МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Т. Ф. Горбачева КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ (в машиностроительном производстве) Кемерово 2012
СИСТЕМА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА Контроль качества – это деятельность, включающая проведение измерений, экспертизы, испытаний или оценки характеристик объектов и сравнение полученных результатов с установленными требованиями для определения соответствия им. Система контроля качества – совокупность взаимосвязанных объектов и субъектов контроля, используемых видов, методов и средств оценки качества и профилактики брака на различных этапах жизненного цикла продукции и уровнях управления качеством.
Особенности организации технического контроля материалов на машиностроительных предприятиях Технический контроль получение первичной информации о фактическом состоянии материала сопоставление первичной информации с нормативными требованиями, зафиксированными в соответствующий документации анализ вторичной информации и принятие решения о годности или отбраковке изделия
Терминология установлена ГОСТ 16504. Указанным стандартом регламентируются следующие понятия: Технический контроль – это процедура проверки соответствия показателей качества материала требованиям, установленным нормативно-технической документацией. Контролируемый признак – характеристика объекта, подвергаемая контролю, например: шероховатость поверхности, механические свойства сплава, наличие дефектов. Контролируемый параметр – количественная характеристика свойств объекта контроля, например: размер выступов и впадин профиля поверхности, относительное удлинение, содержание элемента. Объем контроля – число объектов и совокупность контролируемых признаков, устанавливаемых для проведения. Средство контроля – техническое устройство, а также материалы, используемые для контроля. Метод контроля – группа правил применения определенных принципов и средств осуществления контроля.
Специализированные подразделения ОТК: - контроля технического состояния и точности оборудования; - контроля технологической оснастки; - контроля качества инструмента собственного изготовления; - входного контроля качества продукции, получаемой по кооперации; - пооперационного (технологического) контроля качества продукции в цехах и на участках; - приемочного контроля готовой продукции; - контрольных испытаний продукции; - контроля качества упаковки и хранения продукции на складах; -инспекционного контроля; - контроля качества продукции в процессе ее эксплуатации и потребления; - технического и технологического обеспечения процессов контроля качества; - измерительной техники; - ремонта контрольно-испытательного оборудования, измерительных приборов и оснастки; - учета, анализа и классификации брака в производстве; - изоляции брака; - разработки, внедрения и контроля функционирования системы управления качеством продукции на предприятии.
Единая система документации конструкторская (ЕСКД) нормативные документа технологическая подготовка производства (ЕСТП) ГОСТы
Операции контроля качества материалов являются обязательной составной частью технологического процесса изготовления продукции. Виды контроля: -по занимаемому месту в процессе производства. Предусматривается входной контроль, межоперационный (технологический), приемочный и инспекционный; -по степени охвата контролируемой продукции. Контроль может быть сплошной, простой выборочный и статистический выборочный; -по характеру контролируемых свойств. Проводят контроль физических, химических, механических свойств, структуры, геометрических параметров и др. ; - по уровню использования технических средств контроля. Существует контроль органолептический, регистрационный, измерительный, по эталону; - по характеру воздействия на контролируемый материал. Применяют разрушающий и неразрушающий контроль и т. д.
Порядок проведения входного контроля качества материалов на машиностроительных предприятиях Входной контроль материалов позволяет в общем случае: - определять по сопроводительной документации соответствие поступившего материала требованиям стандартов, технических условий и заказу; -обнаруживать дефекты в материале, выявлять их характер, устанавливать степень пораженности материала дефектами; -предотвращать случайное попадание дефектного материала со склада в производственные цехи; -накапливать информацию и проводить анализ о качестве материалов, давать оценку поставщикам о качестве продукции; осуществлять работу с поставщиками по повышению качества материалов. Входной контроль повышает ответственность поставщиков и препятствует проникновению материалов с дефектами в производственный процесс. Порядок входного контроля устанавливается отраслевыми стандартами или стандартами предприятия, разрабатываемыми на основании требований ГОСТ 24297.
Процедура входного контроля сводится к следующим мероприятиям: - идентификация партии материала, проверка соответствия данных сертификата на данную партию требованиям заказа и стандарту, оценка полноты проведенных поставщиком контрольных испытаний; -внесение сертификатных данных в регистрационную систему ; -отбор образцов от партии материала и осуществление необходимых испытаний, объем которых предписывается государственным стандартом на данную продукцию. Результаты контрольных испытаний вносят в регистрационную систему; - отправка материала, удовлетворяющего ГОСТам и ТУ на склад.
В практике работы машиностроительных предприятий возможны следующие действия с забракованным материалом: -предъявление рекламации и возврат материала поставщику; -использование не по прямому назначению и по новой согласованной цене; -осуществление сплошного контроля с разбраковкой; -исправление дефекта; - как исключение, использование материала по прямому назначению, по обходной технологии, если это не связано с ухудшением качества и эксплуатационных характеристик выпускаемых изделий.
Статистические методы контроля качества продукции в машиностроении основаны на использовании методов теории вероятности и математической статистики, которые подразделяют на две группы: 1. Статистический приемочный контроль готовой продукции. 2. Статистическое регулирование качества технологических процессов. Для организации статистического приемочного контроля готовой продукции разрабатывают систему правил – план контроля, который включает такие вопросы, как: • объем контролируемой выборки, • процедуру отбора изделий в выборку, • процедуру принятия решений о приемке партии или дальнейшем продолжении контроля, • методику получения обобщенных статистических характеристик и т. д.
Технологический процесс контроля качества Технологический процесс Контроль исходных материалов Разрушающие испытания Неразрушающие испытания Математико-статистические методы обработки информации Контроль технологии Статистический анализ и регулирование технологического процесса Вероятностная оценка Информационные Статистическое обратные связи управление Стандарты на качеством оценку качества Статистическое обоснование Уровень дефектности и брака Объемов контроля Чувствительности контроля Параметров технологии Экономическая оптимизация
В целях эффективного управления качеством продукции в машиностроении используют семь методов, которые обеспечивают простоту, наглядность и визуализацию: 1. Контрольный листок предназначен для сбора и первичной обработки данных о продукции или производственном процессе. 2. Контрольная карта – график изменения значений контролируемых параметров по партиям или по времени работы. Контрольные карты могут содержать качественные и количественные признаки.
3. Диаграмма Парето служит для анализа данных и оценки доли различных видов дефектов в общем объеме дефектной продукции. 4. Диаграмма стратификации служит для разделения дефектов по причинам их появления.
5. Гистограмма служит для анализа статистических данных. Она позволяет получить общую информацию о воспроизводимости и стабильности технологического процесса. 6. Диаграмма разброса служит для установления взаимосвязи между параметрами технологического процесса.
7. Диаграмма Исикавы служит для анализа причин недостаточно высокого уровня качества продукции или процессов. Таким образом, статистические методы контроля качества продукции в машиностроении помогают четко проводить грань между случайным и неслучайным, между главным и второстепенным, выделять из множества мелких и незначительных погрешностей главные, наиболее опасные отклонения и своевременно мобилизовать внимание работников на их устранение. Применение статистических методов обеспечивает повышение качества выпускаемой продукции и снижение расходов на качество.
МЕТОДИКА ВХОДНОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ На машиностроительных заводах применяют следующие виды входного контроля материалов: - визуальный осмотр без применения увеличительных приборов или с их применением; - измерение линейных размеров и конфигурации спецпрофилей; - анализ химического состава; - определение механических свойств; - анализ микро- и макроструктуры; - проведение технологических испытаний; - специальные виды проверки и анализов.
Контроль геометрических размеров и поверхности Проводится измерительными инструментами, обеспечивающими погрешность измерения, равную половине допуска на измеряемый параметр. Контролю подлежат размеры, указанные в сертификате на материал. При этом оговорено, в каких местах проводятся измерения и каким инструментом. Технические требования на измерения зависят от вида сортамента (пруток, лента, лист и т. д. ), которые сформулированы в технологической инструкции входного контроля. Измерения проводятся приборами в соответствии со стандартами, например: микрометром по ГОСТ 6507 или ГОСТ 4381; штангенциркулем по ГОСТ 166; металлической линейкой по ГОСТ 427 и т. д.
Дефекты поверхности металлургические химические механические плены (расслоение металла); перетрав; риски; трещины; недотрав; задиры; пузыри на поверхности и др. матовость; шероховатые пятна. рванины и надрывы; морщины и складки; черновины и др.
Контроль химического состава Данный вид контроля проводится с целью установления соответствия качественного и количественного химического состава металлопродукции нормам, заявленным в сертификате. Химические методы Гравиметрический анализ Титриметрический анализ колориметрический анализ Спектральный анализ – физический метод качественного и количественного определения состава вещества по его спектрам.
Методы контроля основных механических свойств Механические испытания наиболее распространены. Они относятся к методам разрушающего контроля. Данный вид контроля проводится в ЦЗЛ в соответствии с требованиями ГОСТ, ТУ или СТП. Чаще всего механические свойства контролируются при испытаниях: на одноосное растяжение, на твердость, на ударную вязкость. Основные механические свойства материалов определяются в статических условиях по следующим показателям: - статической прочности (σв, σu, σт); - статической пластичности (δ, Ψ); -твердости (HB, HRC). Статическая прочность и пластичность должны обладать оптимальным соотношением – это является основным условием обеспечения высокой конструкционной прочности.
Методы измерения твердости получили широкое применение для контроля качества материалов вследствие быстроты контроля практически без разрушения образца. Твердость в состоянии поставки сталей и сплавов измеряется методом Бринелля, а после упрочняющей обработки методом Роквелла. Твердость методом Бринелля (ГОСТ 9012) для инструментальных сталей измеряют шариком диаметром 10 мм при нагрузке 3000 кгс. Значение твердости по Бринеллю (HB, кгс/мм 2) рассчитывается путем деления нагрузки, при которой происходило вдавливание, на площадь поверхности отпечатка, оставшегося после снятия нагрузки, по формуле: (2. 1) где Р – нагрузка, Н; F – площадь поверхности отпечатка, мм 2; D – диаметр шарика, мм; d – диаметр отпечатка, мм.
Твердость методом Викерса (ГОСТ 2999) измеряется алмазным наконечником в форме правильной четырехгранной пирамиды, вдавливается в испытуемый образец под действием нагрузки Р. После удаления нагрузки измеряются диагонали отпечатка d. Значение твердости рассчитывается путем деления нагрузки, при которой происходило вдавливание, на площадь поверхности отпечатка, оставшегося после снятия нагрузки, по формуле: (2. 2) где Р – нагрузка, Н; F – площадь поверхности отпечатка, мм 2; d – диагональ отпечатка, мм.
Твердость методом Роквелла закаленных инструментальных сталей измеряется по ГОСТ 9013 по шкале С, твердых сплавов – по ГОСТ 20017 по шкале А. В испытуемый образец вдавливается алмазный конус с углом при вершине 120 под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р 0 и основной Р 1 (общая нагрузка Р = Р 0 + Р 1). Число твердости по Роквеллу HRCЭ выражается по формуле: HRCЭ=100 – e. Величину e определяют по формуле e = (h – h 0)/0, 002, где h – глубина внедрения наконечника в испытуемый образец от действия общей нагрузки Р; h 0– глубина внедрения от действия предварительной нагрузки Р 0.
Испытания на растяжение дают хорошо воспроизводящиеся характеристики и позволяют сравнивать их с расчетными. Испытания проводят по ГОСТ 1497. Для этого применяют стандартные образцы круглого или прямоугольного сечения, диаметром или толщиной в рабочей части 3, 0 мм и более с начальной расчетной длиной. Временное сопротивление σв, Н/мм 2, вычисляют по формуле σв= Рmax / F 0, где Рmax – наибольшее усилие, предшествующее разрушению; F 0 – начальная площадь поперечного сечения образца. Относительное удлинение образца δ, характеризующее пластичность стали, вычисляют после его разрыва по формуле δ = ((lk – l 0)∙ 100 %) / l 0, где δ – относительное удлинение после разрыва в %; lk – конечная расчетная длина образца; l 0 – начальная расчетная длина образца. Относительное сужение ψ после разрыва вычисляют по формуле:
Испытание на ударный изгиб – это испытание на ударную вязкость, выполняют по ГОСТ 9454. Этот вид динамического испытания характеризует сопротивление образованию трещин в сталях под действием ударных нагрузок. Испытание заключается в разрушении образца с надрезом (концентратором) ударом маятникового копра. Ударную вязкость KC, Дж/м 2, рассчитывают по формуле KC = K/S 0 , где K – работа, затраченная на разрушение образца, Дж; S 0 – начальная площадь поперечного сечения образца в месте надреза, м. K = Mg. H 1 – Mg. H 2 = Mg (H 1 – H 2) = Mg. L(cosα 1 – cosα 2), где M – масса маятника, кг; g – ускорение свободного падения, м/с; H 1 – высота подъема маятника до удара, м; H 2 – высота подъема маятника после удара, м; L – длина маятника, м. Для конструкционных сталей используются образцы с V-образным надрезом (KCV), а для инструментальных – с U-образным надрезом (KCU).
Испытание на усталость по ГОСТ 25502– 79 проводят для определения предела выносливости, под которым понимают наибольшее значение максимального напряжения цикла, при действии которого не происходит усталостного разрушения образца после произвольно большого или заданного числа циклов нагружения. σ-1 - предел выносливости при симметричном цикле нагружения Длительное действие на металл повторно-переменных напряжений может вызвать образование трещин и разрушение даже при напряжениях ниже предела текучести. Для многих сталей значение отношения σ-1/ σв приближается к 0, 5; q для медных сплавов оно составляет 0, 3– 0, 5; q для алюминиевых – 0, 25– 0, 4.
Контактная усталость развивается в большинстве деталей типа зубчатых передач, деталей подшипников, валов – вследствие действия циклических нагрузок и оценивается по пределу выносливости (σ-1). Она может быть повышена за счет обеспечения высокой твердости на поверхности при сохранении вязкой сердцевины, формирования остаточных напряжений сжатия в поверхностных слоях. Термическая усталость возникает в таких деталях, как поршни, клапаны, которые испытывают резкую смену температур, и оценивается по пределу ползучести. Эта характеристика применяется для жаропрочных материалов. Материал должен иметь не только высокие значения δ, ψ, но и ударной вязкости (KCV, KCU), а температура порога хладноломкости (Т°п. хл. ) – температура вязко-хрупкого перехода – должна быть ниже температуры эксплуатации.
Долговечность – это свойство материла сопротивляться развитию разрушения при длительно действующей нагрузке. Оценивается по числу циклов до разрушения при испытаниях на контактную и термическую усталость; устойчивостью к износу и коррозии. Долговечность деталей в условиях интенсивного внешнего воздействия при трении, абразивном и других видах износа оценивается другой характеристикой – по износостойкости.
Методы контроля технологических свойств К технологическим свойствам относятся: v обрабатываемость давлением; v свариваемость; v литейные свойства; v обрабатываемость резанием; v шлифуемость; v поведение в процессе термической обработки.
Обрабатываемость давлением – это способность металлов принимать заданную форму и размеры без нарушения целостности после пластического деформирования. Для определения пригодности металла к обработке давлением применяют различные технологические методы испытаний: Ø Ø Ø на осадку, выдавливание, изгиб, перегиб, двойной кровельный замок, расплющивание и др. Чем выше показатели пластичности металлов, тем лучше их обрабатываемость давлением.
В результате испытания на растяжение, получают показатели прочности и пластичности металлов: ü временное сопротивление σв, ü относительное удлинение после разрыва δ, ü относительное сужение после разрыва ψ, ü относительное равномерное удлинение δР. Литейные свойства являются комплексным показателем и зависят от жидкотекучести, склонности к растворению газов, усадки и других свойств, определяются химическим составом материала и его структурой. Хорошими литейными свойствами обладают чугуны, литейные цветные сплавы, в структуре которых присутствует эвтектика.
Свариваемость – это комплексное свойство материалов получать сплошной сварной шов, обладающий свойствами, близкими к основному металлу с минимумом дефектов. Свариваемость зависит от химического состава сталей и сплавов. Хорошей свариваемостью обладают: конструкционные углеродистые стали с пониженным содержанием углерода (С < 0, 25 %) и легированные перлитного класса (содержание легирующих элементов менее 5 %), а также высоколегированные стали ферритного и аустенитного классов, некоторые группы деформируемых цветных сплавов. Высоколегированные стали, которые закаливаются на воздухе – это стали плохой свариваемости, так как их сварной шов не обладает пластичностью.
• Обрабатываемость резанием – это способность поддаваться обработке режущим инструментом, обеспечивая высокое качество обработанной поверхности. Хорошо обрабатываются резанием стали и сплавы с твердостью НВ < 300. К труднообрабатываемым относятся материалы с повышенной твердостью, либо с высокой вязкостью. • Шлифуемость – это способность поддаваться обработке шлифовальным инструментом. Трудно шлифуются вязкие нержавеющие, жаропрочные стали и сплавы, цветные сплавы. Шлифуемость – важная технологическая характеристика, так как при производстве высокоточных деталей на шлифование может приходиться до 60 % затрат
Закаливаемость – способность приобретать высокую твердость при закалке. Зависит в основном от содержания углерода в стали. Прокаливаемость – способность стали приобретать закаленную структуру на определенную глубину. Характеризуется критическим диаметром, на который закаливается сталь (Д 99). Для конструкционных сталей допускается в сердцевине 50 % мартенсита и 50 % троостита (Д 50). Зависит от содержания легирующих элементов стали.
Рис. 2. 1. Марочная полоса прокаливаемости
o Деформация при термической обработке зависит от химического состава стали, так как этим определяется выбор сред для охлаждения при закалке. К технологическим испытаниям – технологическим пробам, относятся испытания, выявляющие способность материала принимать определенные деформации или воздействия, подобные тем, которые материал должен претерпевать при обработке или в условиях дальнейшей эксплуатации. o Критериями годности являются отсутствие на образце после испытания трещин, надрывов, расслоений или количество циклов воздействия на образец до разрушения.
Стандартизованы следующие виды технологических проб: § испытание листов и лент на вытяжку сферической лунки (ГОСТ 10510); § испытание листов и лент на перегиб (ГОСТ 13813); § испытание листа на двойной кровельный замок (ГОСТ 13814); § технологические испытания на изгиб (ГОСТ 14019); § испытания на осадку (ГОСТ 8817); § испытание на расплющивание (ГОСТ 8818); § испытание проволоки на навивание (ГОСТ 10447); § испытание проволоки на перегиб (ГОСТ 1579); § испытание проволоки на скручивание (ГОСТ 1545); § испытание труб на изгиб (ГОСТ 3728); § испытание труб гидравлическим давлением (ГОСТ 3845); § испытание труб на бортование (ГОСТ 8693); § испытание труб на раздачу (ГОСТ 8694); § испытание труб на сплющивание (ГОСТ 8695); § испытание труб на раздачу кольца конусом (ГОСТ 11706).
Контроль металла на оценку макроструктуры. Проводят на темплетах визуально, сравнивая ее с эталонами шкал макроструктуры (ГОСТ 10243). Оценку макроструктуры можно проводить и по фотографиям, выполненным в натуральную величину или с указанием масштаба. В стандарте имеются 10 шкал, иллюстрирующих различные виды дефектов. Каждая шкала состоит из пяти баллов. С увеличением размера и количества дефектов балл возрастает.
Виды дефектов макроструктуры • Центральная пористость – мелкие пустоты, не заварившиеся при горячей механической обработке слитка. • Ликвация – неоднородность отдельных участков металла по химическому составу, структуре, неметаллическим и газовым включениям.
Классификация и оценка четырех видов ликвации: • точечная ликвация – мелкие округлые, сильно травящиеся (матовые) точки, расположенные по всему сечению образца, за исключением краевой зоны. • пятнистая ликвация – общая и краевая – выявляется в виде отдельных темных пятен различных размеров и формы общая краевая
• ликвационный квадрат или ликвационный круг – контуры ликвации определяются конфигурацией слитка. • подусадочная ликвация – темные, легко растравляющиеся участки металла в центре заготовок Балл определяется количеством, резкостью проявления, размером пятен и площадью образца, пораженного пятнами. Учитывается также глубина залегания пятен от поверхности заготовок.
• Подкорковые пузыри – мелкие пустоты-поры, расположенные вблизи или на поверхности заготовки. • Межкристаллитные трещины – в виде трех и более извилистых, тонких, паукообразных полосок, направленных от оси заготовки в стороны.
• Послойная кристаллизация – чередующиеся слои металла в виде узких светлых и темных полос, расположенных чаще у поверхности и реже по всему сечению образца. • Светлая полоска (контур) – сравнительно яркая концентрическая полоска металла пониженной травимости.
Дефекты, обнаруживаемые в изломах. • Поверхность разрушения содержит существенную информацию о структурных и металлургических факторах, лимитирующих запас вязкости материала. Требования к строению изломов включены в нормативные документы на металлопродукцию (ГОСТ 9454). • Макроструктуру по излому контролируют на образцах с продольным и поперечным направлением волокна.
Виды дефектов в изломах: • Грубые раскатанные поры и газовые пузыри – отдельные нитевидные полосы с искаженной кристаллической структурой. • Грубая пятнистая ликвация – широкие полосы с иной кристаллической структурой, чаще темные, произвольно расположенные по сечению заготовки.
• Остатки усадочной раковины – в осевой зоне в виде темной или светло-серой со шлаком полосы, с некристаллической структурой или с заглаженной, притертой, окисленной поверхностью. • Подусадочная рыхлота – одна или несколько темных полос с грубослоистой структурой, часто сопровождающихся порами, шлаковыми включениями.
• Расслоение – широкие полосы с заглаженной, кристаллической, светлой структурой в осевой, реже в краевой зоне заготовки. Межкристаллитные прослойки – обнаруживаются в сравнительно мало деформированном металле в виде неоднородного строения излома трех видов. Сколы – участки различной формы и размеров, расположены чаще в краевой зоне заготовок, прокатанных из стали конструкционных марок. Слоистые изломы – в виде более закономерно чередующихся полос с мелкозернистой и обычной для данной марки стали структурой
• Обезуглероженный и науглероженный слой – в изломе прутков поперек волокна отличается величиной зерна и оттенком структуры. • Расщепления, вырывы, ложные расслоения – в виде узких щелей, выступов и углублений в изломе прутков поперек, а иногда и вдоль волокна. • Нафталинистый и камневидный изломы - результат сильного перегрева металла перед деформацией или при термической обработке.
• Черный излом – сплошной или в виде отдельных участков излом с темно-серой или черной окраской. Встречается в высокоуглеродистых инструментальных марках стали. • Неоднородность макроструктуры (титановая, циркониевая) – локальный повышенный растрав металла в виде точек, скобок, пятен в местах скопления неметаллических включений этих элементов. • Корочки (экзогенные включения) у края или по сечению заготовки – участки различной травимости, разные по форме и величине.
• Свищи (газовые пузыри, раковины) – отдельные крупные и мелкие пустоты, поры овальной, круглой или вытянутой формы. Образуются при кристаллизации металла, перенасыщенного газами, в том числе при нарушении условий разливки. • Белые пятна – инородные, расположенные группами, металлические включения с характерной резкой структурной неоднородностью. • Флокены – тонкие извилистые трещины длиной от 1 до 30 мм и более
• Инородные металлические и шлаковые включения – случайно попавшие в слитки кусочки различного рода нерастворившихся ферросплавов, частиц окисленного металла, шлака, сосулек, дужек, огнеупоров. • Черновины (трещины, надрывы) – в виде рыхлой, сильно травящейся внутренней зоны или отдельных темных пятен, часто сопровождаются одной или двумя трещинами – разрывами, параллельными граням слитка.
• Скворечники – пустоты, дыры, различной величины и формы, чаще одиночные по длине раската слитка. Образуются путем раскрытия и неполного заваривания внутренних термических трещин. • Внутренние разрывы – многочисленные поперечные надрывы, расположенные цепочкой вдоль оси заготовки. • Краевые дефекты – участки повышенной травимости металла, сопровождающиеся загрязненностью неметаллическими включениями
• Ковочные трещины – внутри осевой зоны. Могут быть в виде креста, одной трещины по диагонали, двух или более трещин, направленных от оси заготовки в стороны • Краевой отслой (двойной налив) – отслаивающаяся полоска металла по всему контуру заготовки или ее части • Светлое кольцо или квадрат – обнаруживается в осевой зоне или в пределах половины радиуса заготовки
• Трещины – образуются при подготовке образцов из-за нарушений условий Шлифовочные трещины – сетка трещин или отдельные тонкие трещины различного направления и длины. Травильные трещины – повышенный локальный растрав в виде прерывистых трещин. Шлифовочно-травильные трещины – локальный растрав металла, имеющего трещины после шлифования. Угловые трещины – в виде одной и более узких полосок расположены в угловых зонах заготовки или несколько смещены на одну из граней. • Местная грубая неоднородность (электропробой) – сопровождается газовыми пузырями, свищами или искажением формы других дефектов
Методика контроля микроструктуры конструкционных сталей Контроль качества материалов является комплексным и сводится к контролю размеров, химического состава, макроструктуры, микроструктуры, свойств.
№ Параметры контроля Сталь подшипниковая (ГОСТ 801) Углеродистая легированная сталь (ГОСТ 14595) Коррозионностойкие стали (ГОСТ 5632) Конструкционные углеродистые стали (ГОСТ 1050) Конструкционные легированные стали (ГОСТ 4543) Структура испытаний при входном контроле качества конструкционных сталей в состоянии поставки 1 Контроль размеров в состоянии поставки + + + 2 Химический состав + + + 3 Макроструктура (ГОСТ 12503) и усадочные трещины (ГОСТ 21120) + + − − + 4 Твердость в состоянии поставки (ГОСТ 9012) + + − + + 5 Контроль на излом (ГОСТ 9454) + + − + + 6 Обезуглероженный слой (ГОСТ 1763) + + − + +
+ − − 8 Микроструктура Карбидная сетка + − − 9 Полосчатость + − − 10 Карбидная ликвация + − − 11 Наличие неметаллических включений (ГОСТ 1778) + + − − + 12 Микропористость + − − − + 13 Величина аустенитного зерна (ГОСТ 5639) − + + 14 Прокаливаемость (ГОСТ 5657) + + − − − 15 Механические свойства (ГОСТ 1497) − + − − − 16 Твердость после ТО (ГОСТ 9012) − − − + + 7
Параметрыосуществления контроля качества: • Обезуглероженный слой • Микроструктура • Наличие карбидной сетки • Структурная полосчатость • Карбидная ликвация • Неметаллические включения • Размер зерна
Каждый параметр микроструктуры исследуется в определенной плоскости микрошлифа, после термической обработки, указанной в стандарте. Она может быть либо перпендикулярной направлению вытяжки прокатке, ковке – поверхность а, либо параллельной – поверхность в.
Основные параметры микроструктуры и условия контроля качества конструкционных сталей № Контролируемый Состояние п/п показатель образца (ТО) 1 2 3 Условия подготовки образца Увеличение микроскопа Метод оценки показателя 4 5 6 1 Закалка по режиму в Обезуглероженн зависимости ый слой от марки стали 2 Полирование в поперечной Горячекатаны плоскости а (табл. 3. 2), Микроструктура й, травление 2– 4%-ным перлита отожженный спиртовым раствором HNO 3 3 Закалка по режиму в Карбидная сетка зависимости от марки стали 4 Закалка по режиму в зависимости от марки стали Карбидная ликвация Полирование в поперечной плоскости «а» (табл. 3. 2), травление 2– 4%-ным спиртовым раствором HNO 3 100× и более Измерение окулярной линейкой на двух образцах (методика в ГОСТ 1763), допустимо 2 %×d, не более 500× (450− 600) Сравнение со шкалой стандарта ГОСТ 801 № 8, допустимый балл 4, не более Полирование в поперечной плоскости а (табл. 3. 2), травление 2– 4%-ным спиртовым раствором HNO 3 100× и более Сравнение со шкалой № 4 стандарта ГОСТ 801, допустимый балл 3, не более Полирование в поперечной плоскости а (табл. 3. 2), травление 2– 4%-ным спиртовым раствором HNO 3 90− 110× Сравнение со шкалой № 6 стандарта ГОСТ 801, допустимый балл 1− 2, не более
1 2 3 4 Полосчатость Полирование в Неотожжен продольной плоскости в (табл. 3. 2), травление ное 2– 4%-ным спиртовым состояние раствором HNO 3 6 Пористость Закалка по режиму в Полирование в зависимости поперечной плоскости от марки а (табл. 3. 2) стали 7 Закалка по Наличие режиму в Полирование в неметаллическ зависимости поперечной плоскости их от марки а (табл. 3. 2) включений стали 8 Полирование в Горячекатан поперечной плоскости, ый, травление до отожженный почернения 5 Размер зерна 5 6 90− 110× Сравнение со шкалой № 5 стандарта ГОСТ 801, допустимый балл 2− 3, не более 90− 110× Сравнение со шкалой № 7 стандарта ГОСТ 801, допустимый 2 балл, не более 90− 110× Сравнением наиболее загрязненного места со шкалами 1, 2, 3 ГОСТ 1778, допустимый балл 2− 3, не более 100× 200× 400× Метод по размеру зерна. В баллах по шкале ГОСТ 5639, допустимый балл 6− 8, не ниже
Микроструктура в стандартах на стали представлена в виде шкал, состоящих из набора микроструктур, характеризующихся баллами. Оценка структуры в баллах проводится методом сравнения с эталонной шкалой. В технических условиях стандарта для каждой марки материала указываются допустимые параметры микроструктуры, как правило, в виде баллов.
Балл 1, 500 x Балл 2, 500 x Неметаллические включения
Балл 1, 100 x Балл 3, 100 x Структурная полосатость
Балл 1, 100 x Балл 2, 100 x Карбидная ликвация
Балл 1, 100 x Балл 3, 100 x Микропористость
Балл 1, 500 x Балл 3, 500 x Остатки карбидной сетки
Балл 1, 500 x Балл 4, 500 x Микроструктура горячекатаной стали
Балл 6, 100 x Балл 8, 100 x Размер зерна
Отклонения по структуре и свойствам могут возникнуть на любом этапе изготовления сталей: • металлургическом • заготовительном • на этапе упрочняющей термической обработки
Необходим контроль: • качества продукции • технологической и конструкторской документации • поставляемых материалов • уровня подготовки производственного и руководящего персонала • технического состояния оборудования • технологического процесса изготовления и испытания металлических изделий
Виды дефектов микроструктуры сталей Обезуглероженный слой – участки структуры, характеризующиеся пониженной твердостью в поверхностных слоях из-за выгорания углерода.
Виды дефектов микроструктуры сталей Неметаллические включения – оксидные и сульфидные включения. Являются дефектом металлургического производства
Виды дефектов микроструктуры сталей Пористость – мелкие пустоты. Является дефектом металлургического производства
Виды дефектов микроструктуры сталей Структура перлита с пластинчатыми или точечными включениями является дефектом. Образуется после ковки или неправильно выполненного отжига
Виды дефектов микроструктуры сталей Строчечная структура ориентирована в виде полос в направлении прокатки. Дефект металлургического или заготовительного производства
Виды дефектов микроструктуры сталей Карбидная сетка – остатки вторичных карбидов в виде цепочек по границе зерна. Возникает при окончании ковки, прокатки при излишне высокой температуре
Виды дефектов микроструктуры сталей Карбидная ликвация – наличие карбидных включений в виде полос в направлении прокатки. Дефект металлургического производства
Виды дефектов микроструктуры сталей Видманштеттова структура – крупное зерно с включением игольчатого феррита. Образуется в результате перегрева до температур, близких к температурам плавления
Виды дефектов микроструктуры сталей Разнозернистая структура с ферритной сеткой возникает в результате многократного нагрева с нарушениями температурного режима и режима охлаждения
Виды дефектов микроструктуры сталей Карбидная неоднородность вызвана недостаточной степенью укова слитка
Методика контроля качества структуры серых чугунов В зависимости от формы графита чугуны подразделяют на: - серые чугуны с пластинчатым графитом ГОСТ 1412; - высокопрочные чугуны с шаровидным графитом ГОСТ 7293; - чугуны с вермикулярным графитом ГОСТ 28394; - ковкие чугуны с хлопьевидным графитом ГОСТ 1215.
Название, Структурный класс чугуна группа, марка ферритный феррито-перлитный СЧ 10; СЧ 15; СЧ 20 СЧ 25; СЧ 30 ВЧ 45; ВЧ 50 ВЧ 60; ВЧ 70 КЧ 33 -8; КЧ 37 -12 КЧ 45 -7; КЧ 50 -5 КЧ 60 -3; КЧ 65 -3 Серый чугун Марка Высокопрочный чугун Марка Ковкий чугун Марка
а б в г Виды дефектов микроструктуры чугунов Отбел – наличие ледебуритной эвтектики в структуре серого чугуна. Возникает в результате ускоренного охлаждения отливки и пониженного содержания графитообразующих элементов (а). Фосфидная эвтектика – наличие в структуре двойной или тройной эвтектики, содержащей фосфид железа. Дефект металлургического производства (б). Грубые включения графита превосходят по размеру допустимые стандартом. Возникают в результате медленного охлаждения отливки (в и г).
ГЛАВА III. МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК Основные сведения о качестве отливок По ГОСТ 15467 качество продукции – это совокупность свойств продукции, обусловливающих ее способность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Это определение является общим и вполне приемлемо для отливок. Из него следует, что качество отливок должно оцениваться, как правило, несколькими свойствами или характеристиками, которые устанавливают, исходя из их назначения и условий эксплуатации. Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах в условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.
В зависимости от характеризуемых свойств продукции установлено 11 групп показателей качества, из которых для оценки качества отливок общего назначения по ГОСТ 4. 439 рекомендуется использовать только пять: - классификационные показатели (марка сплава, масса отливки, класс точности, группа сложности); - показатели назначения (временное сопротивление, предел текучести, относительные удлинение и сужение, ударная вязкость, твердость, микроструктура); - показатели технологичности и экономного использования металла (припуски на механическую обработку, допуски на необрабатываемые размеры отливки); - показатели качества поверхности (шероховатость поверхности по ГОСТ 2789); - экономические показатели (экономический эффект, себестоимость). Контролируемые показатели качества отливок Характеристика отливок Перечень контролируемых показателей № Назначение 1 Отливки общего назначения 2 Отливки ответственного назначения Внешний вид, размеры, химический состав, Отливки для деталей, рассчитываемых на механические свойства: предел текучести, прочность и работающих при статических временное сопротивление, относительное нагрузках удлинение 3 Отливки особо ответственного назначения Внешний вид, размеры, химический состав, Отливки для деталей, рассчитываемых на механические свойства: предел текучести, прочность и работающих при циклических временное сопротивление, относительное нагрузках удлинение и ударная вязкость Отливки для деталей, конфигурация и размеры которых определяются только из Внешний вид, размеры, химический состав конструктивных и технологических соображений
На качество отливок влияют следующие основные факторы: - качество исходных формовочных, шихтовых и вспомогательных материалов; - уровень механизации и автоматизации технологического процесса; - соблюдение технологического процесса на всех стадиях производства отливок; - организация производства и хозяйственный механизм управления литейным цехом.
Виды технического контроля отливок Классификация видов контроля: Классификационный признак Вид контроля Стадия производственного процесса Входной, операционный, окончательный Цель Приемочный, регулирование технологического процесса Полнота Сплошной, выборочный Периодичность и характер Средства Органолептический, визуальный, инструментальный Контролируемый параметр По количественному, качественному и альтернативному признаку Выполняемая функция Активный, пассивный Уровень технической оснащенности Ручной, механизированный, автоматический
• Входной контроль – контроль материалов и отливок, поступивших в цех (на предприятие). • Операционный контроль – контроль промежуточной продукции (стержней, форм, металла) или технологических операций (формовка, плавка, заливка, обрубка, термообработка). • Окончательный контроль – контроль готовой продукции (отливок), при котором проверяется их соответствие требованиям нормативно-технической документации.
• При сплошном контроле контролируют каждую отливку, для чего, очевидно, может быть использован только неразрушающий контроль. • При выборочном контроле решение о качестве всей контролируемой партии отливок принимается по результатам контроля нескольких случайно выбранных из партии отливок. Для принятия верных решений результаты выборочного контроля обрабатываются с использованием методов математической статистики и теории вероятности. • Непрерывный контроль предназначен для проверки нестабильных технологических режимов. При установившемся производстве и стабильных технологических режимах применяется периодический контроль. • Летучий контроль производится с произвольной периодичностью и носит внезапный характер.
• Инспекционный контроль используют для проверки работы отдела технического контроля (ОТК) или контрольных автоматических устройств. В этом случае производится повторная и выборочная проверка годных и забракованных отливок, инспекционный контроль проводится специальной комиссией, состоящей из квалифицированных специалистов, не реже одного раза в месяц. • Органолептический контроль – контроль, при котором первичная информация воспринимается только с помощью органов чувств человека. • Визуальный контроль представляет собой частный, но наиболее широко применяемый случай органолептического контроля. • Инструментальный контроль осуществляется разнообразными техническими средствами и является наиболее совершенным.
• Контроль по количественному, качественному или альтернативному признаку соответственно обеспечивает количественное значение измеряемого параметра, определение группы или уровня качества проверенного параметра или разделение отливок по изменяемому параметру на годные и бракованные.
• При активном контроле осуществляется непосредственное воздействие на объект, а при пассивном контроле брак только фиксируется. Своевременная (в масштабе реального времени) обработка результатов контроля и улучшение качества отливок стали возможными только при использовании вычислительной и микропроцессорной техники. Подразделение всех методов контроля на разрушающие и неразрушающие является наиболее важным с практической точки зрения.
• Разрушающий контроль может производиться как на специальных образцах, отливаемых одновременно с отливкой или являющихся частью отливки, так и на образцах, вырезанных из различных участков контролируемой отливки. Последнее применяется при доводке технологического процесса или при контрольно-приемочных испытаниях. В этом случае дальнейшее использование отливки по назначению становится невозможным. Поэтому методы разрушающего контроля применительно к готовой отливке возможны лишь как выборочные, но для ответственных отливок из специальных сплавов (жаропрочных, титановых и т. п. ). Применяется сплошной контроль разрушающими методами на специальных образцах.
• Неразрушающий контроль (НК) не влияет на дальнейшую работоспособность отливок, и они остаются полностью пригодными к эксплуатации, поэтому НК наиболее важен для современного машиностроения. К неразрушающим методам относят: ü визуальный контроль, ü контроль точности отливок, ü шероховатости поверхности, ü магнитную дефектоскопию, ü рентгенодефектоскопию, ü гамма-дефектоскопию, ü ультразвуковой контроль, ü токовихревой контроль, ü капиллярную дефектоскопию, ü контроль герметичности отливок и др.
Неразрушающие методы Ø Визуально контролируют качество поверхности, наличие трещин, воспроизведение контура отливок и т. п. Визуальный контроль основан на различном отражении света от дефектной и качественной поверхности. Поверхность материала изучают невооруженным глазом или с помощью лупы. В последнем случае возможно обнаружить поверхностные дефекты размером до 0, 01 мм. Ø Контроль точности отливок. Под точностью отливки понимают степень приближения истинных размеров отливки к размерам, указанным на чертеже. Размеры отливки могут отличаться от заданных чертежом из-за усадки сплава, неточности выполнения оформляющих элементов формы, износа штырей и модели, зазоров между разъемными частями формы, зазоров в подвижных стержнях металлической пресс-формы, коробления песчаных стержней при сушке и др. Способы литья в металлические формы обеспечивают более высокую точность изготовления отливок, по сравнению с литьем в песчаные формы.
Неразрушающие методы Ø Контроль шероховатости поверхности осуществляют контактными и бесконтактными приборами. Принцип действия контактных приборов (профилографов) состоит в ощупывании контролируемой поверхности алмазной иглой с радиусом закругления 2 или 10 мкм. Перемещение иглы по неровностям поверхности детали регистрируется специальной индуктивной или электронной системой, сигналы датчиков усиливаются и передаются на записывающие устройства. В промышленности применяют профилометр-профилографы мод. 201 и 202, цеховые профилометры мод. 240, портативные профилометры мод. 253. Бесконтактные приборы (профилометры) – оптико-механические устройства. Их работа основана на принципе светового сечения (приборы ПСС) и теневого сечения (приборы ПТС). В приборах теневого сечения на расстоянии 0, 1 мм от объекта (детали) помещают линейку со скошенной поверхностью, которая срезает часть пучка света. На поверхности детали будет видна тень, отбрасываемая линейкой. Верхний край тени отображает профиль поверхности детали. Этот профиль рассматривают в микроскоп. Оценку шероховатости поверхности можно осуществлять фильтрационными приборами. В основу работы заложен принцип измерения количества воздуха, прошедшего в единицу времени через зазор между резиновой прокладкой и поверхностью отливки. Такой способ является косвенным.
Неразрушающие методы Ø Магнитная дефектоскопия. Среди методов магнитной дефектоскопии широко распространен магнитопорошковый метод. С его помощью удается обнаружить трещины шириной от 0, 001 мм и глубиной 0, 01 мм у поверхности детали. Метод применяется и для обнаружения внутренних дефектов отливок, находящихся на глубине не более 2 мм от поверхности детали. Для выявления дефекта используют ферромагнитный порошок. Напряженность магнитного поля в месте дефекта больше, здесь происходит скопление порошка. Выявлению небольших по размерам дефектов способствует то, что площадь, обработанная порошком, значительно больше, чем сам дефект.
Неразрушающие методы Ø Рентгенодефектоскопия. Поглощение энергии рентгеновских лучей существенно зависит от плотности металла и строения атомов облучаемого материала. Степень поглощения рентгеновских лучей зависит от длины их волны. Чем меньше длина волны (жестче излучение), тем выше их проникающая способность. Рентгеновские лучи обладают свойством воздействовать на фотопленку. Чем больше энергия лучей, прошедших через отливку, тем сильнее их воздействие. Рентгенодефектоскопией находят газовые раковины, так как они меньше поглощают лучи, чем шлаковые и песочные. Ликвация сплава может четко выявляться только в том случае, если атомный номер ликвирующего элемента отличается от атомного номера основного металла. Отдельные мелкие поры практически не выявляются, но места их скопления (рыхлость) определяются успешно. Трещины и расслоения, расположенные перпендикулярно лучам, распознать трудно. В промышленности используют стационарные рентгеновские аппараты РУП– 60– 20–Ш, РУП– 150– 10, РУП– 150– 300– 10, РУП– 200– 20– 5, РУП– 400– 5– 1 и переносные РУП– 120– 5– 1 и РУП– 200– 5– 1.
Неразрушающие методы Ø Гамма-дефектоскопия. Метод основан на просвечивании отливок гамма-лучами. Источниками лучей в дефектоскопах являются искусственно полученные в ядерных реакторах радиоактивные изотопы кобальта, цезия и некоторых других элементов. Для контроля деталей используют переносные, передвижные и стационарные дефектоскопы. При исследовании источник излучения размещают на определенном расстоянии от детали, с другой стороны детали устанавливают кассету с фотопленкой. Светочувствительный слой пленки реагирует на гаммалучи, т. е. засвечивается в местах интенсивного облучения. Если в отливке есть, например, раковина, то гамма-лучи в этом месте будут поглощаться менее интенсивно, и поэтому после проявления на фотопленке образуется темное пятно. Этим методом можно обнаружить дефекты, размер которых составляет 0, 5– 1 % от толщины стенки отливки. Поглощение гамма-лучей при прохождении через отливку зависит от химического состава сплава, плотности и толщины стенки.
Неразрушающие методы Ø Ультразвуковой контроль. Ультразвук – упругие волны с частотой от 20 к. Гц до 10 МГц, распространяющиеся в однородном твердом теле прямолинейно. Поверхность отливки является границей раздела двух тел с разными акустическими свойствами. Ультразвуковые волны отражаются от поверхностей, пустот в металлических деталях (трещин, различного рода раковин). Существуют 5 методов ультразвуковой дефектоскопии. Наиболее широко применяют теневой, резонансный и импульсный (эхометод). Ультразвуковым контролем контролируют слитки и фасонные отливки. Вследствие затухания ультразвуковых колебаний в крупнозернистой структуре стального слитка контроль ведут на низкой частоте (0, 25 – 1, 0 МГц). Чувствительность контроля при этом снижается. Но, тем не менее, трещины и другие дефекты слитков хорошо отражают ультразвуковые колебания. Слитки цветных сплавов контролируют, используя колебания более высокой частоты.
Неразрушающие методы Ø Токовихревой контроль основан на возбуждении в изделии вихревых токов, величина которых зависит от наличия дефектов, структуры и свойств материала. Метод используется для выявления поверхностных дефектов и дефектов, расположенных близко к поверхности (до 4 – 5 мм). Этим методом контролируют также структуру, твердость металлов.
Неразрушающие методы Ø Капиллярная дефектоскопия основана на явлениях смачивания и капиллярного поднятия, а также световом и цветовом контрастах веществ, используемых при проведении контроля. Различают цветной и люминесцентный методы дефектоскопии. Дефекты на поверхности заполняют жидкостью (цветной, люминесцирующей, керосином). Контроль цветным методом проводится следующим образом. Поверхность отливки очищают обезжиривающими материалами (ацетоном, уайт-спиритом) и просушивают. Затем наносят краситель (красный), который состоит обычно из нескольких компонентов. Отливку выдерживают 2– 10 мин. Красную краску снимают ветошью, смоченной смесью керосина и трансформаторного масла, или удаляют специальными жидкостями. Потом тонким слоем наносят белую краску, высушивают ее и выявляют дефекты. Трещины проявляются в виде красных полос, пористость – в виде отдельных красных точек. Люминесцентный метод (флюоресцентный) используется, если дефект отливки выходит на поверхность. Флюоресценция – способность некоторых веществ превращать невидимое излучение в излучение, воспринимаемое человеческим глазом. В дефектоскопии обычно используется ультрафиолетовое излучение.
Неразрушающие методы Ø Контроль герметичности применяют для отливок, работающих под избыточным давлением, например детали гидроаппаратуры. Герметичность – способность отливки выдерживать давление жидкости или газа без течи. Испытание отливок на герметичность ведут под давлением. Опрессовку проводят водой или сжатым воздухом до заданного давления. Поверхность детали смачивают мыльной водой и плавно повышают давление. Если деталь негерметична, на ее поверхности появляются пузырьки пены.
Физической основой всех методов НК является взаимодействие физических полей или излучений с контролируемым объектом. Все методы НК в зависимости от их физической сущности подразделяют на 10 основных видов. Из них для контроля отливок применяют следующие методы: ü магнитный, ü электрический, ü электромагнитный (вихретоковый), ü оптический, ü радиационный, ü акустический, ü тепловой ü проникающими веществами. Каждый метод НК классифицируют по следующим пяти признакам: ü характер физических полей или излучений; ü характер взаимодействия физических полей с контролируемым объектом; ü первичный информативный параметр; ü способ индикации первичной информации; ü способ представления окончательной информации.
• Средства НК в зависимости от назначения подразделяют на дефектоскопы, структуроскопы, толщиномеры и приборы комплексного контроля. Для надежного выявления дефектов и обоснованной отбраковки дефектных отливок необходимо: 1. Определить требуемый уровень качества отливки (нормы браковки), 2. Обеспечить необходимую чувствительность средств контроля. • НК обеспечивает высокую эффективность и экономичность за счет снижения трудоемкости контрольных операций и повышения производительности труда, а также за счет возможности широкого использования автоматических средств контроля в активном режиме для управления качеством отливок. При этом снижаются затраты на производство в результате выявления дефектов на ранней стадии изготовления изделий, появляется возможность получения достоверной информации о качестве каждой отливки (детали) и осуществления сплошного контроля.
Техническая характеристика методов неразрушающего контроля отливок
Оценка выявляемости дефектов отливок различными видами неразрушающего контроля
Организация технического контроля На любом промышленном предприятии независимо от его ведомственной принадлежности технический контроль качества продукции осуществляет ОТК – самостоятельное структурное подразделение. Структурным подразделением ОТК является цеховое бюро технического контроля (БТК). Организационно-структурная схема БТК литейного цеха представлена на рис. 3. 1. Штат БТК состоит из начальника бюро, старших контрольных мастеров, сменных контрольных мастеров и рабочих-контролеров. БТК является основным звеном системы управления качеством. В обязанности работников БТК литейного цеха входят: организация и осуществление входного, операционного и приемочного контроля, своевременное оформление документации, как на принятую, так и на забракованную продукцию, обобщение и анализ статистических данных по результатам контроля и испытаний отливок в целях разработки эффективных мероприятий по устранению и стабилизации технологических процессов, участие в мероприятиях по повышению качества отливок.
Начальник ОТК Группа внешней приемки Начальник БТК литейного цеха Группа статистического контроля и анализа брака Группа входного контроля Контрольные мастера или старшие контролеры БТК Группа лабораторных испытаний Группа операционного контроля Группа приемочного контроля Рис. 3. 1. Схема организации БТК литейного цеха
Основными подразделениями БТК литейного цеха являются: группа входного контроля, которая осуществляет контроль формовочных, шихтовых и вспомогательных материалов, поступающих в литейный цех; группа лабораторных испытаний, осуществляющая контроль химического состава и физико-механических свойств сплава, а также контроль качества формовочных и стержневых смесей; группа операционного контроля, которая контролирует качество форм, стержней, технологические свойства жидкого металла, а также следит за состоянием технологической оснастки, т. е. осуществляет контроль за качеством выполнения основных технологических операций; группа приемочного контроля, осуществляющая контроль изготовленных отливок.
Работники БТК несут ответственность за выпуск отливок из литейного цеха, не соответствующих техническим условиям (ТУ), состояние организации технического контроля и правильность применяемых методов контроля в соответствии с технологическим процессом; своевременность и правильность оформления документации, удостоверяющей качество отливок. Структура БТК и организация контроля в литейном цехе в значительной степени зависят от объема и характера производства. Цехи массового производства характеризуются высоким уровнем механизации и автоматизации, значительным разделением труда, поэтому контроль организуется сетью контрольных участков на всех операциях технологического процесса. Это обеспечивает требуемое качество отливок и исключает вероятность неожиданного появления массового брака. В этом случае средства контроля настраиваются на определенные пределы контролируемых параметров.
При серийном производстве номенклатура отливок существенно расширяется, уровень механизации работ остается достаточно высоким. В этих условиях схема операционного контроля несколько упрощается, и контроль проводится в меньшем объеме, чем при массовом производстве. В условиях серийного производства можно использовать как сплошной, так и выборочный контроль, но предпочтение обычно отдают последнему. Сплошному контролю подвергают только отливки ответственного и особо ответственного назначения (лопатки газотурбинных двигателей, поршни, отливки для установок, работающих под давлением, и т. п. ). При малом объеме производства операционный контроль может быть упрощен в еще большей степени. В условиях единичного производства номенклатура отливок может быть очень разнообразной. В этом случае организация технического контроля сводится, главным образом, к входному контролю формовочных и шихтовых материалов и сплошному контролю готовых отливок. Сложные ответственные отливки можно контролировать различными методами.
Документация технического контроля играет важную роль в процессе его организации. Она регламентирует процесс контроля и в ней официально регистрируются его результаты. Основные базовые сведения, необходимые для организации контроля, содержатся в чертежах на отливку и оснастку (требования по размерной и массовой точности, марка сплава и свойства); технологических картах и инструкциях (технологические режимы и необходимые свойства основных и вспомогательных материалов); сертификатах (химический состав и свойства исходных материалов); картах технологического процесса (браковочные нормы, методика и средства контроля). Все требования к контрольным операциям должны быть сформулированы в полном соответствии с нормативно-технической документацией (ГОСТ, ТУ, стандарт предприятия и др. ). Процедура выявления причин и виновников брака на различных предприятиях имеет свои особенности. Однако общая его схема может быть представлена следующим образом. Каждый случай брака в производстве оформляется актом брака или извещением о браке, который составляется представителем БТК непосредственно при разбраковке отливок. Руководящим документом учета оформления и определения причин брака являются внутризаводские инструкции или стандарт предприятия «Учет брака в производстве» .
После оформления акта мастер производственной группы, по вине которой были забракованы отливки, должен выявить конкретного виновника, которому будет предъявлен акт брака вместе с забракованными отливками. Окончательное решение о причине и виновнике брака, с которого должны быть высчитаны потери от брака, принимают работники технологических служб, ОТК, а также представители администрации и профсоюза. Окончательно оформленный акт вместе с рабочим нарядом передается в бухгалтерию, где составляется калькуляция стоимости бракованных отливок. Один экземпляр акта передается в планово-диспетчерское бюро, где производится корректировка программы выпуска отливок с учетом реальных потерь на брак. Различают бухгалтерский и оперативно-технический учет. Бухгалтерский учет предназначен для определения материальных потерь от брака, расходов на его исправление и расчетов, связанных с возмещением убытков от брака за счет виновного. Оперативно-технический учет является основой для статистического анализа брака и разработки мероприятий по его устранению. Ежедневный оперативный учет брака в цехе ведется в журнале учета брака на основании оформленных актов. Для оперативно-технического учета используются также подетальные карты учета брака, акты разбраковки, карты дефектов и сигнальные листки. Форма этой документации разрабатывается на каждом заводе или устанавливается стандартом предприятия.
Результаты статистического анализа и мероприятия по устранению брака обсуждаются на цеховых совещаниях по качеству, которые должны проводиться не реже одного раза в месяц. Последовательность операций контроля зависит от специфики производства, сложности отливок и требований, предъявляемых к качеству продукции в соответствии с категорией контроля. Во всех случаях предпочтение необходимо отдавать типовым методам и средствам контроля, которые позволяют автоматизировать контрольные операции и осуществлять их по ходу технологического процесса. Общий порядок выбора средств контроля и требования по оформлению технологической документации на контроль изложены в ГОСТ 3. 1502. Для проведения технического контроля в литейном цехе выделяются специальные помещения: площадки для наружного осмотра отливок, разметочные пункты для проверки соответствия геометрии отливок чертежу, установки и стенды для особых видов испытаний, помещения для люминесцентного, ультразвукового, магнитного и других видов контроля. Необходимо отметить, что некоторые виды технического контроля независимо от серийности выпуска продукции осуществляются в специализированной центральной заводской лаборатории. Это входной контроль исходных формовочных и шихтовых материалов, определение химического состава, механических свойств и структуры сплавов, некоторые специальные способы проверки качества отливок, связанные с использованием точных и сложных приборов. Общий порядок и последовательность контрольных операций на каждом конкретном предприятии обусловлены инструкцией на контроль отливок, которая должна включать следующие виды контроля качества отливок по этапам.
Нулевой контроль осуществляется рабочим непосредственно после удаления отливки из формы и заключается во внешнем осмотре в целях выявления незаливов, перекосов, наростов, ухода металла, стержневых заливов и др. Таким образом, в процессе нулевого контроля отливки сортируют по внешним признакам на годные и бракованные. Предварительный контроль осуществляется работниками БТК после удаления литниковой системы и очистки отливок. При внешнем осмотре выявляют литейные дефекты и механические повреждения, контролируют форму отливок шаблонами или калибрами. Также проверяют наличие клейма с номерами плавки, отливки и модельного комплекта и указанием марки сплава. На годные отливки ставится личное клеймо контролера, и они направляются на последующие контрольные операции в соответствии с подетальной технологической картой контроля. Отливки с исправимыми дефектами направляются на заварку, а с неисправимыми дефектами – в изолятор брака. На все отливки, подвергнутые предварительному контролю, выписывается сопроводительный документ (сертификат, протокол или ведомость), в котором отмечаются результаты контроля. Контроль отливок после заварки осуществляется аналогичным образом, при этом в сопроводительном документе отмечается качество заварки.
Подетальный технологический контроль осуществляется, как правило, методами НК (ультразвуковой, рентгеновский, магнитный и т. д. ) и производится в специальных лабораториях. Виды и методы контроля устанавливаются конкретно для каждой отливки в зависимости от требований, предъявляемых к ней, и ее особенностей (марка сплава, группа сложности, класс точности и т. п. ). Результаты контроля заносятся в журнал регистрации и сопроводительные документы. На отливке ставится клеймо контролера, а дефектные места отмечаются красным карандашом, мелом или краской. Место расположения дефекта и его размеры отмечаются также в технологической карте контроля на данную отливку. Параллельно с дефектоскопией на специальных образцах проводят механические испытания, контроль микро- и макроструктуры, химического состава в целях оценки качества металла. Результаты этих испытаний оформляются протоколами в соответствии со стандартами предприятия. Окончательный контроль осуществляется после прохождения всех контрольных операций. Все отливки, поступающие на окончательный контроль, сопровождаются необходимой документацией. В процессе окончательного контроля необходимо проверить наличие на отливке клейм о предыдущих контрольных операциях, провести анализ на соответствие результатов контроля допустимым нормам.
Крупные и средние отливки, прошедшие все этапы контроля и признанные годными, клеймятся клеймом окончательного контроля, а бракованные – клеймом «БРАК» . Как правило, место клеймения указывается на чертежах и инструкциях, причем в дальнейшем оно не должно подвергаться обработке резанием и окраске. Мелкие отливки в массовом производстве не подвергаются клеймению. Их укладывают в тару, отдельную для каждой плавки, и подтверждают годность клеймом, проставленным контролером в сопроводительном сертификате или на ярлыке, навешиваемом на тару. Забракованные за смену или сутки отливки выкладываются на специальную площадку для разбраковки. Ежедневно технические руководители цеха и контрольной службы проводят анализ забракованной продукции в целях установления причин и вида брака, назначения конкретных мероприятий, направленных на его оперативное устранение. Забракованные отливки помещают в изолятор брака, где они должны храниться до тех пор, пока не будут оформлены документы для бухгалтерского и оперативно-технического учета.
Для повышения качества отливок и совершенствования производственных процессов в цехе создается постоянно действующая комиссия по качеству продукции, которая не реже одного раза в месяц анализирует все случаи брака и причины повышенной дефектности определенных отливок, вносит свои предложения, направленные на устранение дефектов. Высокое качество и эффективность контроля могут быть обеспечены только при достаточной достоверности, хорошей воспроизводимости и требуемой точности результатов измерений. Для этого необходимо соответствующее метрологическое обеспечение средств контроля, под которым понимают совокупность методов, средств и критериев, необходимых для проверки и градуировки основных параметров контрольно-измерительной аппаратуры. Основными параметрами, подлежащими метрологической проверке, являются погрешность измерения и пороговое (предельное) значение какой -либо характеристики. Необеспечение требуемых параметров может привести к пропуску недопустимых дефектов или необоснованной отбраковке изделий. Решение этих вопросов возложено на метрологическую службу контроля, которая осуществляет метрологическую экспертизу средств и методов контроля на всех его стадиях. На ряде крупных предприятий имеются отделы методов и средств контроля, а также специализированные лаборатории физических неразрушающих методов контроля, входящие в состав центральных заводских лабораторий.
В целях повышения эффективности и рентабельности производства необходимо, чтобы затраты на контроль качества продукции были минимальными. Это может быть достигнуто путем комплексного внедрения следующих мероприятий: повышение технического уровня производства, совершенствование форм организации производства, использование социально-экономических стимулов, использование современных средств и методов контроля (особенно неразрушающих и статических), применение автоматизированных систем управления качеством, совершенствование нормативно-технической документации. В законе о качестве продукции и защите прав потребителя отмечается, что наряду с Государственной оценкой качества конкурентоспособной продукции предусмотрена также сертификация продукции, к которой предъявляются требования по обеспечению безопасности жизни и здоровья людей, охране окружающей среды. Перечисленные мероприятия, несомненно, должны обеспечить повышение качества продукции и изделий, что накладывает определенные требования и на качество отливок.
Организация поэтапного контроля качества литых заготовок В настоящее время около 80 % всех отливок по массе изготовляют литьем в песчано-глинистые формы. Этот способ является наиболее универсальным. Им получают отливки практически любой конфигурации. Поэтому в качестве примера более подробно рассмотрим формы и методы поэтапного текущего контроля по основным операциям технологического процесса изготовления отливок в разовых песчано-глинистых формах. Ключевыми этапами техпроцесса в данном случае являются: • - входной контроль поступающих исходных материалов; • - приготовление формовочных и стержневых смесей; • - изготовление модельного комплекта; • - изготовление литейных форм; • - операция «плавка» , «заливка» и «выбивка» форм; • - очистка, обрубка и термическая обработка отливок; • - контрольная приемка готовых отливок.
Входной контроль исходных материалов для литейного производства Эти материалы по их назначению можно отнести к следующим основным группам: - материалы, используемые для изготовления литейных форм, – формовочные материалы; - материалы, используемые для выплавки жидкого металла, – шихтовые материалы; - материалы, используемые для футеровки плавильных, термических, сушильных печей, разливочных ковшей, – огнеупорные материалы. Эти материалы в большей или меньшей степени оказывают прямое влияние на качество литых заготовок, возможное появление тех или иных дефектов в отливках, приводящих к их отбраковке (исправимый и окончательный брак). Контроль качества этих материалов является важным фактором в системе управления качеством готовых изделий литейного производства – литых заготовок.
Контроль качества формовочных материалов. Для изготовления разовых песчано-глинистых форм применяют формовочные и стержневые смеси. Исходными материалами для них служат: формовочный песок, формовочная глина, отработанная смесь, специальные связующие (стержневая смесь) и некоторые добавочные материалы (например, противопригарные, улучшающие податливость форм и др. ). Основными характеристиками формовочного песка являются зерновой минералогический состав и глинистая составляющая. По этим признакам определяется стандартная (ГОСТ 2138) марка песка. По минералогическому составу песок состоит из зерен кварца, глинистых минералов и вредных примесей. Контроль качества формовочных материалов в общем случае заключается в определении глинистой составляющей, определении зернового состава песка и определении предела прочности. Определение глинистой составляющей можно выполнить нормальным (ГОСТ 23409. 18) либо ускоренным методом (ускоренный метод применяют при текущем контроле). Зерновой состав песка определяют путем рассеивания на приборе, содержащем набор сит с размерами ячеек 2, 6– 0, 05 мм. Важность результатов контроля формовочного песка объясняется тем, что, при литье из разных сплавов, отливки разной массы очень чувствительны к свойствам формовочных смесей, а формовочный песок в этих смесях является главной определяющей составляющей. Основными характеристиками формовочной глины являются связующая способность и огнеупорность. По связующей способности глины принято делить: на прочно-связующие, средне-связующие и слабо-связующие.
Контроль качества шихтовых материалов. Шихтовыми материалами для плавки чугуна в литейном цехе служат: - металлическая шихта – чушковый литейный чугун, чугунный и стальной лом, отход собственного производства, ферросилиций 15%-й; - топливо – кокс литейный; - флюс – известняк. Контроль сводится к определению химического cостава чушкового лома, получаемого со стороны. Химический состав отходов собственного производства известен из контроля химического состава литых заготовок. При плавке стали в электропечах металлическую шихту составляет стальной лом, отходы собственного производства, небольшие добавки передельного чугуна, ферросплавы. При подготовке возврата собственного производства (литники, прибыли, брак отливок) важно очищать его от остатков формовочных и стержневых смесей. Песок будет менять химический состав шлака, а шлак в сталеплавильном процессе играет очень активную роль. Шлакообразующими при электроплавке стали служат железная руда, известняк или обожженная известь, молотый шамот, молотый кокс и молотый ферросилиций (шлак восстановительного периода). Все эти материалы должны быть сухими, кокс и ферросилиций свежеразмолотыми. Эти требования направлены на то, чтобы уменьшить вероятность растворения водорода в стали, растворенный водород может вызвать появление скрытых микротрещин – флокенов при кристаллизации и остывании отливок.
Контроль за условиями хранения исходных материалов. Запасы исходных материалов (как правило, месячные) должны храниться в закрытых складах, исключающих влияние на них меняющихся погодных условий. Это особенно важно для гигроскопических материалов – кокса, известняка, извести, железной руды, формовочного песка и глины. Тем не менее, песок и глина перед применением должны подвергаться сушке, глина – размалываться в порошок. Отработанная формовочная смесь перед употреблением должна подвергаться магнитной сепарации и просеиванию.
Скачать презентацию МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
Metody_kontrolya_kachestva_A.pptx