Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Базовые понятия, определения и приемы расчетов показателей качества материалов и изделий. Учебное пособие
.pdf
1
Министерство образования и науки России
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
А. Ф. Дресвянников, М. Е. Колпаков, И. Д. Сорокина
БАЗОВЫЕ ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ
И ПРИЕМЫ РАСЧЕТОВ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ
Учебное пособие
Казань
Издательство КНИТУ
2015
2
Рецензенты:
д-р физ.-мат. наук, проф. В. В. Парфенов
канд. техн. наук, доц. С. Ю. Ситников
ISBN 978-5-7882-1777-2
©
Дресвянников А. Ф., Колпаков М. Е.,
Сорокина И. Д., 2015
©
Казанский национальный исследовательский
технологический университет, 2015
УДК 658.562.4 + 620.18 + 620.19
ББК 22.344
Д73
Дресвянников А. Ф.
Базовые понятия, определения и приемы расчетов показателей
качества материалов и изделий : учебное пособие / А. Ф. Дресвянников,
М. Е. Колпаков, И. Д. Сорокина; М-во образ. и науки России, Казан. нац.
исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2015. – 183 с.
ISBN 978-5-7882-1777-2
Рассмотрены практические аспекты ряда основных показателей
и методов контроля качества материалов различных классов.
Пособие соответствует государственному образовательному
стандарту и авторскому курсу «Контроль и управление качеством
материалов и изделий» направлений подготовки бакалавриата
«Стандартизация и метрология» и «Управление качеством». Оно также
может быть использовано специалистами в области материаловедения.
Подготовлено на кафедре аналитической химии, сертификации и
менеджмента качества.
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского национального исследовательского технологического
университета
3
С.
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………….
4
1. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ.………................
5
2. ПРОЦЕДУРЫ КВАЛИМЕТРИИ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ...
23
2.1. Выбор номенклатуры показателей качества промышленной
продукции……………………………………………………………..
23
2.2. Получение информации о свойствах технической продукции
31
2.3. Формирование группы аналогов и установление базовых
образцов……………………………………………………………….
33
2.3.1. Виды базовых образцов………………………………………..
33
2.3.2. Формирование группы аналогов……………………………...
35
2.3.3. Выбор реального базового образца…………………………...
37
2.4. Показатели состава и структуры продукции…………………...
40
2.5. Некоторые единичные показатели технологичности
изготовления технических изделий………………………………….
45
3. КОНТРОЛЬ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛОВ И ПОВЕРХНОСТИ
67
3.1. Классификация и основные физико-химические свойства
твердых тел……………………………………………………………
67
3.2. Дефекты кристаллических материалов…………………………
75
3.3. Дислокации……………………………………………………….
82
3.4. Дисперсность……………………………………………………..
86
3.5. Адсорбция на границе твердое тело – газ. Уравнение
изотермы адсорбции Лэнгмюра……………………………………...
90
3.6. Оптические свойства дисперсных систем
97
4. ОЦЕНКА КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ И СТАРЕНИЯ
МАТЕРИАЛОВ……………………………………………………........
114
4.1. Коррозия и формы проявления коррозии………………………...
114
4.2. Методы защиты от коррозии……………………………………
119
4.3. Искусственные каменные материалы…………………………..
141
4.4. Структура и свойства древесины………………………………..
151
4.5. Древесные материалы……………………………………………
160
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………...
179
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………..
180
СОДЕРЖАНИЕ
4
ВВЕДЕНИЕ
Контроль и управление качеством материалов и изделий
представляет собой динамично развивающуюся отрасль знания и
техники.
Долгое время эмпирические подходы в получении материалов и
производстве изделий господствовали над строгим научным подходом
к выбору оптимальных условий технологии. Этому способствовала
относительная простота методов получения материалов и возможность
создания путем различных комбинаций приемов, методов, составов
принципиально новых материалов. Другой причиной является
относительно низкий уровень развития экспериментальной техники.
Недавнее развитие электронной микроскопии, рентгеновской
дифракции и других методов исследования структуры и поверхности,
точных методов и приборов регулирования параметров процессов
получения материалов, позволило в необходимом масштабе проводить
точные измерения и способствовать совершенствованию технологий, а
также приемов и способов управления ими.
В этой связи знание основных приемов и методов контроля и
управления качеством материалов и изделий представляется
необходимым при подготовке специалистов по направлениям
«Стандартизация и метрология» и «Управление качеством». Для этого
крайне важными являются практические навыки и умения, развитие
которых предполагает решение типовых и нестандартных численных и
логических задач.
Каждый раздел пособия начинается с теоретического введения,
которое содержит сведения, необходимые для самостоятельного
решения задач, а также контрольные вопросы, облегчающие
подготовку к сдаче коллоквиума или экзамена.
Пособие содержит также задачи и образцы типовых решений по
основным разделам: «Показатели качества материалов», «Процедуры
квалиметрии технических изделий», «Контроль структуры
материалов», «Контроль поверхности», «Оценка коррозионной
стойкости и старения материалов».
5
1. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ
Показатель качества продукции (согласно ГОСТ 15467-79) – это
количественная характеристика одного или нескольких ее свойств,
рассматриваемая применительно к определенным условиям ее
создания и эксплуатации или потребления.
Под показателями качества материала понимают
взаимосвязанную совокупность показателей, характеризующих его
назначение, надежность, безопасность, эстетические свойства, уровень
стандартизации и унификации, патентно-правовые аспекты,
транспортабельность, экономические и другие параметры.
В общей совокупности показателей качества материалов
выделяют единичные и комплексные показатели, характеризующие их
свойства, а также обобщающие показатели, выражающие уровень их
качества.
Единичный показатель качества продукции характеризует одно
из ее свойств, а комплексный – несколько свойств. Единичные и
комплексные показатели качества материалов применяются для
определения конкретных заданий по улучшению качества с учетом
особенностей выпускаемой продукции и характера ее производства.
Показатели качества используются конструкторами и технологами при
создании и освоении новых и модернизации ранее освоенных изделий,
при техническом контроле их производства и в других целях.
Определяющий показатель качества продукции – критерий, по
которому принимают решение оценивать ее качество.
Интегральный показатель качества продукции является
отношением суммарного полезного эффекта от эксплуатации или
потребления продукции к суммарным затратам на ее создание и
эксплуатацию или потребление.
Обобщающие показатели характеризуют качество выпускаемой
продукции независимо от ее вида и назначения. К ним, в частности,
может относиться объем и удельный вес производства отдельных
видов прогрессивных, высокоэффективных материалов в общем
выпуске продукции данной группы, а также величина экономического
эффекта от использования материалов повышенного качества. К
обобщающим показателям относят также показатели стандартизации,
унификации и патентно-правовые показатели. Обобщающие
показатели качества используются в планах предприятий, научноисследовательских и проектно-конструкторских организаций. По
6
уровню этих показателей можно судить о качестве выпускаемой
продукции в целом на предприятии и в отрасли.
К дополнительным показателям качества материалов относят
показатели транспортабельности, сохраняемости, однородности и
некоторые другие.
Всю совокупность показателей качества материалов можно
классифицировать по различным критериям:
по количеству характеризуемых свойств (единичные и
комплексные);
по отношению к различным свойствам материалов (показатели
прочности, долговечности, технологичности, безопасности и др.);
по стадии определения (проектные, производственные,
эксплуатационные);
по методу определения (расчетные, экспериментальные,
экспертные);
по характеру использования для оценки уровня качества
(базовые и относительные);
по способу выражения (показатели, выраженные
безразмерными единицами измерения, например баллами или
процентами, размерные).
Показатели назначения характеризуют свойства материала,
определяющие основные функции, для выполнения которых
предназначен материал, и обусловливают область его применения.
Основная область применения, как правило, отражается в названиях
наиболее распространенных групп материалов – строительные,
конструкционные, инструментальные, антифрикционные,
электроизоляционные, лакокрасочные и т.д.
Среди показателей назначения можно выделить следующие:
функциональной и технической эффективности
(характеризуемые, например, жаростойкостью, прочностью, тепло- и
электропроводностью и другими физико-химическими свойствами);
конструктивные (характеризуемые, например, массой,
плотностью, формой, размерами, точностью и шероховатостью
поверхности и др.);
состава и структуры (характеризуемые, например, химическим
составом сплава или полимера, содержанием вредных примесей,
ферритной, перлитной, аустенитной или мартенситной структурой
стали, размером зерна и др.);
7
технологические (характеризуемые, например,
жидкотекучестью, штампуемостью, свариваемостью и др.).
Для конструкционных материалов определяющими показателями
назначения являются характеристики прочности, пластичности,
вязкости, сопротивления усталости, коррозионной стойкости и др., а для
инструментальных – характеристики твердости, теплостойкости и т.п.
Например, конструктивными критериями весового качества
материалов принято считать удельную прочность
жесткость и подобные им показатели ( – предел прочности, –
модуль нормальной упругости, – плотность материала).
Показатели технологичности характеризуют эффективность
конструктивно-технологических решений для обеспечения высокой
производительности труда при обработке (потреблении) материалов и
при ремонте изделий из них. Различные вопросы технологичности
материалов отражены в действующих государственных стандартах и
других нормативно-методических документах.
К основным показателям технологичности относятся:
трудоемкость изготовления (определяется суммарной
трудоемкостью технологических процессов производства
рассматриваемого материала и выражается в нормо-часах на единицу
продукции);
технологическая себестоимость (определяется суммой затрат
на изготовление единицы продукции без учета покупного сырья);
уровень технологичности материала по трудоемкости
изготовления (определяется отношением трудоемкости изготовления
рассматриваемого материала к базовому показателю трудоемкости);
уровень технологичности материала по себестоимости
изготовления (определяется отношением себестоимости изготовления
рассматриваемого материала к базовому показателю себестоимости).
К основным показателям технологичности промышленных
материалов можно также отнести:
коэффициент использования рационального сырья;
удельную трудоемкость изготовления и/или обработки;
удельную энергоемкость изготовления и/или обработки и др.
Коэффициент использования рационального сырья определяется в
тех случаях, когда в составе многокомпонентного материала с
технической и экономической точек зрения целесообразно максимальное
использование отдельных, наиболее эффективных видов сырья
, удельную
8
,
(1)
,
(2)
И
Д
П
Д
П
дб
.
(3)
(шихтовые компоненты сплавов, составляющие композитных материалов
и др.).
Удельная трудоемкость производства материала может быть
определена по формуле
где – трудоемкость изготовления продукции, нормо-час; – основной
параметр продукции (т.е. один из показателей назначения, например,
масса).
Показатели надежности. Важное место в оценке качества
продукции занимает определение надежности. Надежность – это
свойство продукции сохранять во времени в установленных пределах
значения всех параметров, характеризующих способность выполнять
требуемые функции в заданных режимах и условиях применения,
технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортировки.
Надежность является комплексным свойством и для материалов
включает показатели живучести, долговечности и дефектности.
При планировании и анализе качества всех без исключения
материалов на предприятиях могут использоваться следующие
показатели дефектности:
показатель дефектности материала;
индекс дефектности материала;
средний индекс дефектности.
Показатель дефектности материала рассчитывается по формуле
где – количество подвергнутых проверке образцов продукции
данного вида (величина выборки); – общее количество всех видов
дефектов, встречающихся в данном виде продукции;
– коэффициент
весомости i-го вида дефекта (определяется экспертным путем или
пропорционально стоимости устранения данного дефекта);
– число
выявленных дефектов i-го вида.
Индекс дефектности продукции ИД определяется отношением
показателя дефектности анализируемого материала
к базовому
показателю дефектности Пдб
Средний индекс дефектности по нескольким видам выпускаемых
материалов может быть определен по формуле
9
ЦИ
Д
Ц
,
(4)
ор
,
(5)
об
,
(6)
где – общее число видов анализируемых материалов;
вида материала, в натуральном выражении; Ц
вида материала, руб.; И
– индекс дефектности -го вида материала.
Д
– цена единицы -го
– объем k-го
Показатели стандартизации и унификации характеризуют
степень использования в конкретном материале стандартизированных
составляющих – сырья (шихтовых компонентов сплавов, составляющих
элементов композиционных материалов и т.п.), а также уровень
унификации составных частей, сложных по пространственной структуре,
в том числе многослойных материалов (стандартизированных,
унифицированных и оригинальных). Эти показатели позволяют
определить степень конструктивного единообразия изделий.
Показателями стандартизации и унификации материалов
являются коэффициент применяемости по типоразмерам, стоимостный
коэффициент применяемости и т.п.
Коэффициент применяемости по типоразмерам составных
частей материала определяется по формуле
где
материале;
– общее количество типоразмеров составных частей в
– количество оригинальных типоразмеров составных
ор
частей.
Стоимостный коэффициент применяемости определяется по
формуле
где – общая стоимость материала;
– стоимость составных
частей материала, входящих в оригинальные типоразмеры.
В числе показателей стандартизации и унификации материалов
может также использоваться коэффициент унификации группы видов
продукции.
Правильное определение показателей стандартизации и
унификации необходимо как для оценки уровня качества продукции,
так и для обоснования эффективности планируемых мероприятий по
стандартизации и унификации.
Патентно-правовые показатели качества продукции
характеризуют степень патентной защиты в Российской Федерации и
10
П
,
(7)
З
,
(8)
ч
П
вПв
,
(9)
за рубежом, а также уровень патентной чистоты. По этим показателям
определяется уровень патентно-правовой защиты материала, который
рассчитывается на основе безразмерных показателей патентной
защиты и патентной чистоты.
Показатель патентной защиты материала внутри страны
определяется по формуле
где П – общее количество составных частей в данном материале;
– число групп значимости (в зависимости от назначения и характера
конкретного материала все его составные части могут быть разделены
на несколько (обычно 2 или 3) групп значимости);
весомости -ой составной части, защищенной патентами и
свидетельствами внутри страны, по группам значимости;
i-х составных частей, защищенных патентами и свидетельствами в
стране, по группам значимости.
Показатель патентной защиты материала за рубежом
определяется по формуле
где – коэффициент весомости, зависящий от числа стран, в которых
получены патенты, и отражающий важность этих стран для экспорта
материала или продажи лицензии;
– коэффициент весомости -й
составной части, защищенной принадлежащими отечественным
предприятиям и организациям патентами за рубежом, по группам
значимости; П
– количество -x составных частей, защищенных
З
принадлежащими отечественным предприятиям и организациям
патентами за рубежом, по группам значимости.
Коэффициенты весомости и
определяются, как правило,
экспертным путем и указываются в отраслевых инструкциях
применительно к конкретным материалам.
Показатель патентной чистоты материала определяется по
формуле
– коэффициент
– количество
где
– коэффициент весомости i-й составной части материала,
в
подпадающей под действие патентов в данной стране, по группам
значимости; П
– количество -х составных частей, подпадающих под
в
действие патентов в данной стране, по группам значимости.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]