ГОСТ Р ИСО 148-1-2013 Материалы металлические. Испытание на ударный изгиб на маятниковом копре по Шарпи. Часть 1. Метод испытания

ГОСТ Р ИСО 148-1-2013

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Материалы металлические. Испытание на ударный изгиб на маятниковом копре по Шарпи. Часть 1. Метод испытания

Metallic materials. Charpy pendulum impact test. Part 1. Test method

ОКС 77.080*

______________

* В ИУС 11-2014 ГОСТ Р ИСО 148-1-2013 приводится

с ОКС 77.040.10. - .

Дата введения 2014-10-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН И ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 145 "Методы контроля металлопродукции".

2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 ноября 2013 г. N 2053-ст

3 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 148-1:2009* Материалы металлические - Испытание на ударный изгиб по Шарпи с помощью маятникового копра Часть 1: Метод испытания (ISO 148-1:2009 "Metallic materials - Charpy pendulum impact test - Part 1: Test method"

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - .

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на металлические материалы и устанавливает метод испытания на ударный изгиб образцов с V-образным или c U-образным надрезом по Шарпи с помощью маятникового копра для определения поглощенной энергии удара.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие международные стандарты*:

________________

* Таблицу соответствия национальных стандартов международным см. по ссылке. - .

ИСО 148-2:2008 Материалы металлические. Испытание на ударный изгиб по Шарпи с помощью маятникового копра. Часть 2. Проверка (верификация) испытательных машин (ISO 148-2:2008, Metallic materials - Charpy pendulum impact test - Part 2: Verification of testing machines)

ИСО 148-3:2008 Металлические материалы. Ударное испытание на маятниковом копре по Шарпи. Часть 2. Верификация испытательных машин

(ISO 148-3:2008, Metallic materials - Charpy pendulum impact test - Part 3: Preparation and) characterization of Charpy V-notch test pieces for indirect verification of pendulum impact machines)

ИСО 286-1:2008. Геометрические характеристики изделий. Система кодов ISO для допусков к линейным размерам. Часть 1. База допусков, отклонений и посадок (ISO 286-1:2008, Geometrical product specifications (GPS) - ISO code system for tolerances on linear sizes - Part 1: Basis of tolerances, deviations and fits)

ИСО 3785:2006 Материалы металлические. Обозначение осей испытательных образцов относительно текстуре изделия (ISO 3785-2006, Metallic materials - Designation of test specimen axes in relation to product texture)

ИСО 14556-2006 Сталь. Испытание на ударную прочность по Шарпи образцов с V-образным надрезом. Инструментальный метод испытания (ISO 14556-2006, Steel - Charpy V-notch pendulum impact test - Instrumented test method)

АСТМ E 23-96 Металлические материалы. Стандартные методы испытания на ударный изгиб при использовании образцов с надрезом (ASTM Е 23-96, Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 Энергия:

3.1.1 исходная потенциальная энергия Кр (initial potential energy): Разность между потенциальной энергией маятникового копра перед его спуском для испытания и его потенциальной энергией в положении удара, определяемая прямой проверкой (валидацией) (ИСО 148-2).

3.1.2 поглощенная энергия К (absorbed energy): Энергия, требуемая для разрушения образца на маятниковом копре, с учетом поправок на потери при трении.

Примечание - Для обозначения геометрии надреза используют буквы V или U, т.е.: или . Для обозначения радиуса бойка в виде индекса указывают цифру 2 или 8, например, .

3.2 Образец

Для образца, помещенного на опоры машины в положение испытания, применяют следующие наименования размеров (рисунок 1):

3.2.1 высота (height), мм: Расстояние между гранью образца с надрезом и противоположной гранью;

3.2.2 ширина (width), мм: расстояние, измеряемое перпендикулярно к высоте, параллельно надрезу;

3.2.3 длина (length), мм: наибольший размер под прямыми углами к надрезу.

- высота испытуемого образца; - длина испытуемого образца; - ширина испытуемого образца; - центр удара; - направление колебания маятника; 1 - наковальни (упоры); 2 - образец стандартного размера; 3 - опоры для испытуемого образца; 4 - защитный кожух

Рисунок 1 - Схема опор и наковален (упоров) ударной испытательной машины маятникового типа

4 Обозначения и наименования параметров

Обозначения и наименования параметров, используемые в настоящем стандарте, приведены в таблицах 1 и 2 и показаны на рисунке 2

Таблица 1 - Условные обозначения, единицы измерения и описание

Таблица 2 - Допускаемые предельные отклонения от установленных размеров образцов

А - Геометрия образца с V-образным надрезом; В - Геометрия образца с U-образным надрезом

Примечание - Обозначения , , и номера 1-5 см. таблицу 2.

Рисунок 2 - Образцы для испытания на ударный изгиб по методу Шарли с помощью маятникового копра

5 Сущность метода

Сущность метода заключается в разрушении образца с надрезом одним ударом маятникового копра в условиях, описанных в разделах 6-8. Надрез на образце имеет заданную геометрию и располагается посередине между двумя опорами, напротив положения, по которому наносят удар. Определяют энергию, поглощенную образцом при испытании.

Поскольку значения энергии удара для разных металлических материалов зависят от температуры, то испытания проводят при заданных температурах. Если температура отличается от окружающей среды, образец нагревают или охлаждают до этой температуры в контролируемых условиях.

6 Образцы

6.1 Общие положения

Длина стандартного образца должна составлять 55 мм, а сечение иметь форму квадрата со стороной 10 мм. Посередине длины выполняют V-образный или U-образный надрез, по 6.2.1 или 6.2.2 соответственно.

Если стандартный образец невозможно получить из имеющегося материала, используют один из образцов меньшего размера шириной 7,5, 5 или 2,5 мм (рисунок 2 и таблица 2).

Примечание - При низких значениях энергии необходимо использовать прокладки, тогда избыточная энергия будет поглощаться маятником. При высоких значениях энергии это может не иметь особого значения. Прокладки могут быть помещены на опорах или под ними таким образом, чтобы середина высоты образца находилась на 5 мм выше поверхности опоры, т.е. на расстоянии 10 мм от поверхности образец - опора.

Шероховатость поверхности образцов должна быть выше 5 мкм, за исключением концов.

При испытании термически обработанного материала образец должен быть подвергнут чистовой механической обработке, включая надрез.

6.2 Геометрия надрезов

Надрез должен быть подготовлен тщательно: на поверхности по радиусу дна надреза не должно быть следов механической обработки, которые могли бы повлиять на значение поглощенной энергии.

Плоскость симметрии надреза должна быть перпендикулярна к продольной оси испытуемого образца (см. рисунок 2).

6.2.1 V-образный надрез

V-образный надрез должен иметь внутренний угол 45°, глубину 2 мм и радиус основания надреза 0,25 мм (рисунок 2а и таблица 2).

6.2.2 U-образный надрез

U-образный надрез должен иметь глубину 5 мм (если не оговорено иное) и радиус основания надреза 1 мм (рисунок 2b и таблица 2).

6.3 Предельные отклонения размеров образцов

Допуски на заданные размеры образцов и надрезов приведены на рисунке 2 и в таблице 2.

6.4 Подготовка образцов

Подготовку образцов следует проводить таким образом, чтобы свести к минимуму какое-либо изменение образца, например вследствие нагрева или охлаждения.

6.5 Маркировка образцов

Маркировку наносят на любую грань образца, не контактирующую с опорами, наковальней (упорами) или бойком, в месте, не подверженном пластической деформации и возникновению поверхностных несплошностей в результате поглощенной энергии, измеряемой во время испытания (см. 8.7).

7 Оборудование для испытания

7.1 Общие положения

Испытательное оборудование должно быть оговорено в нормативных документах. Калибровку (или поверку) оборудования следует проводить с достаточной периодичностью и в пределах необходимых диапазонов.

7.2 Установка и проверка (верификация)

Установку и проверку (верификацию) испытательной машины проводят в соответствии с ИСО 148-2.

7.3. Боек

Геометрия бойка установлена как двухмиллиметровый или восьмимиллиметровый боек. Рекомендуется, чтобы радиус бойка был указан в виде подстрочного индекса следующим образом: или .

Геометрия применяемого бойка должна быть указана в технических требованиях (спецификации) на испытуемую продукцию.

Примечание - Некоторые материалы могут давать значительно отличающиеся результаты при низких уровнях энергии, причем результаты, полученные для 2-миллиметрового бойка, будут выше, чем для 8-миллиметрового.

8 Проведение испытания

8.1 Общие положения

Испытуемый образец должен лежать на опорах испытательной машины так, чтобы плоскость симметрии надреза располагалась в пределах 0,5 мм от середины плоскости между упорами. Удар бойка следует наносить в плоскости симметрии надреза со стороны, противоположной надрезу (см. рисунок 1).

8.2. Температура испытания

8.2.1 Если не оговорено иное, то испытания проводят при температуре (23±5)°С. Если температура задана, то образец должен быть доведен до этой температуры с точностью ±2°С.

8.2.2 Для кондиционирования (доведения образца до заданной температуры) путем нагревания или охлаждения с помощью жидкой среды образец помещают в контейнер на сетке, находящейся на расстоянии не менее чем на 25 мм выше дна контейнера и 25 мм ниже уровня жидкости, а также не ближе 10 мм от боковых поверхностей контейнера. Среду постоянно перемешивают и доводят до заданной температуры любым удобным способом. Устройство для измерения температуры среды следует разместить в середине группы испытуемых образцов. Температуру среды необходимо поддерживать на заданном уровне с точностью ±1°С в течение не менее 5 мин.

Примечание - Если температура жидкой среды близка к температуре ее кипения, то охлаждение испарением может заметно понизить температуру испытуемого образца за промежуток времени от его извлечения из жидкости до разрушения.

8.2.3 Для кондиционирования образца путем нагревания или охлаждения с помощью газообразной среды образец помещают в камеру на расстоянии не менее 50 мм от ближайшей поверхности. Расстояние между отдельными образцами должно быть не менее 10 мм.

Среду постоянно прокачивают, чтобы обеспечить ее циркуляцию, и доводят до заданной температуры любым удобным способом. Применяемое устройство для измерения температуры среды следует разместить в середине группы образцов. Температуру газообразной среды необходимо поддерживать на заданном уровне с точностью ±1°С в течение не менее 30 мин.

8.3 Перенос образца

Если испытание проводят при температуре, отличающейся от температуры окружающей среды, то после извлечения образца из нагревающей или охлаждающей среды до нанесения удара по нему бойком должно пройти не более 5 с.

Устройство для переноса образца должно быть специально предназначенным для этой цели и использоваться таким образом, чтобы температура образца поддерживалась в допустимом диапазоне.

Части устройства, соприкасающиеся с образцом при его переносе из среды на машину, должны иметь ту же заданную температуру и кондиционироваться вместе с образцом.

Необходимо убедиться в том, что устройство, используемое для центровки образца на наковальне (упорах), не вызвало отскока разрушенных концов высокопрочных образцов в маятник, что может привести к ошибочно завышенным показаниям энергии. Для этого зазор между концами образца в положении испытания и центрирующим устройством или неподвижными частями машины должен быть не менее 13 мм, в противном случае в процессе разрушения может произойти отскок концов образца в маятник.

Примечание - Для переноса образцов из среды для кондиционирования в положение для проведения испытания часто применяют самоцентрирующиеся клещи, аналогичные тем, что показаны для образцов с V-образным надрезом в приложении А. Такого рода клещи устраняют проблемы с зазором благодаря зацеплению между половинками разрушенного образца и неподвижным центрирующим устройством.

8.4 Превышение мощности испытательной машины

Рекомендуется, чтобы поглощенная энергия не превышала 80% исходной потенциальной энергии . Если поглощенная энергия превысила 80% мощности машины, то полученное значение должно быть оговорено в протоколе испытания.

Примечание - Испытания на ударный изгиб следует проводить при постоянной скорости удара. В реальных условиях при испытании с помощью маятникового копра скорость уменьшается по мере развития излома. Для образцов с энергией удара, приближающейся к мощности маятникового копра, скорость маятника уменьшается в процессе разрушения образца до того момента, когда точные значения энергии удара получить уже нельзя.

8.5 Неполное разрушение

Если при испытании образец разрушился не полностью, то энергию удара оговаривают в протоколе вместе с результатами полностью разрушенных образцов или усредняют с ними.

8.6 Заклинивание образца

Если образец заклинило в машине, полученные результаты не принимают во внимание и тщательно проверяют машину на наличие повреждений, которые могут повлиять на ее калибровку.

Примечание - Заклинивание происходит в том случае, когда разрушенный образец попадает между подвижными и неподвижными частями испытательной машины. Это может привести к поглощению значительной части энергии. Заклинивание отличается от вторичных отметин от бойка тем, что при заклинивании на образце наблюдается пара отметин, расположенных друг напротив друга.

8.7 Контроль после разрушения

Если при осмотре образца после разрушения окажется, что та или иная часть маркировки находится на участке видимой деформации образца, результат испытания считают недействительным, и это должно быть отражено в протоколе испытания.

9 Протокол испытаний

9.1 Обязательная информация

Протокол испытаний должен содержать:

a) ссылку на настоящий стандарт;

b) идентификацию испытуемого образца (например, тип стали и номер плавки);

c) тип надреза;

d) размер образца, если образец не полноразмерный;

e) требуемую температуру образца при проведении испытаний;

f) поглощенную энергию , , или , в зависимости от конкретного случая;

g) любые отклонения, которые могут повлиять на результаты испытания.

9.2 Дополнительная информация

В протокол испытаний могут быть включены (в дополнение к 9.1), следующие данные:

а) ориентация образца (ИСО 3785);

b) номинальная энергия испытательной машины в джоулях;

c) поперечное (боковое) расширение (приложение В);

d) внешний вид излома, относительный сдвиг (приложение С);

е) кривая зависимости поглощенной энергии от температуры (D.1, приложение D);

f) характеристика зависимости поглощенной энергии от температуры (D.1, приложение D);

g) количество испытуемых образцов, полностью разрушенных при испытании;

h) неопределенность измерения (приложение Е).

Приложение А
(справочное)

Самоцентрирующиеся клещи

Щипцы, показанные на рисунке А.1, часто используют для переноса образца из среды для кондиционирования образца при определенной температуре в необходимое положение на машине для проведения испытаний на ударный изгиб по Шарпи.

_______________

Стальные полоски, припаянные к щипцам серебряным припоем параллельно друг другу.

Рисунок А.1 - Центрирующие клещи для образцов с V-образным надрезом

Приложение В
(справочное)

Поперечное (боковое) расширение

В.1 Общие положения

Мерой способности материала к сопротивлению разрушению под действием трехосных напряжений, таких как те, которые возникают в донной части надреза образца Шарпи, является значение деформации в данном месте. Речь идет о деформации сжатия. Из-за трудности измерения этой деформации даже после разрушения обычно измеряют расширение, которое может возникать на противоположном конце плоскости разрушения, и используют его как величину, представляющую деформацию сжатия.

_______________

Приложение В основано на АСТМ Е 23 и применяется по согласованию с ASTM International.

В.2 Процедура

При использовании метода измерения бокового расширения следует учитывать тот факт, что плоскость разрушения редко делит образец пополам в точке максимального расширения на обеих сторонах образца. Половина разрушенного образца может включать участок максимального расширения для обеих сторон, только одной стороне или не включать расширения вообще. Таким образом, применяемые методы должны давать значение расширения, равное сумме двух значений, полученных для каждой грани, путем отдельного измерения двух половинок. Расширение на каждой грани каждой половинки следует измерять относительно плоскости, определяемой недеформированным участком грани образца (рисунок В.1). Расширение измеряют с помощью прибора, аналогичного показанному на рисунках В.2 и В.3. Измеряют две разрушенные половинки по отдельности. Однако в первую очередь проверяют грани, перпендикулярные к надрезу, на отсутствие заусенцев, которые могли образоваться при испытании на ударный изгиб; при наличии таких заусенцев их следует удалить наждачной шкуркой, следя при этом, чтобы измеряемые выступы не были удалены вместе с заусенцами. Затем складывают половинки образца вместе таким образом, чтобы поверхности, которые в исходном состоянии были противоположными надрезу, находились друг напротив друга. Одну из половинок образца (см. рисунок В.1, 1) плотно прижимают к опорам, чтобы выступы упирались в измерительную наковальню. Отмечают показание, а затем повторяют то же с другой половинкой (рисунок B.1, 2), убедившись, что измеряют ту же самую грань. Наибольшее из двух полученных значений соответствует расширению боковой грани образца. Затем повторяют эту процедуру для измерения выступов на противоположной грани, после чего складывают наибольшие значения, полученные для каждой боковой грани. Например, если и , то . Если и , то .

Если один или несколько выступов образца были повреждены при контакте с наковальней, опорной поверхностью копра машины и т.д., измерения для этого образца не выполняют и этот факт отражают в протоколе испытания.

Измерения проводят на каждом образце

1, 2 - Половинки образца; - исходная ширина образца;
, , , - размеры бокового расширения

Рисунок В.1 - Половинки разрушенного в процессе испытания на ударный изгиб по Шарпи образца с V-образным надрезом, соединенные для измерения бокового расширения

Рисунок В.2 - Прибор для измерения бокового (перечного) расширения образцов

_______________

Для винта -20 с головкой с углублением длиной 7/8" для установки индикатора.

Для винта М6х1 с 25-мм головкой.

Перекрытие в узле (при сборке выполнить внахлестку).

1 - резиновая подкладка; 2 - индикатор с диапазоном 10 мм, градуированный по 1/100 мм; 3 - опорная пластина из нержавеющей или хромоникелевой стали; 4 - циферблатный держатель из нержавеющей или хромоникелевой стали;

Рисунок В.3 - Узлы и детали установки прибора для измерения бокового (поперечного) расширения

Приложение С
(справочное)

Внешний вид излома

С.1 Общие положения

Поверхность излома образцов Шарпи часто оценивают по проценту вязкого сдвигового разрушения. Чем выше процент сдвигового разрушения, тем выше ударная вязкость материала. На поверхности излома большинства образцов Шарпи видна комбинация как сдвигового (вязкого) излома, гак* и разрушения в виде раскалывания (хрупкого излома). Так как эта оценка крайне субъективна, она не рекомендуется к применению в спецификациях (технических требованиях).

________________

* Текст документа соответствует оригиналу. - .

Примечание - Термин "волокнистый излом" часто используют как синоним термина "вязкий излом". Для выражения состояния, противоположного вязкому излому, часто используют термины "разрушение в виде сколов" (хрупкий излом) или "кристалличность в изломе". Таким образом, если доля вязкой (сдвиговой) составляющей в изломе - 0%, то хрупкой - 100%.

С.2 Процедуры

Процент вязкого излома обычно определяют одним из следующих способов, приведенных в АСТМ Е 23:

a) измеряют длину и ширину участка раскалывания или хрупкого излома ("блестящий" участок) поверхности излома, как показано на рисунке С.1. определяют процент вязкого сдвига по таблице С.1;

b) сравнивают внешний вид излома образца с диаграммой сравнения видов излома, такой, как показана на рисунке С.2;

c) увеличивают поверхность излома и сравнивают ее с предварительно калиброванной прозрачной накладной диаграммой или измеряют процент хрупкого разрушения с помощью планиметра, затем вычисляют процент вязкого излома как разность (100% минус процент хрупкого излома);

d) фотографируют поверхность излома при соответствующем увеличении и измеряют процент хрупкого излома с помощью планиметра, затем рассчитывают процент вязкого излома как разность (100% минус процент хрупкого излома);

e) измеряют процент вязкого излома с помощью методов анализа изображений.

Примечание 1 - Средние размеры А и В измеряют с точностью до 0,5 мм.

Примечание 2 - Процент вязкого разрушения определяют по таблице С.1

1 - надрез;

2 - область хрупкого излома (яркая); 3 - область вязкого сдвига (тусклая)

Рисунок С.1 - Определение процента вязкого излома

Таблица С.1 - Процент вязкого сдвига для измерений, выполненных в миллиметрах

а - Внешний вид изломов и сравнительная диаграмма для определения процента вязкого сдвига

В - Руководство для оценки внешнего вида излома

Рисунок С.2 - Внешний вид излома

Приложение D
(справочное)

Зависимость поглощенной энергии от температуры и температура перехода

D.1 Характеристика зависимости поглощенной энергии от температуры

Кривая зависимости поглощенной энергии от температуры () для заданной формы образца приведена на рисунке D.1. Эту зависимость устанавливают путем построения сглаженной кривой, построенной по отдельным точкам. Форма кривой и разброс значений, полученных в результате испытания, зависят от материала, формы образца и скорости удара. В том случае, когда кривая имеет зону перехода 2, необходимо различать верхний пологий участок 1, зону перехода 2 и нижний пологий участок 3 на кривой .

- температура; - поглощенная энергия; 1 - верхний пологий участок; 2 - зона перехода; 3 - нижний пологий участок

Рисунок D.1 - Кривая зависимости поглощенной энергии от температуры

D.2 Температура перехода

Температура перехода характеризует положение крутого подъема характеристики зависимости поглощенной энергии от температуры. Поскольку крутой подъем обычно охватывает весьма широкий интервал температур, нельзя дать общеупотребительного определения температуры перехода. Ниже приведены критерии, которые среди прочих могут оказаться полезными для определения температуры перехода:

Температура перехода - температура, при которой:

a) получают конкретное значение поглощенной энергии, например, 27 Дж;

b) получают конкретное значение поглощенной энергии в процентах от значения, соответствующего верхней площадке, например 50%;

c) имеет место определенная часть вязкого излома, например 50%;

d) получают определенное значение поперечного (бокового) расширения, например 0,9 мм.

Выбор способа определения температуры перехода следует оговорить в стандарте на металлопродукцию или согласовать.

Приложение Е
(справочное)

Неопределенность измерения значения поглощенной энергии

Е.1 Обозначения и единицы измерения

Обозначения и единицы измерения приведены в таблице Е.1

Таблица Е.1 - Обозначения и единицы измерения

Е.2 Определение неопределенности измерения

Е.2.1 Общие положения

Настоящее приложение устанавливает метод определения неопределенности , связанной со средней поглощенной энергией группы образцов, отобранных от испытуемого материала. Можно применять и другие методы оценки .

Данный подход требует исходной информации, полученной при "косвенной проверке (верификации)" машины для испытания образцов Шарпи на ударный изгиб с помощью маятникового копра, что является нормативным методом оценки характеристик прибора с помощью эталонных образцов (ИСО 148-2).

Примечание 1 - В стандартах ИСО 148-1 - ИСО 148-3 установлено, что машины для испытания образцов методом Шарпи на ударный изгиб с помощью маятникового копра должны отвечать требованиям как косвенной, так и прямой проверки. Последняя заключается в проверке соответствия всем отдельным геометрическим и механическим требованиям, предъявляемым к конструкции прибора (ИСО 148-2).

Калибровочные лаборатории используют сертифицированные эталоны для проверки (верификации) своих эталонных испытательных машин и могут применять свои маятниковые копры для получения характеристик эталонных образцов. На пользовательском уровне лаборатории, проводящие испытания по Шарпи, могут проводить проверку своих маятниковых копров по эталонным образцам для получения достоверных значений KV.

Примечание 2 - Пользователи, по своему выбору, могут приобретать сертифицированные эталоны у национальных или международных организаций, тем самым минуя уровень калибровочных лабораторий.

Примечание 3 - Дополнительная информация о различиях между сертифицированными эталонами и эталонными образцами приведена в ИСО 148-3.

Е.2.2 Дополнения к определению неопределенности

Анализ неопределенности измерений является полезным средством выявления источников крупных несоответствий результатов измерений.

Стандарты на продукцию и базы данных о свойствах материалов, основанные на настоящем стандарте, содержат в себе неопределенность измерений. Было бы некорректно вводить поправки на неопределенность измерений и тем самым рисковать отказом в приемке годной продукции. Поэтому оценка неопределенности по данной процедуре предназначена только для справки, если заказчиком не указано иное.

Условия испытаний и пределы измерений, указанные в данном стандарте не подлежат изменению с целью учета неопределенности измерений, если заказчиком особо не указано иное. Не следует сочетать оценку неопределенности измерений с фактически измеренными результатами для оценки соответствия продукции требованиям стандартов, если заказчиком особо не указано иное.

Е.3 Общая процедура

Е.3.1 Источники вкладов в неопределенность

Основные факторы, которые оказывают влияние на неопределенность, связаны с:

a) систематической погрешностью прибора, определенной в результате косвенной проверки;

b) однородностью испытуемого материала и сходимостью измерений прибора;

c) температурой испытания.

Среднюю поглощенную энергию определяют по формуле:

, (Е.1)

где - наблюдаемое среднее значение по результатам испытания группы из образцов, отобранных от испытуемого материала;

- систематическая погрешность прибора, определенная косвенной проверкой (верификацией);

- температурная погрешность измеренного значения .

Е.3.2 Систематическая погрешность прибора

Как правило, в результаты измерения необходимо ввести поправку на известную систематическую погрешность. Одним из способов определения значения систематической погрешности является косвенная проверка. Систематическую погрешность прибора по результатам косвенной проверки (верификации) определяют в ИСО 148-2 по следующей формуле:

, (Е.2)

где - среднее значение , полученное для эталонных образцов, разрушенных во время косвенной проверки;

- сертифицированное значение эталонных образцов.

В зависимости от того, насколько хорошо известна систематическая погрешность прибора , (ИСО 148:2), определяющая неопределенность, связанную с результатами косвенной проверки, предлагают различные действия:

a) хорошо известна и стабильна - в этом исключительном случае, чтобы получить значение , в наблюдаемое значение вводится поправка, равная ;

b) при отсутствии надежного свидетельства о стабильности значения ; поправку на систематическую погрешность не вводят; в этом случае ее представляют в виде вклада в неопределенность результата косвенной проверки .

В обоих случаях перечисления а) и b), неопределенность , связанную с результатом косвенной проверки и систематической погрешностью прибора, рассчитывают в соответствии с ИСО 148-2. Результатом анализа неопределенности косвенной проверки является значение .

Если разность между значениями и значительна, то значения и следует умножить на отношение .

Е.3.3 Сходимость измерений испытательной машины и неоднородность материала

Неопределенность значения , т.е. наблюдаемого среднего значения поглощенной энергии по результатам испытания образцов, определяют по следующей формуле:

, (Е.3)

где - среднеквадратичное отклонение значений, полученных по результатам испытания образцов.

Значение обусловлено двумя факторами: сходимостью результатов измерения испытательной машины и неоднородностью материала от образца к образцу. В отчете рекомендуется указывать суммарную неопределенность измерения вместе со значением в качестве совокупной оценки вследствие неоднородности материала.

Значение , представляющее собой число степеней свободы , рассчитывают как .

Е.3.4 Температурная погрешность

Влияние температурной погрешности на поглощенную энергию в значительной степени зависит от испытуемого материала. Если проводят испытания стали в области температур перехода из хрупкого состояния в вязкое, то незначительным изменениям температуры могут соответствовать большие различия в поглощенной энергии. Сложно дать обобщенный подход к расчету зависимости неопределенности измерения температуры испытания от неопределенности оценки поглощенной энергии. В связи с этим допускается дополнить отчетные данные о неопределенности измерения поглощенной энергии отдельным указанием значения , т.е. неопределенности оценки температуры испытания, при которой была измерена поглощенная энергия (см. пример Е.5).

Е.3.5 Разрешающая способность испытательной машины

Влияние разрешающей способности испытательной машины во многих случаях является пренебрежимо малым по сравнению с влиянием других факторов на неопределенность измерений (Е.3.1 и Е.3.4) Исключением является случай, когда разрешающая способность машины низка, а измеряемая энергия мала. В этом случае соответствующее влияние на неопределенность рассчитывают по формуле:

. (Е.4)

Е.4 Комбинированная и расширенная неопределенность

Чтобы рассчитать необходимо скомбинировать факторы, влияющие на неопределенность измерений (см. Е.3). Так как рассматривают отдельно и члены , , и не зависят друг от друга, комбинированную стандартную неопределенность определяют по формуле:

, (Е.5)

Для расчета расширенной неопределенности комбинированную стандартную неопределенность умножают на соответствующий коэффициент охвата . Значение зависит от эффективного числа степеней свободы и , которое может быть рассчитано по формуле (Е.6). Так как число степеней свободы, соответствующее , равно бесконечности, то разрешающая способность прибора не влияют в .

(Е.6)

Примечание - При испытаниях по Шарпи количество образцов часто ограничивается 5 или даже 3. Кроме того, неоднородность образцов часто приводит к существенному значению . Поэтому число эффективных степеней свободы чаще всего недостаточно велико, чтобы применять коэффициент охвата , равный 2.

Коэффициент охвата , соответствующий уровню доверительной вероятности 95% определяют как . Отдельные значения приведены в табл.Е.5.

Расширенную неопределенность определяют по следующему уравнению:

. (Е.7)

Е.5 Пример

В настоящем примере неопределенность измерения рассчитывают для среднеарифметического значения группы образцов 3, отобранных от некоторого испытуемого материала. Результаты, приведенные в табл.Е.2 были получены на маятниковом копре, который успешно прошел как прямую, так и косвенную проверку. На первом шаге рассчитывают среднее наблюдаемое значение , т.е. , а также стандартную неопределенность величины , т.е. , которую определяют по формуле (Е.3).

Таблица Е.2 - Результаты испытания по Шарпи

в джоулях

На втором шаге исходные результаты были скомбинированы с результатами последней косвенной проверки испытательной машины, для чего использовались образцы с различными уровнями энергии (например, 20 Дж, 120 Дж и 220 Дж). Уровень поглощенной энергии испытуемого материала был наиболее близок к уровню 120 Дж (109,1 Дж). Поэтому для оценки неопределенности были использованы результаты косвенной проверки на этом уровне энергии. Значение систематической погрешности отвечало критериям согласно ИСО 148-2. Из-за отсутствия надежного свидетельства стабильности в измеренное значение не вводилась поправка на систематическую погрешность. Поэтому полученное значение , т.е. , считают равным среднему значению по данным измерений, т.е. .

Поскольку поправка на систематическую погрешность не вводилась, то расчет неопределенности проводился с учетом вклада . Стандартная неопределенность результата косвенной проверки при 120 Дж составила 5,2 Дж при числе степеней свободы, равном 7 (см. ИСО 148-2). Эти выводы и значения можно получить из сертификата калибровки или поверки применяемого маятникового копра.

В таблице Е.3 приведена процедура расчета неопределенности измерений.

Таблица Е.3 - Схема расчета расширенной неопределенности измерения

Для подготовки отчета о результатах испытаний и неопределенности измерений можно использовать таблицу Е.4.

Таблица Е.4 - Сводная таблица результатов измерения с расширенной неопределенностью измерения

Таблица Е.5 - Значения квантилей распределения Стьюдента для степеней свободы , при доверительной вероятности 95% [3].

Приложение ДА
(справочное)

Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов (и действующим в этом качестве межгосударственным стандартам) национальным стандартам Российской Федерации

Таблица ДА

Библиография

_______________

* Официальный перевод этого стандарта находится в Федеральном информационном фонде технических регламентов и стандартов

Электронный текст документа

и сверен по:

, 2014