Оценка неопределенности измерений работы удара маятниковых копров: сравнительный анализ методов и метрологическая экспертиза ГОСТ 9454–2025

Пересмотр стандартов на методы определения механических свойств металлов выявил острую необходимость стандартизации подходов к оценке неопределенности, обеспечивающих метрологическую прослеживаемость к государственным первичным эталонам.

Цель работы — систематизация методов оценки неопределенности измерений работы удара и выявление доминирующих факторов, влияющих на точность.

На основе классической концепции, описанной в ГОСТ 34100.3–2017 (ISO/IEC Guide 98-3:2008) «Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения», проведены математический и практический анализ и сравнение трех подходов.

Установлено: метод для копров, соответствующих ГОСТ 10708–82 «Копры маятниковые», — наиболее простой; метод калибровки по ISO 148-2:2016 «Metallic materials — Charpy pendulum impact test Part 2: Verification of testing machines» — наиболее прецизионный. Показано, что применение стандартных образцов утвержденного типа, в отличие от других методов, обеспечивает прослеживаемость к опорному значению и автоматически учитывает вклады от износа ножа и опор. В ходе исследования выявлены метрологические противоречия в новой версии ГОСТ 9454–2025 «Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах»: доказано, что предложенные в нем алгоритмы исключают потерю энергии на качание и потенциальную энергию маятника, что приводит к опасному занижению оценки неопределенности.

Вычисленные бюджеты неопределенности показали, что на практике доминирующими источниками являются разрешение шкалы и несовпадение центров удара. Полученные алгоритмы планируется включить в проект межгосударственного стандарта на поверку маятниковых копров и использовать при разработке новых стандартных образцов утвержденного типа.

1. NIST recommended practice guide: computing uncertainty for Charpy Impact machine test results / J. D. Splett [et al.]. Washington : U. S. Government printing office, 2008, 36 р.

2. Quality assurance of absorbed energy in Charpy Impact Test / C. L. F. Rocha [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. 2016. Vol. 733. P. 012009. https://doi.org/10.1088/1742-6596/733/1/012009

3. Incesu A., Usta B. Measurement uncertainty calculation for Charpy Impact Test of S275JR quality steel // UDCS’17 : Proceedings 3rd Iron and Steel Symposium, Karabuk, 3–5 April 2017. Karabuk : Karabuk University, 2017. P. 341–344.

4. Abu-Sinna A., Saher H. R. A proposed estimation of the expanded uncertainty of Charpy Impact Testers // Asian Journal of Applied Sciences. 2020. Vol. 8, Iss. 5. P. 240–246. https://doi.org/10.24203/ajas.v8i5.6326

5. Aydemir B. Uncertainty analysis in the notch impact test, for materials with different energy levels // Acta Polytechnica Hungarica. 2021. Vol. 18, № 7. P.187–200. https://doi.org/10.12700/APH.18.7.2021.7.10

6. Awachat P., Dakr V. Analysis of various parameters responsible for measurement uncertainty in Charpy Impact Testing // AIP Conference Proceedings : 2nd International Conference on Advanced Materials Behaviour and Characterization, Chennai, 24–26 April 2021. Chennai : AIP Publishing, 2021. P. 050002. https://doi.org/10.1063/5.0072681

7. Ченцова Ю. С., Толмачев В. В., Забелина А. А. Оценивание неопределенности при испытаниях на ударный изгиб с использованием стандартного образца // Эталоны. Стандартные образцы. 2023. Т. 19, № 4. С. 143–150. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2023-19-4-143-150

8. Толмачев В. В. Основные положения проекта стандарта «Копры маятниковые. Методика поверки» // Механометрика: Материалы конференции «Механометрика 2025. Механические измерения и испытания», г. Санкт-Петербург, 1–3 июля 2025 г. / ВНИИМ им. Д. И. Менделеева. Санкт-Петербург : ВНИИМ, 2025. С. 57–58.