Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оценка качества материалов. Учебное пособие
.pdf
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Казанский государственный технологический университет»
А.Ф. Дресвянников, М.Е. Колпаков,
Е.А. Ермолаева, Е.В. Петрова
ОЦЕНКА К
АЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ
Учебное пособие
Казань
КГТУ
2008
УДК 658.562.4 + 620.18 + 620.19
ББК 22.344
Д73
Дресвянников, А. Ф.
Оценка качества материалов : учебное пособие /
А. Ф. Дресвянников [и др.] – Казань : Изд-во Казан. гос. технол. ун-та,
2008. – 117 с.
ISBN 978-5-7882-0571-7
Рассмотрены практические аспекты основных показателей
качества, методов контроля качества материалов. Предназначено для
студентов 4-5 курсов, обучающихся по направлениям 200500
«Стандартизация, сертификация и метрология» и 220500 «Управление
качеством».
Подготовлено на кафедре аналитической химии, сертификации
и менеджмента качества.
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского государственного технологического университета
по циклу естественнонаучных дисциплин.
Рецензенты: проф. И.Г. Хабибуллин
доц. С.
Ю. Ситников
А.Ф. Дресвянников, М.Е. Колпаков,
Е.А. Ермолаева, Е.В. Петрова, 2008 г.
Казанский государственный
технологический университет, 2008 г.
СОДЕРЖАНИЕ
С.
ПРЕДИСЛОВИЕ……………………………………………………...... 4
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………...... 5
1. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ.……….....................8
2. КОНТРОЛЬ СТРУКТУРЫ ………………………………………….27
3. КОНТРОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ …………………...…………………78
4. ИСПЫТАНИЯ НА ТВЕРДОСТЬ…………………………………... 85
5. ОЦЕНКА КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ МАТЕРИАЛОВ..…..101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………........109
СПИСОК Л
ПРИЛОЖЕНИЕ…....................................................................................113
ИТЕРАТУРЫ……………………………………………... 112
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
ХХ век в западной специальной литературе именуется «веком
материаловедческой революции». Она привела к созданию новых
материалов – полимеров, керамик, волокнистых и наполненных
композиционных материалов, а также материалов с поверхностными
покрытиями. Примерно с середины прошлого века в промышленности
началось снижение доли металлов, однако стала расти доля полимерных,
композиционных и керамических материалов. Эта революция была бы
невозможна без постоянного развития методов исследования.
Для потребителя качество материала в первую очередь
определяется его эксплуатационными и технологическими
свойствами. Эти свойства зависят от химического состава и структуры
материала. С другой стороны, возможность получения требуемой
структуры и свойств зависит от технологии производства материалов
и сопутствующих ей критических факторов. Следует отметить, что
механизм управления качеством материалов представляет собой
совокупность взаимосвязанных объектов и субъектов управления,
используемых принципов, систем, методов, моделей, функций
управления на различных этапах жизненного цикла продукции и
уровнях управления качеством. Под управлением качеством
материалов обычно понимают действия, осуществляемые при их
создании и потреблении в целях установления, обеспечения и
поддержания необходимого уровня качества. Структура и свойства
материалов определяются фазовым составом, размером зерен и
плотностью дефектов, поэтому управление этими параметрами
наиболее эффективно обеспечивает заданное качество материала.
Данное пособие посвящено основным методам контроля
качества материалов, в том числе и дисперсных. Условно его можно
поделить на четыре части. В первой части описаны показатели
качества материалов и варианты их расчетов. Во второй – приведены
методы контроля микроструктуры материалов и их физические
основы. В третьей – представлены методы контроля поверхности
материалов. В качестве примера показателей эксплуатации, хранения
и транспортирования использованы показатели коррозии, что нашло
отражение в четвертой части пособия. Издание рассчитано на
студентов, обучающихся по направлениям 200500 «Стандартизация,
сертификация и метрология» и 220500 «Управление качеством».
4
ВВЕДЕНИЕ
Качество материала для потребителя характеризуется его
эксплуатационными и технологическими свойствами. Эти свойства
определяются химическим составом и структурой материала.
Возможность получения требуемой структуры и свойств зависит,
кроме всего прочего, и от технологии производства материалов и
сопутствующих критических факторов. Так, полвека назад все
необходимые свойства стали задавались ее химическим составом.
Необходимую структуру и свойства обеспечивала деформационная и
термическая обработка у потребителя. За истекшие полвека
расширился набор средств управления процессом, поэтому в
настоящее время необходимую конечную структуру формируют
процессы выплавки, разливки, прокатки и лишь как последняя
операция – термическая обработка. Для каждого назначения
материала можно очертить комплекс критических факторов качества,
который должна обеспечивать технология. Это необходимо, чтобы не
упустить ни одной из необходимых мер при минимуме затрат.
Свойства материала можно изменять в очень широких пределах
путем легирования и различной обработки в твердом состоянии.
Эволюция научной мысли и практических разработок в области
обеспечения качества прошла несколько исторических этапов,
испытывая воздействие развития производительных сил общества и
прогрессивных научных идей. Значительное влияние на работы в
области обеспечения качества материалов оказали достижения в таких
областях знания, как материаловедение, химия, физика твердого тела,
металлургия, общая теория систем, кибернетика, менеджмент,
социология, психология, квалиметрия, метрология, стандартизация,
математическая статистика, товароведение и др. Наряду с научными
достижениями большой вклад в развитие направления по
обеспечению качества материалов внесла конкретная практическая
деятельность предприятий.
Анализ развития экономики и направлений научнотехнического прогресса показывает, что в обозримом периоде
производство и потребление материалов будет определяться двумя
факторами. Оно будет непосредственно зависеть от общей тенденции
5
развития экономики, промышленного производства и его отдельных
отраслей. При этом будет наблюдаться непрерывная конкуренция
материалов в области их использования в отраслях промышленности
или отдельных видах производства. Основой конкуренции будет
постоянное совершенствование специальных свойств этих
материалов, экономической эффективности и экологической
безопасности использования. Все проблемы развития производства
отдельных материалов или их замены другими будут решаться исходя
из необходимости снижения энерго- и материалоемкости
производства при использовании менее дефицитного сырья.
Прогнозируя развитие этих процессов, нужно учитывать, что
распространенная в 1960-70-е гг. точка зрения о предстоящей замене
стали алюминием, пластмассами и железобетоном и сокращении в
связи с этим выплавки стали, не оправдалась. Производство цемента
более чем в 1,5 раза превышает выплавку стали, однако ввиду
несопоставимости свойств этих материалов это не ведет к
сокращению производства стали. Прогнозы о замене стали
алюминием скорректированы экономическими трудностями, высокой
энергоемкостью производства, низкой степенью рециркуляции,
вредными выбросами алюминиевых заводов. Для пластмасс
определилась своя область использования, практически не
совпадающая с областью использования стали.
Это доказывает, что каждый из материалов имеет свои наиболее
рациональные области использования, которые определяются их
специальными свойствами. Главными из них являются прочность,
жесткость, износоустойчивость, теплостойкость, плотность,
коррозионная стойкость, трудоемкость формообразования и
обработки, способность к соединению и др. Не менее важны цена и
экономическая эффективность использования материала,
энергоемкость производства, наличие исходного сырья, долговечность
работы изделия. Решающим фактором может стать экологичность
производства и службы изделия, а для массовых материалов – их цена.
Одна из основных тенденций развития современного
материаловедения заключается в максимальной миниатюризации
объектов, на получение которых направлены те или иные физические,
физико-химические и химические приемы воздействия на исходное
6
сырье. Суть нового технологического направления заключается в
разработке прецизионных приемов синтеза, позволяющих получать
объекты в нанометровом диапазоне размеров (доли, единицы и
десятки нанометров). Другой характерной особенностью
разрабатываемых процессов является высокий удельный вес
химических подходов при их реализации. Получение принципиально
новых характеристик материалов и изделий, особенно при создании
искусственных структур (основанных на квантовых эффектах),
невозможно в перспективе без применения прецизионных химических
синтезов. Нанотехнологии, позволяющие получать материалы с
принципиально новыми свойствами, играют все большую роль в
технологиях получения новых материалов.
В этой связи необходимо развитие методов и методологии
контроля новых материалов, а также приемов управления их
качеством.
7
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,
8
унификации и патентно-правовые показатели. Обобщающие
показатели качества используются в планах предприятий, научноисследовательских и проектно-конструкторских организаций. По
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,
9
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.);
• 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 σВ/ρ, у
жесткость Е/ρ и подобные им показатели (σВ – предел прочности, Е –
модуль нормальной упругости, ρ – 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
дельную
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]