Публикации автора

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.

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.

ГОСТ 1497– 2023 «Металлы. Методы испытаний на растяжение» устанавливает в качестве основы для оценивания показателей прочности и пластичности механических свойств стали стандартный образец утвержденного типа. Однако до создания в 2024 году стандартного образца утвержденного типа механических свойств стали марки 12Х18Н10Т ГСО 12792-2024 в распоряжении метрологических служб не было стандартного образца утвержденного типа для оценивания пластичности. Единственно доступный до 2024 года стандартный образец утвержденного типа механических свойств стали марки 20 ГСО 11854-2021 аттестован только по показателям прочности.

Цель исследования – разработать и аттестовать стандартный образец механических свойств стали, аттестованный по показателям пластичности – относительному удлинению после разрыва δ5 и относительному сужению после разрыва ψ.

Исходный материал для изготовления стандартного образца – прокат сортовой горячекатаный круглого сечения по ГОСТ 2590– 2006 из стали марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632– 2014. Однородность материла исследована по ГОСТ 1497– 2023 одновременно с определением аттестованных значений и значений абсолютных расширенных неопределенностей аттестованных значений стандартного образца. Измерения в уральском филиале ВНИИМ им. Д. И. Менделеева проведены по методике измерений относительного удлинения после разрыва при статическом растяжении образцов сталей М.265.002/RA. RU.311866/2024; по методике измерений относительного сужения площади поперечного сечения после разрыва при статическом растяжении образцов сталей М.265.003/RA. RU.311866/2024. Использованы средства измерений: Государственный рабочий эталон единицы силы 1-го разряда в диапазоне значений от 2 до 200 кН; эталон единицы длины 4-го разряда – микроскоп видеоизмерительный серии MBZ, MBZ‑500ТТ ЧПУ. Оценивание однородности материала стандартного образца соответствует разделу 7 ГОСТ ISO Guide 35–2015.

В статье представлены: описание процесса разработки стандартного образца утвержденного типа механических свойств стали марки 12Х18Н10Т ГСО 12792-2024; методология применения; реальный пример использования стандартного образца для контроля точности результатов измерений механических свойств при статическом испытании металлов на растяжение.

Стандартный образец утвержденного типа механических свойств стали марки 12Х18Н10Т ГСО 12792-2024 предназначен для аттестации и валидации методик измерений механических свойств при статическом испытании металлов на растяжение, контроля точности результатов измерений показателей пластичности при статическом испытании металлов на растяжение, контроля испытательных разрывных машин в части проверки программного обеспечения по ГОСТ 1497– 2023.