差及其排除方法。
1.1 压头的影响《金属洛氏硬度计检定规程》（JJG 112－2013）中规定，金刚石压头的圆锥角应为（120±0.35）°，顶端球面半径为（0.2±0.01）mm ；当压头角度增大时，硬度值偏高，反之则偏低；当压头顶端球面半径增大时，硬度值偏高，反之则偏低，具体如表1所示。
《金属洛氏硬度计检定规程》（JJG 112－2013）中规定，钢球压头的直径为1.587 5 mm，允差为±0.003 5 mm，当钢球压头直径增大时，硬度值增高，反之则降低。
产生原因：金刚石受冲击损坏或已磨损，钢球压头已变形或锈蚀。
排除方法：用测角仪、工具显微镜和投影仪等仪器对压头进行测量，如果超差，则需更换合格的压头，具体如表2所示。
表1 金刚石压头圆锥角和顶端球面半径对洛氏硬度值的影响硬度值圆锥角比名义值大 1°时的误差/HRC顶端球面半径比名义值大10 μm 时的误差/HRC20 HRC1.44 0.10 30 HRC 1.25 0.23 45 HRC 1.00 0.39 65 HRC 0.45 0.52 65 HRC 0.34 0.44 85 HRC 00.58表2 钢球压头直径对洛氏硬度值的影响硬度值钢球直径比名义值大10 μm 时的误差/HRBW60 HRBW 0.33 80 HRBW 0.23 95 HRBW0.161.2 负荷的影响初负荷：当初负荷增大时，硬度计的示值偏高；当初负荷减小时，硬度计的示值偏低。
洛氏硬度实验测量不确定度评定
洛氏硬度试验测量B标尺不确定度评定1 测量过程概述(1) 测量方法及评定依据GB/T 230.1-2004金属洛氏硬度试验第1部分:试验方法；GB/T 230.2-2002金属洛氏硬度试验第2部分:硬度计的检验与校准；GB/T 230.3- 2002金属洛氏硬度试验第3部分:标准硬度块的标定；JJF 1059一1999测量不确定度评定与表示；ISO/IEC 17025-2005检测和校准实验室能力的通用要求；ASTM E18-2003金属材料洛氏和表面洛氏硬度试验方法；ISO/DIS 6508-1:2004金属材料洛氏硬度试验第1部分:试验方法；ISO/DIS6 508一2:2004金属材料洛氏硬度试验第2部分:硬度计的检验与校准；ISO/DIS 6508-3:2004金属材料洛氏硬度试验第3部分:标准硬度块的标定。
(2) 环境条件试验一般在（10～35）℃室温进行。
对于温度要求严格的试验，应控制在(23士5)℃之内。
本例试验温度为(19～25)℃。
(3) 测量仪器应采用经计量部门检定合格(满足GB/T 230.2-2002等标准之要求)的洛氏硬度计。
本例采用 200HRS-150 型硬度计。
(4) 被测对象采用满足GB/T 230.1-2004标准要求的金属材料硬度试样及符合GB/T 230.3-2002等标准要求的标准洛氏硬度块。
本例试样材料为碳钢。
(5) 测量过程在洛氏硬度计处于受控状态下，按照方法标准的规定(试验力保持时间、压痕间距和压痕中心与试样边缘的距离等)对金属材料试样或标准块进行硬度试验，测得硬度值。
2 数学模型的建立洛氏硬度试验测量结果的数学模型可写为:y (1)x式中x—被测样块硬度读出值y一被测样块硬度测定值3测量不确定度来源分析假设试验在恒温的条件下进行，即不考虑温度效应所引起的不确定度分量，在满足G B/ T 230. 1-2004标准的条件下，在试样表面进行多次测量，将多个硬度测试值平均后出具试验报告，金属洛氏硬度试验的不确定度主要来源于以下几个方面：（1）测量重复性引入的标准不确定度U（x）。
洛氏硬度计计量校准误差分析
洛氏硬度计计量校准误差分析作者：黄健明来源：《中国新技术新产品》2013年第22期摘要：洛氏硬度计适用于各种材料的硬度测量，具有结构简单、操作方便等优势，但在使用过程中，由于各种因素的影响，硬度计难免会出现误差。
本文就洛氏硬度计计量校准误差的原因展开分析，阐述了常见的几种误差表现及处理方法。
关键词：洛氏硬度计；校准；误差；处理中图分类号：TH87 文献标识码：B洛氏硬度计具有测量范围广、操作简单方便等优点，并且可在指示表上直接读取硬度值，是目前测量金属、塑料等材料硬度的主要手段。
工业生产中很多工件都需要以洛氏值为标准。
虽然洛氏硬度计结构及操作简单，但仪器使用不当或操作不对也将造成硬度值精度出现误差，被测的工件硬度值错误，直接导致的结果就是一批工件不合格报废，让企业蒙受巨大的损失。
笔者根据多年洛氏硬度计使用经验，总结了一下洛氏硬度计计量校准误差的环节及出现误差后的处理方法。
1 洛氏硬度计直接校准与间接校准结果不一致的原因分析《洛氏硬度计检定规程》以及用金属材料检测洛氏硬度的实验可以得出，如果一一校对循环时间、压痕装置的主轴位移等各项指标，得出的结果都与规程中所涉及的方法相符合。
如果洛氏硬度的标尺高硬度值是60±2，中硬度值是45±2，低硬度值是30±2，将这些值间接地校对硬度计，就会有三种情况发生，这三种情况分别是：（1）标尺的三种的硬度值不相同，但是其偏差指向都一样。
（2）高硬度值偏差正，低硬度值偏差负。
（3）高硬度值正偏差，低硬度值负偏差，如果以上的二三点情况同时发生，那么测量杠杆后得出的数值将不是最理想的修正数值，而如果过度地修正硬度计的标尺数值偏差，则会对洛氏数据进行实验的可靠性造成影响。
表1说明了参数指标的大小方向对数值精确度的影响情况。
如果在校对工作过程中硬度值加减的因素同时发生，会造成完全不同的结果，这就需要对每一项的参数指标都做好一定的调整，让它们都在同一个范围之内，比如将偏差的数值相反的压头进行更换，将负荷杠杆调整到可以改变偏差的方向，这些改变可以有效避免偏差的不协调情况。
洛氏硬度不确定度评定
洛式硬度测量不确定度评定一、测量目的确定金属材料洛氏硬度测量结果不确定的评估和表述。
仅以洛氏硬度C标尺为例，A、B标尺的洛氏硬度测量结果不确定的评估，类推。
二、试验原理及方法硬度是材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压入或刻划的能力，是衡量材料软硬程度的一种性能。
是广泛使用的一种力学性能指标，特别是洛氏硬度在结构钢、工具钢中应用最广。
常用的洛氏硬度有C、A、B三种标尺。
试验时，用金刚石锥体或一定直径的淬火钢球作压头，先对压头施加初始试验力F0，使其压入表面一定深度h0，以此作为测量压痕深度的基准。
然后再加上主试验力F1，材料因而产生弹性变形和塑性变形，使压痕深度的增量为h1。
经过规定保持时间后将F1卸除，继续保持初始试验力F0，其中的弹性变形将恢复，压头回升一定高度，使压头位移为h2，按如下公式算出洛氏硬度值：对A、C标尺：HR=100-(h2-h0)/0.002=100-e对B标尺：HR=130-(h2-h0)/0.002=130-e本实验室所采用的是数显洛氏硬度计，测量时硬度计直接给出最终的硬度值。
根据GB/T 230-1991“金属洛氏硬度试验方法”规定，测试前先根据样品，选择合适的压头、试验力、试验力保持时间等测量参数，并根据估计的硬度值，选择相应的标准硬度块，对试验机进行校验。
然后，在样品上均匀地压出有效的6点，第一点不记，取后五点平均值为样品的洛氏硬度值。
三、建立数学模型必须对样品上测得的硬度平均值加以修正，以确定用国家基准机在同一材料上可能得到的硬度平均值。
因此HRC=f(R，∆b，∆w)=R-∆b-∆w其中：R为样品或被检材料五次有效压痕测得硬度的算术平均值；∆b为本实验室所用标准硬度试块的不确定度引起的修正值；∆w为测量温度不一致引起的修正值。
根据上述方程，偏导数∂f/∂R等于1，∂f/∂∆b、∂f/∂∆w均等于-1，其合成标准不确定度u c(HRC)可由下式直接给出：u c2(HRC)=u2(R)+u2(∆b)+u2(∆w)四、测量不确定度的来源及其量化1、样品或材料硬度算术平均值R的标准不确定度分量u(R)包括重复观测的不确定度u1(R)和示值的不确定度u2(R)两个独立分量。
金属洛氏硬度计测量结果的不确定度评定
金属洛氏硬度计测量结果的不确定度评定郭杏花【摘要】针对机械制造行业常用的生产变速箱及齿轮的20CrMnTi、20CrMo及20MnCr5等钢材,对末端淬透性及各类齿轮和轴等工件的表面和心部硬度的测量所使用的HRC标尺的不确定度进行评定,分析不确定度的来源,明确影响试验结果的各项因素,并计算出合成标准不确定度.【期刊名称】《机械管理开发》【年(卷),期】2018(033)009【总页数】3页(P51-52,122)【关键词】硬度;不确定度;评定【作者】郭杏花【作者单位】中国重汽集团大同齿轮有限公司, 山西大同037006【正文语种】中文【中图分类】TB938.2引言常见金属材料的力学性能检验包括拉伸、硬度、冲击韧度和扭转等方法。
其中硬度的试验采用洛氏硬度最为广泛。
金属洛氏硬度试验是通过测量压痕深度的方法来表示材料硬度的，其中洛氏硬度C标尺是反映金属材料力学性能的重要参数，测试结果的准确性、可靠性和稳定性对所检验材料的判定有着直接的影响[1]，因此，本试验测量不确定度的方法是用标准硬度块检查硬度计的综合测量特性，反映的是各不确定分量的综合影响，为了保证测量结果的准确性，将对试验中的部分因素加以限定，使硬度对材料检验的影响降到最低。
1 测试原理本文采用时代TH320型洛氏硬度计（简称硬度计），洛氏硬度试验依据：JJG 112—2013《金属洛氏硬度计（A，B，C，D，E，F，G，H，K，N，T 标尺）》进行。
测试原理如下：使用一定尺寸的金刚石圆锥压头或球压头压，在试样表面依次施加初试验力F0和总试验力F，撤除主试验力F1，对试样表面的压痕残余深度h进行测量。
2 测试方法根据试验要求，选用符合JJG112-2013《标准金属洛氏硬度块检定规程》[2]中周期检定常用的硬度（HRC）包括20～30、35～55、60～70（以下简称HRC-L、HRC-M、HRC-H）对硬度计进行示值测量。
在每一标准硬度块上测量6次，第1个点的数值不计，其余5个点均匀分布。
金属洛氏硬度块示值误差的测量结果不确定度
编号：ZBLX-016-2007标准金属洛氏硬度块测量结果不确定度评定天津市计量监督检测科学研究院2007年1月25号标准金属洛氏硬度块测量结果的不确定度1测量方法（依据JJG113—2003 《标准金属洛氏硬度块》）根据国家计量检定规程JJG113—2003《标准金属洛氏硬度块》，对使用中的标准洛氏硬度块进行检定。
其方法是在标准硬度计对其进行标定。
示值是硬度块使用和检定的最主要技术指标。
由于洛氏硬度块的标定用标准硬度计进行的，故硬度计必须符合JJG112—2003《金属洛氏硬度计》的要求。
下面分析洛氏硬度块C﹑A、B标尺示值误差检定的测量结果不确定度，硬度范围分别为20~70 HRC(包括高，中，低三个范围),20~88HRA（主要是75~88HRA）,20~100HRB（主要是80~100HRB）。
被检硬度块为标准金属洛氏硬度块。
2 数学模型e= H m—H b式中：e——被检洛氏硬度块的示值误差；H m——硬度块硬度值；H b——洛氏硬度计示值。
3 方差和传播系数由上式可得：u c2(e)=c1²•u1² +c2²•u2²式中：c1=∂e/∂H m=1；c2=∂e/∂H b=-1；u1，u2分别表示H m，H b的不确定度。
u c2(e)=u1²+ u2²4标准不确定度一览表u c=0.574HRv eff= ∞u c=0.540HR v eff= ∞u c=0.540HR v eff= ∞cv eff= ∞u c =0.574HRv eff = ∞5 计算分量标准不确定度5.1 硬度块硬度值给出的不确定度分量u 1 5.11标准硬度块均匀度引起的不确定度分量u 11标准金属洛氏硬度块是采用标准洛氏硬度计定度的，根据JJG 113—2003《标准金属洛氏硬度块》，均匀度不大于0.4HR ，采用B 类方法进行评定，属均匀分布。
u 11=0.4/3=0.231HR估计 1111u u ∆ 为0.1，其自由度2111111⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆=u u v u =50V=505.1.2 标准硬度块稳定度引起的不确定度分量u12根据JJG 113—2003《标准金属洛氏硬度块》，标准金属洛氏硬度块在检定周期内的稳定度，对于A 标尺和C 标尺高、中硬度范围的，不超过0.4HR ，采用B 类方法进行评定，属均匀分布。
洛氏硬度试验的不确定度评定
2021年第1期福建冶金45洛氏硬度试验的不确定度评定刘剑武（1.福建省冶金工业设计院有限公司，福建福州350011；2.福建省冶金产品质量监督检验站，福建福州350011）【摘要】按金属材料洛氏硬度试验的基本要求,对高强螺栓的洛氏硬度用两种不同的方法进行了不确定度评定，并对评定结果进行分析,获得了有意义的结果遥【关键词铱洛氏硬度试验不确定度评定Evaluation of Uncertainty in Rockwell Hardness TestLiu Jianwu(1.Fujian Province Metallurgical Industry Design Institute Co.,Ltd.,Fuzhou350011,Fujian;2.Fujian Quality Supervision and Inspection Station for Metallurgical Products,Fuzhou350011,Fujian)[Abstract]According to the basic requirements of the Rockwell hardness test of metallic materials,the Rockwell hardness of high-strength bolts was evaluated with two different methods.The evaluation results were analyzed and meaningful results were obtained.[Keywords]Rockwell hardness test；uncertainty evaluation引言对金属材料进行洛氏硬度检测时，检测仪器、检测条件和试样情况都各不相同,检测人员素质也不一样，检测数据一般具有相当的分散性，导致其测量结果始终存在着不确定性。
洛氏硬度计计量校准误差分析黎泽源
洛氏硬度计计量校准误差分析黎泽源发布时间：2021-08-22T08:57:51.448Z 来源：《中国科技人才》2021年第15期作者：黎泽源[导读] 洛氏硬度计适用于各种材料的硬度测量，具有结构简单、操作方便等优势，但在使用过程中，由于各种因素的影响，硬度计难免会出现误差。
随着与国际接轨步伐的加快，测量不确定度越来越受到重视广州市番禺质量技术监督检测所 511400摘要：洛氏硬度计适用于各种材料的硬度测量，具有结构简单、操作方便等优势，但在使用过程中，由于各种因素的影响，硬度计难免会出现误差。
随着与国际接轨步伐的加快，测量不确定度越来越受到重视。
一些外资企业、国内外认证机构不但要求提供目前我国通用的检定证书，还要求提供校准报告，包括测量不确定度报告。
测量不确定度计算方法的应用越来越重要。
关键词：金属硬度；洛氏硬度；校准；误差分析引言：影响洛氏硬度计测量结果准确性的因素很多，如金刚石压头角度的大小、负荷（力值）误差、加荷速度的快慢、负荷持续时间的长短、主轴位移测深装置误差以及机架变形等，它们对洛氏硬度计测试结果准确性的影响偶尔是独立的，更多的是相互交叉重叠而产生的综合现象。
因此在处理硬度计各种影响因素时既要独立判断某一因素的影响量，又要综合分析各种因素之间的相互关系，作出正确判断，以免洛氏硬度计的测量结果存在较大的不确定度。
一、概述1.金属洛氏硬度计工作原理金属洛氏硬度计的工作原理是用金刚石圆锥头（锥角120°，顶端球面半径为0．2mm）或一定直径的钢球作为压头，在预负荷F0和总负荷F先后作用下，压入试样表面，卸载主试验力F1，测量保留初试验力时的压痕残余深度h。
洛氏硬度计计算公式与标尺如图1所示。
图12.测量依据JJG112-2013《金属洛氏硬度计（A，B，C，D，E，F，G，H，K，N，T标尺）》检定规程。
3.环境温湿度条件温度19．8℃相对湿度50%。
4.测量标准器具标准洛氏硬度块（均匀度：依据检定证书给出（0．1~0．5）HR）。
金属洛氏硬度计示值误差测量结果的不确定度评定
金属洛氏硬度计示值误差测量结果的不确定度评定摘要:本文通过测量金属洛氏硬度计(以C标尺为例),分析不确定度来源,给出测量不确定度方法。
关键词:洛氏硬度计；测量；不确定度。
THE UNCERTAINTY ASSESSMENT OF INDICATION ERROR OF METALLIC ROCKWELL HARDNESS TESTING MACHINESLiwangyang Yexiaobo（LITC，Sichuan Province Luzhou City）Abstract： In this paper, the source of uncertainty is analyzed by measuring metal Rockwell hardness tester (taking C scale as an example), and the measurement method of uncertainty is given.Key words： Metallic Rockwell Hardness Testing Machines; Measurement;Uncertainty.1.前言随着全球市场经济的发展，质量意识的增强,对检测质量提出了越来越高的要求，为实现国与国之间检测结果的互认，保证检测质量，许多国家和国际组织在其有关标准和技术规范文件中,都不同程度地从各个角度对检测的不确定度做出了要求,如在IS09000族《质量管理和质量保证》国际标准中,涉及“检验、测量和试验设备的控制条款中都明确指出:“检验、测量和试验设备使用时,应确保其测量不确定度已知”,并“符合所要求的测量能力”。
由此可见,正确表达和评定测量不确定度是当前国际上开展产品认证、体系认证和实验室认可以及国际互认协议中普遍提出的新要求。
测量不确定度是定量说明测量结果质量好坏的一个参数，也是评判实验室校准能力水平的一个依据，所以本文旨在通过研究讨论不确定度评定的过程与方法，提高自身的能力水平。
金属洛氏硬度不确定度评定
试验 第 1 部分：试验方法》和洛氏硬度计使用说明书的要求。本次不确定度的评定是采用考虑硬度计最 大允许误差的方法进行评定的，所以由于环境所引起的不确定度很小，可以忽略不计。
八、计算扩展不确定度 U
按国际惯例，当给定测量结果的置信概率不低于 95%时，扩展因子统一取 K=2，则扩展不确定度
U k U c 2U c ，其结果见表 9 。
硬度标尺
表9 扩展不确定度
HRA
U k U c 2U c 2 0.988 1.98
HRB
U k U c 2U c 2 1.325 2.65
u
2 E
u2 CRM
u2 H
u
2 x
u
2 ms
0.87 2 0.452 0.02 2 0.082 2 0.032 0.985HRA
Ua
u
2 E
u2 CRM
u2 H
u
2 x
u
2 ms
1.152 0.662 0.012 0.022 0.032 1.325HRB
ux = sx
2）. 测量标准物质时硬度试验机的标准不确定度U 的计算 H
U S H （评定 5 次平均值的标准不确定度，即 n=5）,其结果见表 2:
H
n
表2
HRA
HRB
HRC
U
0.02
0.01
0.025
H
3）.标准硬度块的标准不确定度 u CRM 的计算 根据标准硬度块证书给出的不确定度值见表 3:证书还应有 K=? 表3