2828.Экспертиза качества и разрушений

–требования по технической и информационной совместимости,

атакже взаимозаменяемости продукции;

–основные потребительские характеристики продукции, методы их контроля, требования к упаковке, маркировке, транспортированию, хранению, применению и утилизации продукции;

–правила и нормы, обеспечивающие техническое и информационное единство при разработке, производстве продукции, термины и их определение, условные обозначения, метрологические и другие общетехнические и организационно-технические правила и нормы.

Национальные стандарты и общероссийские классификаторы тех- нико-экономической и социальной информации, в том числе правила их разработки и применения, представляют национальную систему стандартизации.

Международная организация по стандартизации (ИСО) и ее технический комитет подготовили и опубликовали в 1987 г. первые международные стандарты, содержащие требования к системам обеспечения качества для различных этапов жизненного цикла продукции, получившие индекс 9000 (ИСО 9001, ИСО 9002, …). На мировых рынках металл поставляется не столько по государственным стандартам России, сколько по американским AISI, ASTM, SAE, APL, немецким DIN, японским JIS.

Несовпадение стандартов разных стран отпугивает покупателей. Чтобы удовлетворять одновременно нескольким стандартам, поставщик предлагает сверх норм одного стандарта набор опций – дополнительных требований к качеству (с надбавками к базовой цене за каждую).

Опциями могут быть ограничение или только определение состава (по каждому элементу отдельно), каждый вид механических и технологических испытаний, контроля структуры, дефектоскопии. Чем шире набор опций, обеспеченных отлаженными вариантами технологий и испытаний, тем выше конкурентоспособность.

Заказчик выбирает наиболее экономный набор требований, обеспечивающий ему технологичность в производстве и качество его продукции. Оптимизация затрат на контроль продукта упирается в проблему выборки.

ISO (International Organization for Standardization) – Международная организация по стандартизации. С 1946 г. ISO разрабатывает технические стандарты практически по всем направлениям бизнеса, отраслям промышленности и технологиям. В соответствии со статьей 2.1 устава

21

ISO целью этой организации является содействие развитию стандартизации в мировом масштабе для облегчения международного товарообмена и взаимопомощи, а также для расширения сотрудничества в области интеллектуальной, научной, технической и экономической деятельности.

Стоит отметить, что Госстандарт является национальным членом ISO от России. С 15 августа 2001 г. в нашей стране действует аутентичная стандартам ISO 900х:2000 серия отечественных стандартов ГОСТ Р ИСО 900х-2001. Существенным моментом в них стала легитимизация термина «менеджмент» и таких производных от него словосочетаний, как «менеджмент качества», «система менеджмента качества» и «всеобщий менеджмент качества».

1.7. Роль стандартизации в управлении качеством материалов

Роль стандартов в управлении качеством продукции проявляется в том, что вводя стандарты с целью обеспечения заданных параметров качества продукции, предприятия разрабатывают организационнотехнические мероприятия, направленные на внедрение новой техники, улучшение организации производства, технического контроля качества, а также реконструкцию предприятий и цехов. Методологической основой управления качеством являются стандарты ИСО серии 9000. На уровне предприятия являются стандарты предприятия (СТП). При формировании комплексной системы управления качеством продукции (КС УКП) на машиностроительных предприятиях разрабатывается основной СТП, а также от 50 до 120 специальных СТП. В основном стандарте устанавливаются функции управления качеством на стадии разработки, производства и эксплуатации изделий; специальные стандарты определяют порядок выполнения работ, правила, нормы, методы и формы документов, действующих в каждой из подсистем КС УКП. Весьма эффективным средством повышения качества продукции явились стандартизированные системы технической документации ЕСКД, ЕССТД, ЕСТПП, а также планирование внедрения и надзор за соблюдением требований ГОСТов. К примеру, пересмотр стандартов на карбидную неоднородность в инструментальных сталях привел к увеличению ударной вязкости на 30–40 %. Применение прогрессивных видов металлопродукции в капитальном строительстве обеспечивает около 60 % экономии материальных затрат.

22

2. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О КАЧЕСТВЕ ИЗДЕЛИЙ. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ

Внаиболее широком смысле под качеством продукции понимается

еесоответствие требованиям потребителя. Оно определяется исходным материалом, действующей технологией производства и организованной системой контроля качества. Поскольку качество формируется всем циклом производства, возникает необходимость в управлении качеством, в планировании оптимального качества.

Общие представления о качестве изделий и показатели качества материалов описываются государственным стандартом ГОСТ 15467–79. Это количественная характеристика одного или нескольких свойств продукции, рассматриваемая применительно к определенным условиям потребления. Выделяют единичные и комплексные показатели, характеризующие их свойства, а также обобщающие показатели, выражающие уровень их качества. Единичный показатель качества продукции характеризует одно из свойств, а комплексный – несколько. Показатели качества используются конструкторами и технологами при создании новых и модернизации ранее освоенных изделий.

Определяющий показатель качества продукции – это такой показатель, по которому оценивают качество. Интегральный показатель явля-

ется отношением суммарного полезного эффекта от эксплуатации к суммарным затратам на их создание и эксплуатацию.

Обобщающие показатели характеризуют качество продукции независимо от ее вида и назначения. К ним может относиться объем и удельный вес отдельных видов прогрессивных материалов в общем выпуске продукции данного вида, а также величина экономического эффекта использования материалов повышенного качества. Обобщающие показатели используются в планах предприятий научно-исследова- тельских и проектных организаций.

Всю совокупность показателей качества материалов можно классифицировать по различным критериям:

–по количеству характеризуемых свойств;

–по отношению к различным свойствам материалов (показатели прочности, долговечности, технологичности);

–по стадии определения (проектные, производственные, эксплуатационные);

23

–по методу определения (расчетные, экспериментальные, экспертные);

–по характеру использования для оценки уровня качества (базовые

иотносительные);

–по способу выражения (показатели, выраженные безразмерными единицами измерения, например баллами, и размерными).

Показатели назначения характеризуют свойства материала, определяющие основные функции, для выполнения которых он предназначен, и формируют область его применения: строительство, машиностроение, авиастроение, криогенная техника и т.д.

Среди показателей назначения можно выделить следующие:

–функциональная и техническая эффективность (жаростойкость, прочность, пластичность, износостойкость и т.п.);

–конструктивные показатели (масса, плотность, форма);

–состав и структуры (химический состав, примеси, размер зерна

ит.п.);

–технологические особенности (штампуемость, жидкотекучесть, свариваемость и т.п.).

Для конструкционных материалов определяющими показателями назначения являются характеристики прочности, пластичности и другие, а для инструментальных− характеристикитвердости, теплостойкостиит.д.

Применительно к конкретным видам материалов единичными показателями назначения являются численные значения предела прочности, предела текучести и т.д.

Показатели назначения играют важнейшую роль в оценке качества, на их основе создают критерии оптимизации процесса управления качеством продукции, используемые для нахождения наилучших управленческих решений.

Показатели технологичности характеризуют эффективность кон- структивно-технологических решений для обеспечения высокой производительности труда при обработке материалов. К основным показателям технологичности относятся:

–трудоемкость изготовления (выражается в нормо-часах);

–технологическая себестоимость;

–уровень технологичности материала по трудоемкости изготовления (отношение трудоемкости изготовления рассматриваемого материала к базовому показателю трудоемкости).

24

Показатели надежности. Надежность – это свойство продукции сохранять во времени в установленных пределах значение всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

Показатели безопасности характеризуют особенности материалов, связанных с обеспечением безопасных условий их производства, обращения, потребления, утилизации.

Показатели безопасности. Превышение допустимого уровня показателя безопасности переводит продукцию в категорию опасной. Такая продукция подлежит уничтожению. К числу показателей безопасности обычно относят следующие показатели:

–химическая безопасность – отсутствие недопустимого вреда, который может быть нанесен токсичными веществами. Ими являются соли тяжелых металлов, нитраты и нитриды, пестициды антибиотики, микотоксины, высшие спирты, сложные эфиры, запрещенные полимерные материалы, токсичные элементы (мышьяк, ртуть, кадмий, свинец, медь, цинк, железо);

–радиационная безопасность – отсутствие на всех этапах производства радиоактивных элементов и их ионизирующего излучения;

–санитарно-гигиеническая безопасность;

–механическая безопасность;

–пожарная безопасность;

–вероятность возникновения опасной ситуации на всех стадиях жизненного цикла материала.

Экономические показатели характеризуют не само качество материала, а затраты при его разработке и изготовлении:

–себестоимость продукции;

–цена продукции;

–приведенные затраты на единицу продукции;

–относительный экономический показатель качества продукции, определяемый отношением затрат на базовый образец и соответствующие затраты на оцениваемую продукцию.

Внаиболее общем случае в состав затрат на обеспечение качества продукции входят затраты:

–на исследование рынка;

–проведение научно-исследовательских работ;

–разработку необходимой документации;

25

–подготовку производства;

–процесс производства;

–проведение испытаний;

–профилактику брака;

–проведение различных мероприятий по обеспечению качества;

–расчет комплексных и обобщающих показателей.

Внаиболее широком смысле под качеством продукции понимается

еесоответствие требованиям потребителя. Оно определяется исходным материалом, действующей технологией производства и организованной системой контроля качества. Поскольку качество формируется всем циклом производства, возникает необходимость в управлении качеством, в планировании оптимального качества.

Под управлением качеством продукции по ГОСТ 15467–79 понимают действия, осуществляемые при создании и эксплуатации или потреблении продукции в целях обеспечения и поддержания необходимого уровня ее качества. Рассматривая металлургические и металловедческие аспекты качества, можно утверждать, что они вырабатываются и формируются на всех стадиях изготовления детали – от качества исходных материалов и заготовок до окончательных операций при термической и механической обработке.

Проблему качества обычно понимают очень широко. Она охватывает все стороны хозяйственной деятельности. В широком смысле это могут быть и надежность, и технологичность, и эстетичность, вопросы эргономики и экологии. Будем рассматривать лишь те аспекты качества, которые определяют работоспособность конструкций, а также деталей машин и механизмов в соответствии с их основным назначением – для стальных изделий. Это прежде всего вопросы прочности и эксплуатационной надежности. Если рассматривать прочность твердых тел как меру сопротивления деформациям, то с инженерных позиций это следует понимать как сохранение деталями заданных чертежом форм и размеров. Если критерий прочности или конструктивной прочности всегда применяли как к материалам, так и к готовым изделиям, то понятие «надежность» применяется обычно только к готовым деталям.

2.1.Общие представления о качестве стальных изделий

С70-х гг. ХIХ в. господствующим конструкционным материалом был чугун, однако вскоре на замену ему пришла сталь. К началу ХХ в. производство чугуна и стали практически сравнялось. Значение чугуна

26

как конечного продукта резко снизилось, а стали возросло. В настоящее время сталь является базовым конструкционным материалом промышленного производства. Вероятно, она сохранит ведущую роль и в будущем. В 20–30-х гг. ХХ в. началось беспрецедентно быстрое развитие производства алюминия и пластмасс. Потребление стали в мире составляет 760 млн т, около 145 кг на человека, а в развитых странах – 800 кг. Мировое производство алюминия в 1990 г. достигло 18,2 млн т, что составляет 2,4 % от выплавляемой стали. Промышленное производство пластмасс к 1990 г. составило 90 млн т, т.е. почти 18 % от выплавляемой стали. В обозримой перспективе сталь остается важнейшим конструкционным материалом, но при экономическом росте мировое производство стали практически не возрастает. Развитые страны переориентировали свою металлургию на изготовление сталей и альтернативных материалов, обладающих новыми качествами. Несмотря на многочисленные попытки расширить сферу использования различных материалов, сталь продолжает оставаться основным конструкционным материалом. Это объясняется тем, что физическая природа металлов и сплавов позволяет непрерывно их совершенствовать, придавать им новое сочетание свойств. По экономическим показателям ни один из конкурирующих показателей не может сравниться со сталью.

В обозримом будущем потребление конструкционных материалов будет определяться следующими двумя факторами:

–совершенствование служебных свойств материалов, экономической эффективностью и экологической безопасностью;

–необходимость снижения энерго- и материалоемкости при использовании менее дефицитного сырья.

Точка зрения о возможной замене стали алюминием, железобетоном, пластмассами не оправдалась. Каждый из материалов имеет свои наиболее рациональные области использования. Главными эксплуатационными свойствами материалов являются прочность, жесткость, износоустойчивость, теплостойкость, плотность, коррозионная стойкость, трудоемкость формообразования и обработки, энергоемкость, наличие исходного сырья, долговечность работы изделий.

Сталь применяется в машиностроении, станкостроении, производстве военной техники, транспортных средств, строительных конструкций, производстве оборудования для пищевой промышленности. Алюминий – при производстве транспортных средств, строительных конст-

27

рукций, электротехнической промышленности. Пластмассы – при производстве упаковочных материалов, мебели, пищевого оборудования, электротехнических изделий.

2.2.Современные требования к качеству стали

Вначале ХХ в. требования к химическому составу и прочности стали практически исчерпывали требования к ее качеству. В современных стандартах на сталь помимо перечисленных характеристик отражены многочисленные требования к производству стали, эксплуатации машин и сооружений: штампуемость, обрабатываемость резанием, свариваемость, прокаливаемость, хладостойкость, коррозионная стойкость

ит.д. Качество стали – характеристика многомерная. Повышение только одной характеристики качества не дает значительного результата. Металл оказывается непригоден, если не выполнена одна из этих норм.

Механические свойства. 99 % всей стали являются конструкционным материалом. Прочность, пластичность, вязкость, предел текучести, предел прочности, относительное удлинение, относительное сужение − эти характеристики важны для формоизменения. Сопротивление локальной пластической деформации характеризуется твердостью. Измерение твердости получило широкое распространение для контроля качества металла. Вязкость стали (сопротивление разрушению) оценивается по величине работы, затраченной на разрушение при изгибе ударом образцов с различной формой надреза (KСV, KCU по ГОСТ 9454–78), путем определения коэффициентов вязкости разрушения. Сопротивление разрушению при циклическом нагружении определяется по пределу выносливо-

сти (ГОСТ 25504–82).

Необходимо владение целым перечнем стандартов, необходимых для оценки качества стали:

– оценка микроструктуры (ГОСТ 8233–56, 5640–68 и т.д.);

– определение величины зерна (ГОСТ 5639–82);

– штампуемость (ГОСТ 8817–82, ГОСТ 10702–78);

– хладостойкость (ГОСТ 23240–78, ГОСТ 21357–87 и т.д.);

– испытания падающим грузом (ГОСТ 30456–97);

– старение (ГОСТ 9.509–89, ГОСТ 9.906–83 и т.д.);

– прокаливаемость (ГОСТ 5657–69);

– свариваемость (ГОСТ 29273–92);

– обрабатываемость резанием (ГОСТ 25762–83) и мн. др.

28

«Структура материала» является центральным звеном, которая в конечном счете определяет свойства готовых изделий. Хорошо известно, что большинство окончательных инженерных решений основывается на экспериментальной проверке свойств. Причем постановка экспериментов и условия его проведения находятся в постоянном противоречии между необходимостью учета всех вероятных аспектов эксплуатации и экономикой проведения эксперимента, что приводит к обязательному уменьшению числа переменных, упрощению условий и сокращению времени проведения экспериментов.

Непосредственное изучение структуры значительно сокращает поиск, так как большинство зависимостей «структура – свойства» можно качественно предсказать на базе современных знаний в области металловедения, физики металлов и механики разрушения.

Таким образом, структурный анализ положен в основу оценки качества в рассматриваемом ниже материале. Связь между структурой и свойствами не всегда однозначна даже в пределах гомогенности на диаграммах фазового состояния, и существенную корректировку в эту зависимость могут вносить следующие процессы: неравномерно распределенные остаточные напряжения, возникновение структур, далеких от равновесия, неточное соблюдение технологического процесса, неоднородное распределение элементов, образующих твердый раствор, т.е. рассматриваем структуру как некоторую идеализацию модели реальной структуры. Здесь применим косвенный анализ структур с привлечением физических методов, которые находятся в определенной связи со структурным состоянием.

При измерении конкретных величин в результате физических, химических или механических испытаний, получая традиционную числовую информацию для оценки и гарантии качества, следует пользоваться статистическими методами контроля. Структурный металлографический анализ в подавляющем большинстве случаев дает нечисловую информацию, однако и здесь возможен, а иногда и необходим, количественный анализ.

2.3. Экспертиза качества материалов

Экспертиза – это самостоятельное исследование предмета экспертизы, производимое компетентным специалистом-экспертом на основании объективных фактов с целью получения достоверного решения по-

29

ставленной задачи. Экспертиза качества равнозначна термину «экспертиза потребительских свойств продукции». Виды экспертизы можно классифицировать по ряду признаков:

–по объему анализа и срокам проведения;

–цели и задачам;

–этапам жизненного цикла продукции.

Экспертиза может быть комплексной или оперативной. Комплексная экспертиза проводится в целях всестороннего изучения и оценки качества групп однотипных материалов. В процессе экспертизы формируются критерии оценки, отбираются базовые образцы и показатели качества. Поэтому комплексная экспертиза позволяет получить не только научные, познавательные результаты, но и определенный методический

инормативный материал, необходимый для проведения других видов экспертизы.

Оперативная экспертиза материалов базируется на результатах предварительно проведенных комплексных экспертиз, что позволяет экспертам сократить сроки проведения экспертизы при сохранении глубины и обоснованности экспертных заключений. Оперативная экспертиза проводится как на основных стадиях разработки новых материалов, так и в процессе массового выпуска и потребления продукции.

Оперативная экспертиза предусматривает:

–использование собранных ранее данных о материалах подобного вида, условиях потребления, результатах испытания;

–сокращенные сроки проведения;

–вынесение коллективного суждения экспертов о потребительском уровне качества материалов.

Помимо комплексной и оперативной экспертизы могут проводиться конструкторско-технологическая и экономическая экспертиза, экспертиза безопасности производства, товароведческая, судебно-правовая

исертификационная экспертиза. Конструкторско-технологическая экс-

пертиза является составной частью оперативной экспертизы. Она проводится:

–при изучении структуры и свойств материалов на всех стадиях их жизненного цикла;

–принятии решения о использовании того или иного материала

вконструкциях, машинах и приборах, исследовании технологии и обработки сырья, полуфабрикатов и изготовлении продукции;

30