Информационные технологии в металлургии и машиностроении

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2529 

Кафедра инжиниринга технологического оборудования

 
 
 

Информационные технологии 
в металлургии и машиностроении

 

Лабораторный практикум 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета 

Москва  2017 

УДК 669.02/.09:004 
 
И74 

Р е ц е н з е н т  
д-р техн. наук, проф. О.Н. Тулупов 

А в т о р ы :  С.М. Горбатюк, М.Г. Наумова, А.Ю. Зарапин, Ю.С. Тарасов 

 
 
 
Информационные технологии в металлургии и машино- 
И74  строении : лаб. практикум / С.М. Горбатюк [и др.]. – М. : Изд. 
Дом МИСиС, 2017. – 61 с. 
 

Лабораторный практикум содержит 6 лабораторных работ, посвященных изучению и применению основных научных, металлургических и инженерных принципов термодинамики и кинетики, которые являются основополагающими для производства и использования стали. Лабораторные 
работы выполняются с помощью интернет-проекта Steeluniversity.org, разработанного Международным институтом чугуна и стали (International Iron 
and Steel Institute). Выполнение лабораторных работ представляет собой 
полный пакет интерактивных, информативных, интегрированных и отвечающих современным требованиям ресурсов электронного обучения металлургическим технологиям, охватывающим все аспекты производства – от 
производства чугуна и выплавки стали до получения металлопродукции, ее 
применения и утилизации. 
Все лабораторные работы содержат иллюстрации и демонстрации 
базовых принципов и теоретических концепций, являющихся неотъемлемой 
частью развития знаний и понимания студентов. 
Предназначен для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 
22.04.02 «Металлургия» и 15.04.02 «Технологические машины и оборудование». 

УДК 669.02/.09:004 

 
 Коллектив авторов, 2017 
 
 НИТУ «МИСиС», 2017 

СОДЕРЖАНИЕ 

Общие требования к оформлению отчета о выполнении 
лабораторной работы 
4 
Лабораторная работа 1. Испытание на твердость 
5 
Лабораторная работа 2. Испытания на прочность 
12 
Лабораторная работа 3. Модель кислородно-конвертерной 
обработки стали 
17 
Лабораторная работа 4. Моделирование электродуговой печи 
25 
Лабораторная работа 5. Динамическая модель непрерывной 
разливки стали 
37 
Лабораторная работа 6. Моделирование прокатки листа 
48 
Список использованных источников 
58 
Приложение А. Образец титульного листа 
59 
Приложение Б. Образец листа для получения задания 
на выполнение лабораторной работы 
60 
 

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ 
ОТЧЕТА О ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ 
РАБОТЫ 

В отчет о выполненной лабораторной работе включают 

следующие материалы: 

- краткое изложение теоретических основ и методики проведения 

работы; 

- сравнительные таблицы основных параметров, используемых 

в работе; 

- Print Screen соответствующих этапов работы с их подробным 

описанием в редакторах Microsoft Paint, Microsoft Word; 

- выводы по работе. 
Отчет оформляется на компьютере, тип шрифта – Times New 

Roman, размер шрифта (кегль) – 12 пт., интервал – 1,5. Текст 
распечатывается на одной стороне листа формата А4. 

Все рисунки должны иметь номер и название, которые следует 

располагать под рисунком. Таблицы также должны иметь номер и 
название, расположенные над таблицей. Нумерация рисунков и 
таблиц сквозная в пределах отчета. 

Титульный лист и задание на выполнение лабораторной 

работы приведены в приложениях А и Б. 

Отчет представляется преподавателю для последующей 

защиты. 

Лабораторная работа 1 

ИСПЫТАНИЕ НА ТВЕРДОСТЬ 
(2 часа) 

1.1 Цель работы 

Научиться проводить несколько виртуальных испытаний на 
твердость и соотносить результаты с другими свойствами стали, а 
также сферами ее применения. 

1.2 Теоретическое введение 

Если представить все в упрощенном виде, твердость любого 

вещества легко определить. Например, очевидно, что мел мягче 
стали, это определяется на ощупь или при царапании. Это свойство 
отражает способность противостоять пластической деформации. 
Простой относительный метод сравнения твердости был впервые 
представлен в виде шкалы Мооса. Сравнение твердости по этой 
шкале осуществлялось по методу царапания, смысл которого 
заключается в том, что одно вещество считается более твердым, чем 
другое, если оно может поцарапать его поверхность. По этой схеме 
тальк является самым мягким веществом, ему присвоен класс 1, а 
алмазу, который может поцарапать все прочие вещества, присвоен 
класс 10. Однако при современных требованиях к материалам требуется 
более точная шкала, в особенности потому, что по шкале Мооса 
большинство металлов и сплавов относятся к одному и тому же классу. 

1.3 Используемое оборудование 

Компьютерный 
класс 
с 
необходимым 
для 
проведения 

лабораторной работы количеством персональных компьютеров с 
выходом в интернет. Проектор для визуализации этапов проведения 
лабораторной работы. 

1.4 Порядок проведения работы 

Измерение твердости I методом. Мера твердости определяется 
путем вдавливания одного материала в другой с известной 
механической силой. Так как способность материала противостоять 
деформации зависит от его предела текучести и наклепываемости, то, 

используя такой метод сравнения, можно измерить относительную 
прочность. При использовании очень прочного материала в качестве 
индентора, такого как алмаз, можно сказать, что деформируется 
только испытываемый материал (рисунки 1.4.1, 1.4.2). 

 

Рисунок 1.4.1 – Выбор стали для проведения 
лабораторной работы 

 

Рисунок 1.4.2 – Правильное положение образца 
для испытания 

Сейчас существует множество видов подобных испытаний. Все 

они основываются на принципе, что твердость является мерой 
способности материала противостоять пластической деформации. 
Очевидно, что для заданной силы размер лунки будет пропорционален 
пределу текучести вещества. 

Измерение твердости II методом. Контактное напряжение 

увеличивается 
по 
мере 
уменьшения 
радиуса 
закругления. 

Следовательно, 
присутствие 
нагрузки 
или 
комбинации 
сил, 

действующих на границе контакта, вызовет напряжение одного или 
обоих материалов сверх предела текучести. 

Если напряжение σ для материала A очень высокое по 

сравнению со значением для B, тогда A подвергнется упругой 
деформации. В точке контакта напряжение с легкостью превышает 
предел текучести, начинается пластическое течение и индентор 
внедряется в материал. 

Таким образом, в испытании на твердость используется 

индентор и нагрузочное устройство. 

Представьте себе индентор в форме конуса. Если нагрузка 

дается на конус, напряжение на конце конуса, контактирующем с 
испытываемым материалом, теоретически обусловлено радиусом 
конца, который будет очень маленьким. Соответственно напряжение 
будет очень высоким, оно с легкостью превысит напряжение 
текучести испытываемого материала. 

Таким образом, начинается пластическая деформация испытывае
мого материала, и конус внедряется в испытываемый материал. Этот 
процесс продолжится, пока напряжение не станет меньше предела 
текучести испытываемого материала A, равное F / (σ + Δσ), где F – 
нагрузка. 

Следовательно, диаметр индентера пропорционален пределу 

текучести материала. Эта зависимость была бы линейной, если бы 
характеристики наклепываемости были аналогичными. Однако есть 
несколько проблем, связанных с вышеупомянутым отношением: 

- конец индентора может деформироваться; 
- напряжение воздействует на поверхность индентора; 
- сила трения не учитывается. 
В этой анимации рассматриваются принципы, на которых 

основываются все испытания на твердость. 

Применяются инденторы различных форм и размеров, однако 

твердость измеряется путем установления соотношения между 
размером лунки и приложенной силой (рисунки 1.4.3–1.4.7). 

Рисунок 1.4.3 – Пример выбора нагрузки 

 

Рисунок 1.4.4 – Испытание образца 

Для стали используются три основных вида испытаний: 
- по Виккерсу; 
- по Бринеллю; 
- по Роквеллу. 
Иногда также применяются испытания по Швику и Кнупу. 
Чтобы выполнить комплексное упражнение, включающее отбор 

образцов стального толстого листа, подготовку образцов и проведение 
виртуальных испытаний на растяжение, прочность и ударную вязкость 
по Шарпи, вам необходимо войти в систему, чтобы вы могли 

сохранять свои данные и использовать их впоследствии. Вы также 
можете выполнять упражнения по отдельности. 

 

Рисунок 1.4.5 – Измерение длины диагонали лунки 

1.5 Требования к отчету 

Отчет оформляется в соответствии с разделом «Общие 

требования к оформлению отчета о выполнении лабораторной 
работы» данного практикума. 

Отчет должен содержать: 
- краткое теоретическое введение; 
- описание хода работы; 
- Print Screen этапов работы лабораторной работы; 

- результаты лабораторной работы; 
- выводы. 

 

Рисунок 1.4.6 – Результат измерения длины диагонали лунки 

Рисунок 1.4.7 – Построение графика зависимости 

Контрольные вопросы 

1 Что такое твердость? 
2 Что такое индентор? 
3 Какие три основных вида испытаний используются для стали? 
4 Объясните принцип работы шкалы Мооса. 
5 Перечислите основные этапы работы.