rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2026-22-3-88-100KBJNYVrmjournal-632Research ArticleСовременные методы анализа веществ и материаловModern methods of analysis of substances and materialsОт стандартных испытаний к референтным измерениям наивысшей точности: новая Государственная первичная референтная методика измерений относительного удлинения после разрыва сталейFrom Standard Tests to Reference Measurements of the Highest Accuracy: a New State Primary Reference Measurement Procedure for Measuring the Percentage Elongation After Fracture of Steelshttps://orcid.org/0000-0002-6122-1734ТолмачевВ. В.TolmachevV. V.

Толмачев Владимир Валерьянович –  канд. физ.-мат. наук, заведующий отделом метрологии механических и геометрических величин и характеристик

620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4

Vladimir V. Tolmachev – Cand. Sci. (Phys.-Math.), Head of the Department of Metrology of Mechanical and Geometric Quantities and Characteristics

4 Krasnoarmeyskaya St., Yekaterinburg, 620075

sertif@uniim.ruhttps://orcid.org/0009-0002-2864-4409МатвееваИ. Н.MatveevaI. N.

Матвеева Илона Николаевна –  научный сотрудник лаборатории менеджмента риска и метрологического обеспечения безопасности технологических систем

620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4

Ilona N. Matveeva – Researcher of the Laboratory for Risk Management and Metrological Safety Assurance of Technological Systems

4 Krasnoarmeyskaya St., Yekaterinburg, 620075

MatveevaIN@uniim.ruУральский научно-исследовательский институт метрологии – филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»РоссияUNIIM – Affiliated Branch of the D. I. Mendeleyev Institute for MetrologyRussian Federation20260810202622388100Copyright © Толмачев В.В., Матвеева И.Н., 20262026Толмачев В.В., Матвеева И.Н.Tolmachev V.V., Matveeva I.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/632

Измерение относительного удлинения после разрыва является методозависимой процедурой, результаты которой не прослеживаются к соответствующему эталону единицы величины того же рода. Применяемые в лабораторной практике стандартизованные методы (например, ГОСТ  1497–2023 «Металлы. Методы испытаний на растяжение») допускают широкую вариативность режимов и вследствие этого обладают существенной неопределенностью, что делает актуальной задачу создания национального метрологического инструмента наивысшей точности для контроля правильности испытаний и аттестации стандартных образцов.Целью исследования являлась разработка и аттестация Государственной первичной референтной методики измерений относительного удлинения после разрыва при статическом растяжении цилиндрических образцов сталей, обеспечивающей абсолютную расширенную неопределенность не более 0,24 %.В качестве объектов исследований использовались цилиндрические образцы сталей (углеродистых, низколегированных, коррозионно-стойких) и стандартные образцы зарубежного выпуска. Для исключения субъективных погрешностей измерения контактными приборами был применен оптический метод с использованием видеоизмерительного микроскопа, аттестованного в качестве эталона единицы длины 4-го разряда. Динамические эффекты минимизированы за счет жесткого ограничения скорости нагружения в зоне упругости диапазоном от 3 до 4 Н/(мм²·с). Для расчета методических составляющих бюджета неопределенности, связанных с работой алгоритмов распознавания меток и квалификацией оператора (плотностью ручного сложения разорванных частей образца), применен математический аппарат многофакторного дисперсионного анализа (ANOVA).Сформирован детальный бюджет неопределенности для данного вида испытаний и выведено итоговое уравнение для максимального значения расширенной неопределенности. Эквивалентность разработанной методики международной основе для сравнения была статистически подтверждена с помощью критерия Кохрена-Кокса. На основе межлабораторных сличительных испытаний математически доказана наивысшая точность Государственной первичной референтной методики измерений по сравнению со стандартным методом ГОСТ  1497–2023. Разработанная Государственная первичная референтная методика измерений обеспечивает получение результатов с наивысшей точностью без прямой прослеживаемости к государственным первичным эталонам. Методика предназначена для установления аттестованных значений стандартных образцов механических характеристик сталей, а также для арбитражных испытаний, контроля правильности и внутрилабораторной прецизионности и проверки программного обеспечения разрывных испытательных машин.

The measurement of percentage elongation after fracture is a method-dependent procedure whose results are not traceable to a corresponding standard of the unit of the same quantity. The standardized methods used in laboratory practice (e. g., GOST 1497–2023 “Metals. Methods of tensile testing”) allow a wide variability of regimes and therefore possess substantial uncertainty, which makes the development of a national metrological instrument of the highest accuracy for verifying the accuracy of testing and certifying reference materials an urgent task.The aim of the study was to develop and validate a State Primary Reference Measurement Procedure for measuring percentage elongation after fracture under static tension of cylindrical steel specimens, ensuring an absolute expanded uncertainty of no more than 0.24 %.Cylindrical specimens of steels (carbon, low-alloy, corrosion-resistant) and foreign-made reference materials were used as test objects. To eliminate subjective errors of measurements with contact instruments, an optical method using a video measuring microscope certified as a standard unit of length 4 grade was applied. Dynamic effects were minimized by strictly limiting the loading rate in the elastic region to the range of 3 to 4 N/(mm² s). To calculate the methodological components of the uncertainty budget related to the operation of mark-recognition algorithms and operator qualification (density of manual joining of the fractured specimen parts), the multivariate analysis of variance (ANOVA) was applied.A detailed uncertainty budget for this type of testing has been developed, and the final equation for the maximum value of expanded uncertainty has been derived. The equivalence of the developed procedure to the international basis for comparison was statistically confirmed using the Cochran-Cox criterion. Based on interlaboratory comparisons, the highest accuracy of the State Primary Reference Measurement Procedure compared with the standard method GOST 1497–2023 has been mathematically proven. The developed State Primary Reference Measurement Procedure ensures results of the highest accuracy without direct traceability to state primary standards. The procedure is intended for establishing the certified values of reference materials for mechanical characteristics of steels, as well as for arbitration testing, correctness and within-laboratory precision control, and verification of software of tensile testing machines.

относительное удлинение после разрывареферентная методика измеренийметрологическая прослеживаемостьнеопределенность измеренийиспытания на растяжениестандартные образцыдисперсионный анализ (ANOVA)percentage elongation after fractureprimary reference measurement proceduremetrological traceabilitymeasurement uncertaintytensile testingreference materialsanalysis of variance (ANOVA)Статья подготовлена в рамках выполнения опытно-конструкторской работы «Разработка референтных методик и стандартных образцов утвержденных типов, необходимых для метрологического обеспечения измерений механических свойств, характеризующих пластичность металлов», шифр «Пластичность», УНИИМ – филиал ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева».The article was prepared within the framework of the development work «Development of reference methods and certified reference materials for metrological support of measurements of mechanical properties of the plasticity of metals», project code «Plasticity», UNIIM – Affiliated Branch of the D. I. Mendeleyev Institute for Metrology.ReferencesGraba M. Evaluation of measurement uncertainty in a static tensile test // Open Engineering. 2021. Vol. 11, № 1. P. 709–722. https://doi.org/10.1515/eng-2021-0069Graba M. Evaluation of measurement uncertainty in a static tensile test. Open Engineering. 2021;11(1):709–722. https://doi.org/10.1515/eng-2021-0069Оценивание неопределенности измерения при испытаниях на растяжение высокопрочных болтов / Д. Н. Хамханова [и др.] // iPolytech Journal. 2022. Т. 26, № 4. С. 601–611. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2022-4-601-611Khamkhanova DN, Khadykov MT, Mosorov VI, Bakhrunov KK. Evaluation of the measurement uncertainty during the tensile tests of high-strength bolts. iPolytech Journal. 2022;26(4):601–611. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2022-4-601-611Evaluation on measurement uncertainty of tensile test of special steel metallic materials at room temperature / Xu Wu [et al.] // Advances in Analytical Chemistry. 2023. Vol.13, № 2. P. 216–222. https://doi.org/10.12677/aac.2023.132025Xu Wu, Yuwei Tian, Zhe Wang, Jiaqi Zhou, Bin Jiao, Zankui Song. Evaluation on measurement uncertainty of tensile test of special steel metallic materials at room temperature. Advances in Analytical Chemistry. 2023;13(2):216–222. https://doi.org/10.12677/aac.2023.132025Measurement of uncertainties in tensile test properties of thermo-mechanically treated (TMT) steel bars / U. Kumar [et al.] // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 67, № 4. P. 507–516. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.06.473Kumar U, Prasad A, Singh S, Kanjilal P. Measurement of uncertainties in tensile test properties of thermo-mechanically treated (TMT) steel bars. Materials Today: Proceedings. 2022;67(4):507–516. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.06.473Hajdukiewicz G. Analiza porównawcza metod pomiarów wydłużenia w czasie wykonywania statycznej próby rozciągania metali // Scientific Journal of Gdynia Maritime University. 2018. № 105. P. 65–72. https://doi.org/10.26408/105.06.Hajdukiewicz G. Analiza porównawcza metod pomiarów wydłużenia w czasie wykonywania statycznej próby rozciągania metali. Scientific Journal of Gdynia Maritime University. 2018;105:65–72. https://doi.org/10.26408/105.06.Матвеева И. Н. Разработка методик измерений характеристик пластичности сталей при испытании на статическое растяжение // Эталоны. Стандартные образцы. 2025. Т. 21, № 1. С. 53–71. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2025-21-1-53-71.Matveeva IN. Development of methods for measuring the characteristics of steel ductility during static tensile testing. Measurement Standards. Reference Materials. 2025;21(1):53–71. (In Russ.). https://doi.org/10.20915/2077-1177-2025-21-1-53-71.Матвеева И. Н., Толмачев В. В., Забелина А. А. Применение концепции прослеживаемости при определении механических свойств металлов при статическом растяжении: на примере ГСО 11854-2021 // Эталоны. Стандартные образцы. 2023. № Т. 19, № 1. С. 41–50. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2023-19-1-41-50.Matveeva IN, Tolmachev VV, Zabelina AA. Application of the concept of traceability in determining the mechanical properties of metals under static tension on the example of GSO 11854–2021. Measurement Standards. Reference Materials. 2023;19(1):41–50. (In Russ.). https://doi.org/10.20915/2077-1177-2023-19-1-41-50 .Reference material development process for tensile test method / A. İncesu [et al.] // Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2022. Vol. 28, № 1. P. 58–62. https://izlik.org/JA84PU74EC.İncesu A, Ercan B, Çevik E, Akgül Y. Reference material development process for tensile test method. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences. 2022;28(1):58–62. https://izlik.org/JA84PU74EC.Забелина А. А., Толмачев В. В., Матвеева И. Н. Разработка стандартного образца механических свойств стали марки 12Х18Н10Т и его аттестация по показателям пластичности // Эталоны. Стандартные образцы. 2025. Т. 21, № 4. С. 88–98. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2025-21-4-88-98.Zabelina AA, Tolmachev VV, Matveeva IN. Development and certification of a reference material for the mechanical properties of 12Cr18Ni10Ti steel based on plasticity parameters. Measurement Standards. Reference Materials. 2025;21(4):88–98. (In Russ.). https://doi.org/10.20915/2077-1177-2025-21-4-88-98The measurement uncertainty of reduction in area of metals in tensile testing system / Xu Tingdong [et al.] // Measurement. 2015. Vol. 66. P. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2015.01.018Xu Tingdong, Yu Hongyao, Liu Zhenjun, Zheng Zongwen. The measurement uncertainty of reduction in area of metals in tensile testing system. Measurement. 2015;66:1–9. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2015.01.018Xu T., Wang K., Song S. Measurement uncertainty and representation of tensile mechanical properties in metals // Metals. 2021. Vol. 11, Iss. 11. P. 1733. https://doi.org/10.3390/met11111733Xu T, Wang K, Song S. Measurement uncertainty and representation of tensile mechanical properties in metals. Metals. 2021;11(11):1733. https://doi.org/10.3390/met11111733Tingdong X. A reaction and movement of vacancy and solute atom in metals under elastic tensile stress // Annals of Advances in Chemistry. 2022. Vol. 6. P. 021–022. https://doi.org/10.29328/journal.aac.1001027Tingdong X. A reaction and movement of vacancy and solute atom in metals under elastic tensile stress. Annals of Advances in Chemistry. 2022;6:021–022. https://doi.org/10.29328/journal.aac.1001027Experimental investigation of strain rate influence on anisotropy of uniaxial tensile mechanical properties of CuFe2P alloy sheet / A. Bubalo [et al.] // Materials. 2024. Vol. 17, Iss. 3. P. 3135. https://doi.org/10.3390/ma17133135Bubalo A, Tonković Z, Krstulović-Opara L, Cvitanić V. Experimental investigation of strain rate influence on anisotropy of uniaxial tensile mechanical properties of CuFe2P alloy sheet. Materials. 2024;17(3):3135. https://doi.org/10.3390/ma17133135

The authors declare that there are no conflicts of interest present.