книги из ГПНТБ / Стандартизация и качество машин учеб. пособие

Следовательно, катодные покрытия представляют собой только механический барьер, отделяющий материал детали от коррозион­ ной среды. Применение катодных покрытий определяется их собст­ венными положительными качествами — химической стойкостью, высокой твердостью, сопротивляемостью истиранию. Однако всегда при эксплуатации деталей, имеющих катодные покрытия, надо иметь в виду, что даже очень небольшое, точечное коррозионное по­ ражение их поверхности, может распространяться далеко в глубь деталей и существенно снижать их прочность.

/

Рис. 42. Схема коррозии при анодном и катодном металлическом защитном покрытии (стрелками указан разрушающийся металл):

1 — коррозионная среда; 2 — покрытие; 3 — деталь

Только сплошные катодные покрытия могут защищать основной металл изделия от электрохимической коррозии. Этим объясняются жесткие нормы на количество пор в катодных металлических покры­ тиях и эксплуатационные требования к сохранности целостности та­ ких покрытий.

Перед нанесением любого металлического защитного покрытия поверхность изделия тщательно очищают различными механически­ ми или физико-химическими способами. Следует отметить, что для небольших деталей успешно применяется ультразвуковой метод, по­ вышающий качество очистки. Он является наиболее экономичным.

Г а л ь в а н и ч е с к и й м е т о д н а н е с е н и я м е т а л л и ч е ­ с к и х п о к р ы т и й — один из наиболее распространенных. При по­ мощи этого метода на поверхность деталей наносят чистые металлы, сплавы и некоторые соединения металлов, причем не только для за­ щиты от коррозии, но и с декоративными целями. Достоинством гальванического метода является его управляемость, позволяющая легко регулировать толщину и свойства наносимого слоя.

Гальванический метод основан на выделении металла из элек­ тролита под действием тока. Катодом служит изделие, а анодом — пластина наносимого металла.

Толщина антикоррозионного гальванического покрытия зависит

120

от условий эксплуатации изделий и обычно не превышает 50 мкм. ГОСТ 9761—61 устанавливает толщину гальванических покрытий для разных условий эксплуатации. Так, кадмиевое покрытие тол­ щиной 6—9 мкм применяется для деталей, эксплуатирующихся в легких условиях (под навесом, при отсутствии атмосферных осад­ ков), толщиной 30—36 мкм — для деталей, постоянно находящихся во влажной атмосфере, насыщенной морскими испарениями.

Защитные качества покрытий определяются поведением их в дан­ ной коррозионной среде. Цинковые покрытия хорошо защищают де­ тали в условиях атмосферной коррозии. Кадмий лучше предохра­ няет от действия морской воды. Никелевые покрытия устойчивы к действию некоторых слабых кислот, щелочей, продуктов сгорания топлива.

Хромовые покрытия обладают высокой стойкостью во влажной атмосфере, в некоторых кислотах, щелочах. Однако хромовые по­ крытия пористы и, являясь по отношению к стали катодом, требуют для повышения надежности защиты подслоя из меди и никеля.

Подробные сведения о режимах нанесения и защитных свойствах гальванических покрытий даются в специальных руководствах.

Гальванические покрытия стальных изделий любыми металлами мало влияют на такие их механические свойства, как предел проч­ ности и текучести. Однако большинство металлических гальваниче­ ских покрытий снижает усталостную прочность стали как в воздухе,

так и в коррозионных средах. Особенно сильно снижают предел выносливости (на 20—35%) хромовые и никелевые покрытия, нано­ симые на стальные изделия.

Снижение усталостной долговечности деталей с металлическими гальваническими покрытиями объясняется возникновением остаточ­ ных растягивающих напряжений в поверхностном слое и его наводороживанием. На величину растягивающих остаточных напряже­ ний влияют толщина покрытия, технология его нанесения: плот­ ность тока, состав электролита и другие факторы. Для уменьшения наводороживания, после нанесения гальванических покрытий, дета­ ли подвергают прогреву (180—200° С) в течение нескольких часов. Такая термическая обработка снижает величину остаточных растя­ гивающих напряжений и степень наводороживания, однако полно­ стью избавиться от остаточных растягивающих напряжений, напри­ мер в хромированных деталях, и восстановить их усталостную проч­ ность пока не удается. Это серьезное обстоятельство надо иметь в виду при применении гальванических покрытий, наносимых на де­ тали, работающие в условиях повторно-переменного нагружения.

Г о р я ч и й м е т о д нанесения металлических покрытий основан на погружении протравленного изделия в расплавленный защитный металл (олово, алюминий), который смачивает его и на поверхно­ сти вынутого из ванны изделия кристаллизуется в виде тонкого слоя. Этот способ наиболее широко применяют при лужении и оцин­ ковке стальных листов, проволоки, изделий со швами.

К о н т а к т н ы й м е т о д н а н е с е н и я п о к р ы т и й основан

121

на химической реакции вытеснения металлов из растворов их солей и чаще всего применяется для декоративных тонких покрытий с не­ высокими защитными свойствами. Однако к этому же методу отно­ сятся довольно распространенные химическое никелирование, се­ ребрение и другие покрытия, обеспечивающие получение равномер­ ного по толщине слоя на изделиях со сложным рельефом поверх­ ности.

М е т а л л и з а ц и о н н ы й м е т о д р а с п ы л е н и я осуществ­ ляется специальными металлизаторами — «пистолетами», напыляю­ щими расплавленный, например электрической дугой, металл на поверхность детали с помощью сжатого воздуха. Полученный за­ щитный слой неплотный, поэтому для защиты от коррозии этим ме­ тодом наносятся только анодные покрытия.

В настоящее время для нанесения тугоплавких металлов и спе­ циальных тугоплавких соединений применяется плазменное напы­ ление. Пламя в плазменной горелке возникает вследствие взаимо­ действия газа (смеси водорода с 5—10% азота) с электрической ду­

отличаются от напыленных обычными способами меньшей пори­ стостью, более высокой прочностью.

Д и ф ф у з и о н н ы й м е т о д основан на принципе диффузии защитного металла в поверхностный слой изделий при их нагрева­ нии. Для этого используются пары металла или его летучие соеди­ нения. Толщина диффузионного слоя — 0,02—0,1 мм. Примером

с цинковой стружкой в замкнутых вращающихся барабанах. Известны методы газового хромирования и алитирования, а так­

же хромоалитирования в вакууме из твердой фазы, которые исполь­ зуются преимущественно для повышения жаростойкости сплавов. Эти методы, как правило, способствуют возникновению в поверх­ ностном слое сжимающих остаточных напряжений и применяются для защиты деталей, работающих при повторно-переменных нагруз­ ках и высоких температурах.

Насыщение поверхности детали кремнием (силицирование) и азотом (азотирование) не относится к металлическим покрытиям, однако газовое силицирование и антикоррозионное азотирование являются термодиффузионными покрытиями. Силицирование при­ меняется для повышения жаростойкости сплавов.

Азотирование осуществляется в атмосфере аммиака (при 650° С). На поверхности детали образуется обогащенный азотом слой, об­ ладающий повышенной твердостью и коррозионной стойкостью в водной среде; метод, в частности, применяется для деталей, рабо­ тающих в условиях трения и воздействия коррозионной среды.

М е т о д п л а к и р о в а н и я заключается в приварке тонкого слоя защитного металла к изделию в процессе его горячей прокатки (листы, проволока). Например, плакированные листы дюралюмина

122

с обеих сторон покрыты слоем чистого алюминия толщиной 2—7% толщины основного листа. В данном случае покрытие является анодным и эффективно повышает коррозионную стойкость дюралюмина в атмосферных условиях и в водной среде.

Есть и другие менее распространенные методы нанесения метал­ лических антикоррозионных покрытий (катодное распыление, вжигание, конденсационный метод).

Неметаллические неорганические (окисные и солеобразные) за­ щитные пленки. А н о д и р о в а н и е (по ГОСТ 5272—68 — анодизационный метод) — процесс электрохимического получения защит­ ных пленок на поверхности изделий. Наиболее широко анодирова­ ние применяется для защиты от коррозии алюминия и его сплавов. Образующаяся при анодировании алюминия защитная пленка в ос­ новном состоит из окиси алюминия А120з. Помимо повышения кор­ розионной стойкости и увеличения сцепления с лакокрасочными по­

30—150 мкм (твердое анодирование) используются с целью: элек­ троизоляции (до 40 мкм), улучшения работы деталей на трение (до 60 мкм), получения теплоизоляционного слоя (порядка 100 мкм). Надо иметь в виду, что твердое анодирование снижает предел вы­ носливости алюминиевых сплавов.

Широко известен еще один вид электрохимического оксидиро­ вания алюминиевых сплавов — эматалирование. При эматалировании получают непрозрачные эмалевидные пленки, имеющие хоро­ шие декоративные свойства за счет введения в них гидроокисей ти­ тана, циркония и др. Покрытие имеет повышенную коррозионную стойкость, высокие диэлектрические свойства, устойчиво против термических ударов. Толщина пленок при эматалировании обычно составляет 12—13 мкм.

Эматалирование нашло широкое применение при отделке свето­ технической арматуры, посуды, фурнитуры и т. п.

Защитные оксидные пленки получают и химическим путем (окси­ дирование). Защитные свойства пленок, получаемых химическим оксидированием, ниже чем при анодировании; они тоньше, твердость их меньше, они не могут надежно работать на истирание и износ. Такие пленки часто используют как подслой для нанесения лакокра­ сочных покрытий (на сплавах магния), иногда для защиты от кор­ розии внутренних полостей деталей, когда анодирование технически затруднено.

Известный метод воронения также заключается в создании на поверхности стальных изделий пленки из окислов Fe30 4 и др. Воро­ нение применяется для защиты от коррозии деталей из углеродис­ тых и низколегированных сталей. Для повышения коррозионной стойкости поверхность деталей после воронения ‘покрывается жиро­ выми смазками, иногда лаком.

123

Неметаллические органические защитные пленки (лаки и крас­ ки, пластмасса, битум, резина). Лакокрасочные покрытия приме­ няются наиболее широко (ГОСТ 9894—61). Не останавливаясь подробно на этом виде покрытий, отметим, что лакокрасочные по­ крытия представляют собой сложную многослойную систему, вклю­ чающую грунты, шпаклевки, краски (эмали) и лаки. Лакокрасоч­ ные покрытия выбираются в зависимости от условий эксплуатации. Отраслевые нормали устанавливают системы лакокрасочных по­ крытий на деталях из различных материалов в зависимости от усло­ вий их эксплуатации.

В настоящее время все шире применяются защитные пленки из пластмасс (полиэтилен, фторопласты и др.). Особенности защитных покрытий из пластмасс— их высокая водостойкость и кислотоупор­ ность. Они применяются для защиты внутренних поверхностей ем­ костей, гальванических ванн, электропроводов и других объектов.

Большое распространение получил метод напыления пластмасс на нагретую поверхность деталей под действием потока сжатого воздуха.

Для защиты от коррозии, главным образом, подземных сооруже­ ний применяют битум и асфальты.

Покрытия металлов композициями на основе каучука — гумми­ рование — применяется в основном в химической промышленности. Интересно отметить, что этот метод повышает не только коррозион­ ную стойкость, но и предел выносливости деталей.

Например, по данным В. С. Ивановой и М. Г. Вейцман покры­ тие нейритом (разновидность синтетического каучука) повышает сопротивляемость износу, кавитационному разрушению, эрозии и циклическую прочность деталей (на 15—20%).

Недостатками резиновых защитных покрытий являются их нетеплопроводность и особенно подверженность старению — ухудше­ нию свойств со временем, зависящему от температуры и свойств внешней среды. Последнее обстоятельство существенно сказывается на долговечности резиновых покрытий.

К защитным покрытиям также относят нанесение на поверхность деталей различных предохранительных смазок.

§ 13. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА И ИСПЫТАНИЯ ПРОДУКЦИИ

Контроль является неотъемлемой составной частью любой систе­ мы управления, так как только он может быть источником обратной информации, необходимой для стабилизации процесса. Поэтому в системах управления качеством продукции и управления технологи­ ческими процессами рациональная организация и квалифицирован­ ное осуществление контроля на производстве является задачей пер­ востепенной важности.

124

К о н т р о л е м к а ч е с т в а п р о д у к ц и и (ГОСТ 15467—70) называется проверка соответствия показателей качества продук­ ции установленным требованиям. В процессе контроля качества продукция может подвергаться визуальному осмотру, измерениям по различным параметрам или испытаниям.

И с п ы т а н и е п р о д у к ц и и — это экспериментальное опре­ деление значений параметров и показателей качества продукции в процессе функционирования или при имитации условий эксплуа­ тации, а также при воспроизведении определенных воздействий на продукцию по заданной программе (ГОСТ 16504—70).

К о н т р о л е м т е х н о л о г и ч е с к о г о п р о ц е с с а назы­ вается проверка соответствия характеристик, режимов и других показателей технологического процесса установленным требова­ ниям.

В некоторых случаях за состоянием технологического процесса удобнее следить не по параметрам самого процесса, а по измене­ нию параметров контролируемой в процессе производства продук­ ции. Этот метод получил название р е г у л и р о в а н и е т е х н о л о ­ г и ч е с к о г о п р о ц е с с а — контроль качества изделий в процес­ се производства, по результатам которого вносятся необходимые коррективы в технологический процесс.

Выбор применяемых на производстве видов и средств контроля, объема контрольных операций и структуры органов контроля опре­ деляется конкретно применительно к каждому производству и за­ висит от большого количества факторов, которые здесь не рассмат­ риваются.

В настоящее время в машиностроении применяются следующие основные виды контроля.

Качество любого изделия в большой степени зависит от каче­ ства материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий, кото­ рые поступают на завод от предприятий — поставщиков. Поэтому на каждом машиностроительном предприятии, выпускающем про­ дукцию с установленным уровнем качества, организуется входной контроль.

Вх о д н о й к о н т р о л ь — это контроль потребителем сырья, материалов, комплектующих изделий и готовой продукции, посту­ пающих к нему от других предприятий или участков производства.

Впроцессе производства изготовляемая продукция и ее отдель­ ные детали подвергаются многократным последовательным конт­ рольным проверкам после завершения каждой (или нескольких)

производственной операции. Такой контроль называется о п е р а ­ ц и о н н ы м .

Высшей формой операционного контроля является а к т и в н ы й к о н т р о л ь продукции, осуществляемый в процессе изготовления продукции измерительными приборами, встроенными в технологи­ ческое оборудование, и используемый для управления процессом изготовления. Некоторые средства активного контроля будут рас­ смотрены в этой главе.

125

Готовая продукция, по которой завершены все предусмотрен­ ные технологические операции, подвергается п р и е м о ч н о м у к о н т р о л ю 1; при этом контроле принимается решение о ее при­ годности к поставке или использованию.

В зависимости от объема контролируемой продукции входной, операционный и приемочный контроль может быть сплошным или выборочным.

Контроль, при котором решение о качестве контролируемой про­

больших программах выпуска продукции) или невозможно (если испытание связано с разрушением продукции).

В указанных случаях на производстве применяют в ы б о р о ч ­ н ый к о н т р о л ь , при котором решение о качестве контроли­ руемой продукции принимается по результатам проверки одной или нескольких выборок из партии.

Для анализа результатов выборочного контроля применяются методы математической статистики, позволяющие, основываясь на ограниченном количестве контрольных проверок, судить с требуе­ мой степенью точности о качестве партии изделий или состоянии технологического процесса. Подобные методы контроля называются статистическими.

Статистический приемочный контроль. Рассматриваемый конт­ роль качества партии изделий может проводиться по следующим признакам:

количественному — у единиц продукции измеряют числовые зна­ чения одного или нескольких показателей, а решение о контроли­ руемой совокупности принимается в зависимости от этих значений; качественному — предусматривается подразделение контроли­ руемых единиц продукции на несколько групп качества, а решение о контролируемой совокупности принимается в зависимости от со­ отношения между численностью единиц продукции, оказавшихся

в разных группах; альтернативному — единицы продукции делятся на две группы

(годные и дефектные), а решение принимается в зависимости от числа обнаруженных дефектных единиц продукции.

Для того чтобы принять решение о качестве партии, состоящей из N изделий, по альтернативному признаку, необходимо устано­ вить долю q дефектных изделий М в этой партии

1 Применявшийся ранее термин «выходной контроль» теперь изъят из обра­ щения.

2 Недопустимо применение термина «стопроцентный контроль».

126

С этой целью из общего количества N изделий выбирают неко­ торое число п единиц продукции и подвергают их контролю. В ре­ зультате обнаруживается т дефектных изделий. Задача сводится к тому, чтобы зная значения величин п и т, сделать заключение о доле дефектных изделий q во всей партии.

При организации статистического приемочного контроля между заказчиком и изготовителем устанавливается договоренность (до­ говор о поставке) о предельно допустимом содержании q дефект­ ных изделий в поставляемой партии, которое называется «брако­ вочный уровень качества». Исходя из этого, поставщик выбирает п л а н к о н т р о л я — совокупность данных о виде контроля, объеме контролируемой партии продукции, выборок, контрольных норма­ тивах и решающих правилах (ГОСТ 15895—70).

О п е р а т и в н а я х а р а к т е р и с т и к а плана контроля изо­ бражается в виде графика (рис. 43), где по оси ординат отложена вероятность приемки партии изделий P{q), а по оси абсцисс — доля дефектных изделий q в этой партии.

plq)

Из графика видно, что чем меньше в партии дефектных изделий (меньше q), тем больше вероятность приемки этой партии P(q) по результатам выборочного контроля. Чем больше дефектных изделий в партии (больше q), тем больше вероятность того, что в выборку, взятую из этой партии, попадет много дефектных деталей, поэтому вероятность того, что партия с очень большим q будет принята, — мала.

Если в партии совсем нет дефектных изделий ность ее приемки равна единице.

Если бы контролю подвергалась не выборка, а вся партия изде­ лий (сплошной контроль), то оперативная характеристика плана контроля имела бы вид прямоугольника (рис. 44). Вероятность

127

приемки партии с любым содержанием дефектных деталей от нуля до оговоренного критического значения qK будет равна единице, а вероятность приемки партии с содержанием дефектных деталей q>qKбудет равна нулю.

При применении вместо сплошного контроля выборочных мето­ дов контроля возможны два вида ошибок:

ошибка первого рода заключается в возможности отклонения заказчиком годной партии с низким процентом брака qa только по­ тому, что в выборку случайно попало много дефектных изделий,

ошибка второго рода заключается в возможности принятия за­ казчиком негодной партии изделий с высоким содержанием брака q$ потому, что в выборку, взятую из этой партии, случайно попало мало дефектных изделий или не попало вовсе. Вероятность такого

Рациональный план контроля всегда стремятся составить так, чтобы вероятность а и р принятия ошибочных решений были неве­ лики. В большинстве случаев принимают а=0,05 и р= 0,10, которым соответствуют: установленный потребителем браковочный уровень качества q$ и устанавливаемый поставщиком (изготовителем) при­ емлемый уровень качества q*. Контроль должен быть организован так, чтобы партии с долей дефектных изделий q< qа почти всегда принимались, партии с q>q? почти всегда браковались. Между qa и <7з с точки зрения принятия или отклонения партии находится область неопределенности: партии с таким «средним» содержа­ нием дефектных изделий qa<q<q? могут быть либо приняты, либо забракованы.

Для построения плана контроля функцию оперативной харак­ теристики представляют в виде кривой гипергеометрического рас­ пределения [формула (24)] или распределения Пуассона [формула (22)]; затем подставляют уравнение этой кривой в уравнение (90), и, задаваясь значениями q*, q? а и р , определяют параметры пла­ на контроля в и с (п — объем выборки; с — максимально допусти­ мое число дефектных изделий в выборке).

На практике обычно пользуются специальными таблицами пла­ нов контроля, по которым подбирают величины в и с . Обычно стре­ мятся выбрать такую оперативную характеристику, у которой зона неопределенности между q„ и q& мала, однако чтобы получить кру­ тую характеристику, нужно сильно увеличивать объем выборки п, что приводит к удорожанию испытаний. Поэтому приходится нахо­ дить какой-то оптимальный вариант.

До сих пор мы рассматривали о д н о с т у п е н ч а т ы й с т а т и ­ с т и ч е с к и й приемочный контроль качества, в котором решение о контролируемой партии продукции принимается на основании

128

проверки только одной выборки. Этот метод наиболее прост, но тре­ бует проведения довольно большого количества испытаний.

ГОСТ 15895—.70 устанавливает еще три вида контроля: двух­ ступенчатый, многоступенчатый и последовательный.

Д в у х с т у п е н ч а т ы м называется такой контроль качества, при котором решение о контролируемой партии продукции прини­ мается по результатам проверки не более двух выборок, причем отбор второй выборки зависит от результатов проверки первой.

При использовании этого метода из партии могут последова­ тельно ртбирать две выборки. Если количество дефектных изделий т-х в первой выборке объемом nt оказалось меньше или равно неко­ торому установленному числу т ^ с ь то партия принимается. Если mi оказалось больше другого установленного числа m i> c2, из ко­ торых c2>Ci (причем с2—С)>1), то вся партия бракуется. Если оказалось, что Ci<.nii^.c2, то из той же партии берут и испытывают

принимается. Если (mi + m2) > с 3, партия бракуется. Содержание двухступенчатого контроля наглядно изображено на рис. 45, где по

тПринятие

Рис. 45. Предельная диаграмма двухступенчатого конт­ роля

оси абсцисс отложен объем первой и второй выборок, а по оси ординат — количество обнаруженных в них дефектных изделий. Теоретические исследования и практика показывают, что при двух­ ступенчатом контроле среднее количество испытываемых изделий меньше, чем при одноступенчатом, за счет того, что некоторая часть партий принимается или бракуется по результатам испытаний пер­ вой выборки, объем которой значительно меньше, чем объем вы­ борки при одноступенчатом контроле.

Еще более экономичным видом статистического контроля являет­ ся м н о г о с т у п е н ч а т ы й приемочный контроль,, при котором