Выбор технологии обработки и модификации материалов

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 

 

Выбор технологии обработки  
и модификации материалов 

Методические указания к выполнению курсовой работы  
по дисциплине «Технология обработки  
и модификации материалов» 
 
Под редакцией С.А. Герасимова 
 
 
 

 
 
 

 
 
 

УДК 669.017:612(075.8) 
ББК 34.2 
 
В92 

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/46/book1490.html 
Факультет «Машиностроительные технологии» 
Кафедра «Материаловедение» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве методических указаний  

Рецензент 
д-р физ.-мат. наук, профессор А.Л. Петелин 
 
  
 
Выбор технологии обработки и модификации материа- 
В92  лов : методические указания к выполнению курсовой работы 
  
по дисциплине «Технология обработки и модификации мате- 
  
риалов» / Ю. А. Быков, С. А. Пахомова, А. С. Помельникова,  
  
В. И. Силаева, М. В. Унчикова; под ред. С. А. Герасимова. —  
  
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. — 
  
17, [7] с. : ил.  
ISBN 978-5-7038-4488-5 
Приведены рекомендации по выбору материала детали на основе си-
стемного анализа с учетом критериев прочности, надежности, долговечно-
сти, а также технологии термической обработки. 
Для студентов 4-го курса (7-й семестр) МГТУ им. Н.Э. Баумана, обу-
чающихся по направлению подготовки бакалавров «Материаловедение и 
технологии материалов». 

 
 УДК 669.017:612(075.8) 
 
 ББК 34.2 
 
 
 
 
 
 

 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016 
 
© Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-4488-5 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016 

Предисловие 

Цель курсовой работы — формирование у студентов знаний, 
умений и навыков выбора материала и режимов обработки для 
машиностроительных деталей (инструмента) на основе анализа 
научно-технической информации и использования методов опти-
мизации с учетом требований надежности, долговечности, техно-
логической эффективности и экологической безопасности.  
Для обработки деталей применяются термическая или химико-
термическая обработки, токи высокой частоты, поверхностный 
наклеп, лазерная наплавка сплавов, нанесение покрытий с исполь-
зованием различных методов осаждения и др. Для краткости из-
ложения в дальнейшем будет употребляться только выражение 
«термическая обработка». 
Алгоритм решения задачи выбора материала и технологии 
должен учитывать опыт производства подобных изделий на ма-
шиностроительных заводах. Студенты должны ознакомиться с 
ним при прохождении технологической практики на одном из ма-
шиностроительных предприятий.  
Кроме того, в целях выбора альтернативных и более рациональ-
ных решений проводится анализ справочной литературы, периоди-
ческой печати, различных публикаций и данных из Интернета. 
Для облегчения выполнения курсовой работы необходимо ис-
пользовать краткую памятку (прил. 1). 
В результате выполнения курсовой работы студент должен 
знать: 
• основные виды термической и химико-термической обработки; 
• закономерности диффузии; 
• теорию перлитных и мартенситных превращений; 
• теорию отпуска и старения сплавов; 
• теорию циркуляционного метода химико-термической обра-
ботки сплавов; 

• основы теории ионной химико-термической обработки 
сплавов; 
уметь: 
• использовать закономерности диффузии при анализе процес-
сов термической и химико-термической обработки; 
• критически анализировать существующие способы химико-
термической обработки; 
• применять термодинамические расчеты для определения ве-
дущих химических реакций при химико-термической обработке; 
владеть: 
• навыками оценки структурных превращений при изменении 
химического состава сплавов и условий теплового и деформаци-
онного воздействия: 
• методами определения стабильности свойств сплавов в зави-
симости от их структурного состояния. 

Исходные данные для выполнения курсовой работы 

Задание на выполнение курсовой работы на примере кон-
кретной детали (инструмента) студент получает во время про-
хождения практики. Задание включает в себя выбор материала 
детали и разработку технологии ее термической обработки, обес-
печивающих требуемый, исходя из условий эксплуатации, уро-
вень свойств. 
Во время прохождения практики студент должен собрать сле-
дующие исходные данные для выполнения курсовой работы: 
1) рабочий чертеж детали (инструмента) с указанием габарит-
ных размеров; 
2) назначение детали, условия ее работы, выполняемые функ-
ции, уровень и характер нагрузок, сведения о температурном ре-
жиме, рабочей среде и т. д.; 
3) марку материала, из которого изготовлена деталь, и требо-
вания к его свойствам (назовем эти исходные для дальнейшего ис-
пользования данные, а также материал базовыми); 
4) полный технологический маршрут изготовления детали (ин-
струмента) (в виде схемы) с указанием основных операций и кон-
троля, начиная от поставки материала и его состояния до передачи 
детали на склад или сборку, с конкретизацией видов промежуточ-
ной и окончательной термообработок; 
5) технологический пооперационный маршрут (технологическая 
карта) всех видов термической обработки с указанием оборудова-
ния, на котором производится операция, времени, затраченного на 
операцию, температуры и т. д.  
Далее при выполнении курсовой работы студент, используя 
опыт, полученный в процессе производственной практики, и ре-
зультаты анализа технической литературы и других источников 
информации, проводит обоснованный выбор марки материала и 
технологии термической обработки детали.  
Выполнение курсовой работы осуществляется последователь-
но, в несколько этапов, указанных в пояснительной записке. 

Пояснительная записка 

При оформлении пояснительной записки должны выполняться 
определенные требования (ссылки на литературу в тексте, подписи 
к рисункам, таблицам, обозначения, источники в списке литературы, 
расположение текста и рисунков и т. д.) в соответствии с 
ГОСТ 2.105–95. В качестве примера можно ориентироваться на 
оформление современной технической литературы. Следует особо 
обратить внимание на указание единиц величин — они должны 
быть приведены в СИ. 
Объем пояснительной записки составляет порядка 20 листов 
формата А4. Пояснительная записка включает в себя титульный 
лист (прил. 2), аннотацию, оглавление, основную часть, список 
литературы и приложения. 
Основная часть пояснительной записки должна содержать следующие 
разделы. 
1. Задание на выполнение курсовой работы. Задание отражает 
название работы с указанием конкретной детали (например, 
«Выбрать материал и разработать технологию термической обработки 
шестерни автомобиля»). Здесь приводится чертеж детали с 
указанием габаритных размеров, которые существенны для операций 
термической обработки. 
2. Условия работы детали и вытекающие из этого требования 
к материалу. В разделе должны быть представлены: 
• анализ условий работы детали (нагрузки и их характер, ско-
рости, рабочие температуры, рабочая среда и т. д.); 
• результаты формирования требований к свойствам материала, 
исходя из назначения и условий работы детали. Для этой цели используются 
характеристики, задаваемые заводскими технологическими 
условиями на изготовление детали (например, твердость, 
прочность, прокаливаемость, глубина цементованного слоя и т. д.). 
Эти сведения могут быть дополнены данными, полученными при 
изучении технической литературы. Требования к материалу детали 

должны в максимальной степени иметь количественные выражения, 
в случае их отсутствия необходимо привести их качественную 
характеристику (например, материал детали должен обладать 
высокой коррозионной стойкостью, теплостойкостью, износостой-
костью, радиационной стойкостью и т. д.). 
3. Выбор марки материала и способа термической обработки. 
Обоснование выбора химического состава материала.  
В данном разделе проводится анализ технической литературы в 
целях выбора марки материала, который обеспечивает или превосходит 
по свойствам базовый материал, и соответствующего способа 
обработки. 
Прежде всего, исходя из назначения детали и условий ее работы, 
определяется класс материалов или класс способов обработки, 
в пределах которого следует осуществлять поиск. Классификация 
материалов широко представлена в учебной и справочной литературе. 
Она может иметь общий характер (например, конструкционные 
материалы, материалы криогенной техники, авиационные материалы 
и т. д.). Однако предпочтительнее пользоваться более 
мелкой классификацией материалов (шарикоподшипниковые, 
штамповые для холодной и горячей обработок, быстрорежущие, 
рессорно-пружинные, износостойкие для тяжелых условий работы, 
жаропрочные и т. д.) или способов обработки (химикотермическая 
обработка, напыление покрытий и т. д.). 
Каждый класс содержит сведения о химическом составе и свойствах 
материалов, способе обработки. Из выбранной группы материалов 
с соответствующим способом обработки выбираются те, которые 
могут рассматриваться в качестве альтернативы базовому материалу. 
Затем составляют таблицу химического состава базового и 
выбранного материала и таблицу, включающую наименование марок 
материалов с указанием физико-химических, механических и 
при необходимости технологических свойств, способы обработки, 
показатели экономической эффективности и т. п. Из сравнения табличных 
данных выбирают материал определенной марки и соответствующий 
способ обработки.  
Выбор марки стали или сплава проводят с помощью матрицы 
оптимизации (табл. 1) в следующей последовательности: 
1) указывают свойства Х1, Х2,…, Хn, которые необходимо оценить 
по пятибалльной шкале (чем выше уровень свойства, тем 
выше балл), и в зависимости от значимости свойства — весовой 

коэффициент Ki. Сумма всех весовых коэффициентов должна быть 
равна единице:  
K1 + K2 + … + Kn = 1; 
2) для каждого материала определяют сумму ∑ Ki Хi в баллах; 
3) в соответствии с суммой баллов каждой марке материала 
присваивают приоритетное место.  
Сплав, получивший максимальное количество баллов, рекомендуется 
для изготовления детали. 
Таблица 1 
Матрица оптимизации 

Марка  
материала 

σв, МПа 
δ, % 
НВ* 
KСU**, 
МДж/м2 
Сумма 
баллов, 
∑ Ki Хi 
Итоговое 
место 
1

1

X
K  

2

2

X
K  

3

3

X
K  

4

4

X
K  

 
 
 
 
 
 
 

————— 
* НВ — твердость. 
** KСU — ударная вязкость. 
 
Пример матрицы оптимизации для выбора марки стали для колец 
подшипника приведен в табл. 2. 
Таблица 2 
Пример матрицы оптимизации  
для выбора марки материала (шарикоподшипниковые стали) 

Марка  
стали 

σв, МПа 
σ–1, МПа 
НВ 
Прокали-
ваемость, 
мм 
Сумма 
баллов, 
∑ Ki Хi 
Итоговое 
место 

1

1

X
K

 

2

2

X
K  

3

3

X
K  

4

4

X
K  

ШХ4 
 1  
0,2 
 3  
0,1 
 2  
0,3 
 1  
0,4 
1,5 
4 

ШХ15 
 3  
0,2 
 3  
0,1 
 3  
0,3 
 2  
0,4 
2,6 
3 

ШХ15СГ 
 4  
0,2 
 4  
0,1 
 4  
0,3 
 4  
0,4 
4,0 
2 

ШХ20СГ 
 5  
0,2 
 5  
0,1 
 5  
0,3 
 5  
0,4 
50 
1 

Дополнительно следует указать причину, по которой сталь 
определенной марки не подходит для изготовления детали 
(например, «не соответствует требованиям температуры», «не соответствует 
уровню коррозионной стойкости», «уступает по прочности 
маркам… »). 
Для обоснования выбора количественного и элементного химического 
состава марки стали приводятся графики и гистограммы, 
представляющие собой зависимости содержания легирующего 
элемента от свойств. 
В заключение указывают выбранный материал, способ его обработки 
и свойства. 
4. Разработка технологии термической обработки детали. 
Используя результаты практики, разрабатывают и графически 
представляют маршрут изготовления детали — от подачи полуфабриката 
в заготовительный цех до выпуска готовой детали. На 
этом этапе определяют место всех способов термической обработки (
отжиг, нормализация, закалка и т. д.) в общем цикле изготовления 
детали. 
Далее приводят обоснование необходимости использования 
тех или иных способов термической обработки, применяемых на 
различных этапах маршрута изготовления детали. 
Разработка технологии предварительной и окончательной термической 
обработки включает: определение температурных и вре-
менныˊх режимов, выбор сред нагрева и охлаждения, а, например, 
для химико-термической обработки — состава насыщающей среды. 
Выбор по данным технической литературы температурных и 
временныˊх режимов термической обработки предпочтительно 
осуществлять с помощью графиков зависимостей типа: «температура — 
свойство», «время процесса — свойство», «скорость охлаждения — 
свойство», «температура — толщина диффузионного 
слоя» и т. п. При отсутствии таких зависимостей используют номограммы, 
табличные данные или приводят значения параметров 
термической обработки по рекомендациям справочников. Для всех 
графических зависимостей следует привести объяснение наблюдаемым 
закономерностям, затем указать рациональные режимы термической 
обработки, обеспечивающие требуемые свойства. В итоге 
должна быть составлена таблица «Технологическая карта проведения 
термической обработки» и дана графическая иллюстрация 

рекомендуемых режимов предварительной и окончательной термической 
обработки. 
Технологическая карта включает в себя перечень технологических 
операций термической обработки в последовательности их 
осуществления. В карте указывают температуру и продолжительность 
нагрева, время выдержки при температуре, среды нагрева и 
охлаждения, а также сопутствующие операции (промывка, правка, 
измерение твердости и т. д.). Желательно указать тип оборудования 
для термической обработки и аппаратуры для оценки качества. 
Технологическая карта составляется по форме, применяемой на 
предприятии, где студент проходил практику. Может быть использован 
вариант, приведенный в прил. 3. 
5. Заключение. Здесь следует указать результаты курсовой работы, 
которые могут состоять в следующем: 
• в рассматриваемом классе материалов базовая марка материала 
и его термическая обработка являются наиболее рациональными; 
• предложен новый материал и режимы термической обработки, 
обеспечивающие оптимальные свойства по сравнению с базовыми 
материалом и технологией; 
• рекомендуется базовый материал, но корректируется технология 
или режимы термической обработки, что позволяет улучшить 
свойства материала по сравнению с базовой технологией. 
6. Список литературы. Список литературы включает источники, 
используемые студентом при выполнении курсовой работы, 
и может помимо рекомендуемой в данном методическом пособии 
литературы содержать дополнительные источники. 
7. Приложения. Приложением к пояснительной записке является 
графическая часть курсовой работы, которая включает не менее 
трех листов формата А1 или не менее трех листов формата А4 
в случае защиты работы в виде презентации.