Материалы и их технологии

МАТЕРИАЛЫ И ИХ 
ТЕХНОЛОГИИ

В 2 частях

Часть 1

Под редакцией В.А. Горохова

2021

Москва
 «ИНФРАМ»

В.А. ГОРОХОВ
Н.В. БЕЛЯКОВ
А.Г. СХИРТЛАДЗЕ

Допущено
Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации 
по образованию в области автоматизированного машиностроения в качестве учебника 
для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки 
15.03.01 и 15.03.02 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных 
производств», «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных 
производств», «Автоматизированные технологии и производства»

Рекомендовано
Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь 
по образованию в области автоматизации технологических процессов, производств 
и управления в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлениям «Технология, оборудование и автоматизация 
машиностроения», «Автоматизированные технологии и производства», 
«Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств»

УДК [621.7.+621.9](075.8)
ББК 34я73
 
Г70

Горохов, В.А.
Материалы и их технологии. В 2 ч. Ч. 1 : учебник / 
В.А. Горохов, Н.В. Беляков, А.Г. Схиртладзе ; под ред. 
В.А. Горохова — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 589 с. : ил. — 
(Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 978-5-16-009531-8 (ИНФРА-М, общий, print).
ISBN 978-5-16-009529-5 (ИНФРА-М, ч. 1, print).
ISBN 978-5-16-100742-6 (ИНФРА-М, online).

Приведены сведения по материаловедению металлов и неметаллов, включая наноматериалы. Рассмотрены основы порошковой металлургии, литья, термической обработки, а также различные способы обработки заготовок. Описаны методика проектирования заготовок и способы обеспечения точности и качества производства 
деталей, способы повышения их надежности и эксплуатационных 
свойств в режиме ресурсосбережения и экономической эффективности производства.
Для студентов технических вузов. Будет полезен учащимся колледжей, а также слушателям системы повышения квалификации и 
переподготовки кадров.

УДК [621.7.+621.9](075.8)
ББК 34я73

Г70

 
© Горохов В.А., Беляков Н.В., 
Схиртладзе А.Г., 2014
 
© ООО «Новое знание», 2014

ISBN 978-5-16-009531-8 (ИНФРА-М, общий, print).
ISBN 978-5-16-009529-5 (ИНФРА-М, ч. 1, print).
ISBN 978-5-16-100742-6 (ИНФРА-М, online).

Р е ц е н з е н т ы:
профессор кафедры «Технология конструкционных материалов» Полоцкого государственного университета, доктор технических наук, профессор 
В.П. Иванов;
директор Института технологии металлов НАН Беларуси, академик, 
доктор технических наук, профессор Е.И. Марукович

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

Оглавление

Предисловие......................................................................................................................9

Глава 1. Промышленные материалы и их строение.......................................12
1.1..Классификация.конструкционных.материалов.........................................12
1.1.1..Разновидности.и.назначение.материалов.........................................12
1.1.2..Черные.металлы.и.их.маркировка......................................................14
1.1.3..Цветные.металлы.и.их.маркировка....................................................18
1.1.4..Неметаллические.материалы.................................................................23
1.2..Классификация.и.назначение.инструментальных.материалов............24
1.2.1..Стали.углеродистые,.легированные,.
быстрорежущие.и.их.маркировка........................................................24
1.2.2..Твердые.сплавы.и.их.маркировка........................................................31
1.2.3..Керамические,.алмазные.и.синтетические.
сверхтвердые.материалы,.их.маркировка.........................................32
1.2.4..Абразивные.материалы,.их.маркировка............................................35
1.3..Наноматериалы......................................................................................................38
1.3.1..Сущность.и.понятия.наноструктур.....................................................38
1.3.2..Средства.исследования.и.особенности.наноструктур..................42
1.4..Свойства.материалов,.методы.их.исследования.и.контроля................52
1.4.1..Разновидности.свойств.материалов....................................................52
1.4.2..Определение.свойств.материалов.статическими.методами.......57
1.4.3..Определение.свойств.материалов.динамическими..
методами........................................................................................................63
1.5..Кристаллическое.строение.металлов.и.их.кристаллизация..................66
1.5.1..Кристаллические.структуры.металлов..............................................66
1.5.2..Дефекты.строения.реальных.кристаллов.
и.нарушения.структуры...........................................................................72
1.5.3..Кристаллизация.металлов......................................................................77
1.5.4..Разновидности.диаграмм.состояния.двойных.сплавов.
и.их.связь.со.свойствами.металлов.....................................................78
1.6..Диаграммы.состояния.железоуглеродистых.сплавов..............................84
1.6.1..Структурные.составляющие.сплавов.и.превращения.
в.системе.железо.—.цементит.(Fe–Fe3C).........................................84
1.6.2..Взаимосвязь.кривых.охлаждения.
с.фазовыми.превращениями.в.сплавах..............................................92
1.6.3..Графитизация.в.сплавах.и.диаграмма.
стабильного.равновесия.железо.—.графит.......................................93
1.7..Термическая.обработка.сплавов.......................................................................94
1.7.1..Виды.термообработки.и.температурные.области.нагрева.
сплавов...........................................................................................................94

Оглавление
4

1.7.2..Разновидности.сталей.по.способам.упрочнения..
и.назначению...............................................................................................95
1.7.3..Перлитная,.бейнитная.и.мартенситная.области.превращения.
и.их.влияние.на.структуру.и.свойства.сталей................................97
1.7.4..Технология.закалки,.закаливаемость,.прокаливаемость.
и.поверхностная.закалка.сталей........................................................105
1.7.5..Технология.отжига.и.отпуска.стали,.их.назначение.................112
1.7.6..Термомеханическая.обработка.стали...............................................116
1.7.7..Химико-термическая.обработка.металлов.и.ее.влияние.
на.эксплуатационные.свойства.деталей.........................................117
1.8..Стали.и.сплавы.со.специальными.свойствами..
и.их.использование............................................................................................120
1.8.1..Влияние.легирующих.элементов.на.свойства.
железоуглеродистых.сплавов............................................................. 120
1.8.2..Классификация.сплавов.со.специальными.свойствами.
и.их.выбор.по.назначению.для.конкретных.условий.
эксплуатации.деталей............................................................................140
1.9..Порошковые.металлы.и.неметаллические.материалы,..
их.свойства............................................................................................................142
1.9.1..Порошковые.металлы.и.безотходные.технологии.
порошковой.металлургии....................................................................142
1.9.2..Полимеры,.их.свойства.и.применение............................................146
1.9.3..Номенклатура.пластических.масс.и.их.применение.................147
1.9.4..Резиновые.материалы,.их.свойства.и.применение....................151
1.10..Композиционные.материалы.и.их.компоненты...................................156
1.10.1..Назначение,.состав.и.свойства.композитов................................156
1.10.2..Макроструктура.упрочнителей,.методы.и.способы.
соединения.разнородных.материалов.в.композитах.................159
Вопросы и задания для самопроверки..................................................................163

Глава 2. Технологии металлургического производства.............................165
2.1..Теоретические.основы.и.материалы.доменного.производcтва..........165
2.1.1..Современное.металлургическое.производство............................165
2.1.2..Железные.руды,.флюсы,.топливо,.огнеупорные..
материалы..................................................................................................166
2.1.3..Обогащение.руд,.агломерация.и.окатывание,.
металлизация.окатышей....................................................................... 169
2.2..Производство.чугуна.........................................................................................173
2.2.1..Материалы.доменного.процесса........................................................173
2.2.2..Устройство.домны.и.протекающие.в.ней.процессы...................175
2.2.3..Процесс.восстановления.железа.из.руды......................................178
2.2.4..Постоянные.примеси.и.их.влияние.на.свойства.чугуна.......... 180

Оглавление
5

2.3..Производство,.разливка.и.рафинирование.стали.................................. 181
2.3.1..Сущность.передела.чугуна.в.сталь.и.ее.разливка...................... 181
2.3.2..Конвертерный.и.мартеновский.способы.производства..
стали.............................................................................................................184
2.3.3..Производство.стали.в.электропечах................................................190
2.3.4..Рафинирование.стали............................................................................ 194
2.3.5..Прямое.(внедоменное).восстановление.железа..........................196
2.4..Производство.цветных.металлов.................................................................. 197
2.4.1..Руды.цветных.металлов.и.их.обогащение.....................................197
2.4.2..Получение.меди.и.ее.рафинирование.............................................199
2.4.3..Металлургия.алюминия....................................................................... 205
2.4.4..Металлургия.магния.............................................................................. 208
2.4.5..Металлургия.титана............................................................................... 211
Вопросы и задания для самопроверки..................................................................214

Глава 3. Технологии формообразования отливок........................................216
3.1..Основы.литейного.производства.................................................................. 216
3.1.1..Сущность.изготовления.отливок......................................................216
3.1.2..Последовательность.операций.по.изготовлению..
разовых.форм............................................................................................219
3.1.3..Опоки,.стержни.и.модели.отливок..................................................221
3.1.4..Формовочные.и.стержневые.смеси.
и.их.круговорот.в.литейных.цехах...................................................223
3.1.5..Ручное.и.машинное.изготовление.разовых.форм......................227
3.1.6..Формообразование.стержней.и.их.сушка......................................231
3.2..Технология.подготовки.форм.и.металла.к.заливке,.
окончательная.обработка.отливок............................................................... 234
3.2.1..Сборка,.заливка,.выбивка.форм,.обрезка.и.очистка..
отливок........................................................................................................234
3.2.2..Проектирование.литниковых.систем.литейных.форм.............238
3.2.3..Подготовка.черных.металлов.к.заливке.в.формы......................241
3.2.4..Особенности.расплавления.и.изготовления.отливок.
из.цветных.металлов.............................................................................. 245
3.3..Специальные.виды.литья.в.разовые.формы............................................249
3.3.1..Разновидности.специальных.способов.литья..............................249
3.3.2..Литье.в.оболочковые.формы..............................................................250
3.3.3..Литье.по.выплавляемым.моделям....................................................252
3.3.4..Литье.по.газифицируемым.моделям...............................................255
3.4..Литье.в.постоянные.формы.и.средства.их.технологического.
оснащения..............................................................................................................258
3.4.1..Кокильное.литье...................................................................................... 258
3.4.2..Литье.под.давлением.............................................................................265

Оглавление
6

3.4.3..Центробежное.литье.............................................................................. 272
3.4.4..Другие.способы.литья.в.постоянные.формы...............................276
3.4.5..Особенности.технологий.литья.в.постоянные.формы.............279
Вопросы и задания для самопроверки..................................................................281

Глава 4. Технологии обработки металлов давлением (ОМД)................284
4.1..Теоретические.основы,.разновидности.и.средства..
оснащения.ОМД.................................................................................................284
4.1.1..Назначение.ОМД,.явления.при.пластическом.
деформировании.металлов.................................................................. 284
4.1.2..Нагрев.металла.при.горячей.ОМД..................................................288
4.1.3..Нагревательные.печи.и.устройства..................................................292
4.2..Прокатное.производство..................................................................................296
4.2.1..Сущность.процессов.прокатки.и.прокатные.станы...................296
4.2.2..Производство.основных.видов.проката..........................................302
4.3..Волочение.и.прессование................................................................................ 307
4.3.1..Волочение...................................................................................................307
4.3.2..Прессование..............................................................................................311
4.4..Ковка.......................................................................................................................313
4.4.1..Основные.операции.и.технологический.процесс.ковки..........313
4.4.2..Оборудование.для.ковки...................................................................... 317
4.5..Горячая.объемная.штамповка........................................................................320
4.5.1..Сущность.процесса.и.способы.объемной.штамповки...............320
4.5.2..Штамповка.на.молотах.и.прессах.....................................................323
4.5.3..Штамповка.на.горизонтально-ковочных.
и.специальных.машинах....................................................................... 331
4.6..Холодная.штамповка.........................................................................................335
4.6.1..Выдавливание.и.высадка.....................................................................335
4.6.2..Холодная.листовая.штамповка..........................................................336
4.6.3..Инструмент.и.оборудование.для.листовой.штамповки...........340
4.6.4..Отделочные.операции.и.контроль.качества.изделий................344
4.6.5..Новые.направления.ОМД................................................................... 345
4.7..Получение.заготовок.из.порошковых.материалов................................346
4.8..Изготовление.деталей.из.пластмасс............................................................350
4.8.1..Сведения.о.пластмассах,.применяемых.в.машиностроении.....350
4.8.2..Основные.виды.оборудования.для.изготовления.деталей.
из.пластмасс..............................................................................................352
4.8.3..Классификация.пресс-форм................................................................ 355
4.8.4..Устройство.пресс-форм.для.изготовления.
изделий.прессованием...........................................................................357
4.8.5..Устройство.пресс-форм.для.изготовления.армированных.
изделий........................................................................................................363

Оглавление
7

4.8.6..Пресс-формы.для.переработки.термопластов..............................365
4.8.7..Пресс-формы.для.изготовления.деталей.из.резины..................368
4.8.8..Устройства.для.обогрева.пресс-форм..............................................369
4.8.9..Основные.детали.пресс-форм............................................................371
4.9..Изготовление.деталей.из.композиционных.материалов.....................373
4.9.1..Характеристика.композиционных.материалов............................373
4.9.2..Изготовление.изделий.из.металлических.
композиционных.материалов.............................................................374
4.9.3..Изготовление.деталей.из.композиционных.
порошковых.материалов......................................................................376
Вопросы и задания для самопроверки..................................................................378

Глава 5. Технологии сварки, пайки и склеивания........................................380
5.1..Физические.основы,.способы.и.назначение.сварки,.
виды.сварочных.соединений..........................................................................380
5.1.1..Разновидности.и.назначение.сварки...............................................380
5.1.2..Классификация.способов.сварки,.сварных.соединений..
и.швов..........................................................................................................381
5.1.3..Физическая.сущность.образования.сварного.соединения......389
5.2..Способы.дуговой.сварки.плавлением......................................................... 394
5.2.1..Сущность.электродуговой.сварки.и.разновидности.швов......394
5.2.2..Способы.электродуговой.сварки.и.характеристика.швов.......400
5.2.3..Оборудование.для.дуговой.сварки...................................................405
5.2.4..Электроды.и.параметры.режима.дуговой.сварки.......................409
5.2.5..Дуговая.сварка.под.флюсом.и.электрошлаковая.сварка.........415
5.2.6..Дуговая.сварка.в.защитных.газах.и.другие.виды.сварки........ 422
5.2.7..Газовая.сварка.плавлением..................................................................432
5.3..Способы.сварки.давлением............................................................................. 437
5.3.1..Контактная.сварка.................................................................................. 437
5.3.2..Другие.способы.сварки.давлением...................................................448
5.4..Расчет.прочности.сварных.соединений..................................................... 454
5.5..Технологии.наплавки........................................................................................455
5.6..Технологические.процессы.пайки................................................................ 467
5.7..Технологические.процессы.склеивания..................................................... 475
5.8..Контроль.качества.сварки,.пайки.и.склеивания....................................481
5.9..Разновидности.покрытий.и.их.назначение..............................................488
Вопросы и задания для самопроверки..................................................................498

Глава 6. Проектирование загототовок для деталей с заданными 
точностью и микрогеометрией поверхностей................................................501
6.1..Выбор.и.обоснование.заготовки................................................................... 501
6.2..Методика.опытно-статистического.расчета.припусков....................... 508

Оглавление
8

6.3..Расчетно-аналитический.метод.определения.припусков.
на.обработку.различных.заготовок.............................................................. 514
6.4..Определение.уклонов.и.радиусов.закругления.отливок..
и.поковок...............................................................................................................532
6.5..Последовательность.разработки.чертежа.и.схемы.
технологического.процесса.изготовления.заготовки............................ 535
6.6..Пример.разработки.отливки.и.ее.чертежа................................................536
6.7..Геометрические.характеристики.технических.поверхностей............. 545
6.8..Регулярные.микрорельефы.и.их.разновидности....................................557
6.9..Влияние.микрогеометрии.поверхностей.и.состояния.
материалов.на.эксплуатационные.свойства.деталей............................562
Вопросы и задания для самопроверки..................................................................572

Словарь.терминов.......................................................................................................574

Список.использованных.источников..................................................................585

Предисловие

Общетехническая подготовка студентов является основой успешного изучения специальных дисциплин и становления инженеров-маши но строи те лей. Важное место в этом деле отводится учебно-ме то ди ческой литературе и прежде всего учебникам. Их разработкой занимались 
и занимаются многие российские и белорусские ученые-педагоги, среди 
которых можно назвать А.М. Дальского, Б.А. Кузьмина, Ю.М. Лахтина, 
О.С. Комарова, В.Н. Ковалевского, В.А. Белого и ряд других авторов. 
Нельзя умалить роль известных учебников в подготовке инженеровмашиностроителей, но справедливо заметить, что в ряде случаев они 
устарели и не отражают последних тенденций в создании новых материалов и прогрессивных технологий: нанокристаллических материалов, технологии производства и обработки материалов с новыми 
свойствами в наноструктурном диапозоне, микроскопного оборудования для производства материалов и построения деталей на атомномолекулярном уровне, четко выраженной направленности на энергоресурсосбережение производства и эксплуатации изделий, повышение 
их качества, надежности и конкурентоспособности на международном рынке. Существующие сегодня учебники и учебные пособия не 
отражают ГОСТ 24773–81 «Поверхности с регулярным микрорельефом. Классификация, параметры и характеристики», способы регуляризации рабочих поверхностей деталей машин и приборов с целью 
обеспечения, например, требуемых несущей способности и маслоемкости. Ведь каждые девять из десяти деталей работают в парах трения со смазыванием. Поэтому контактирующие поверхности деталей 
должны обладать, с одной стороны, хорошей контактной жесткостью 
за счет увеличения их несущей способности, с другой — достаточной 
маслоемкостью за счет впадин микрорель ефа, которые обеспечивают 
размещение и удержание на поверхностях смазочного материала, 
а также служат ловушками продуктов изнашивания материалов деталей в парах трения.
Предлагаемое издание является в какой-то степени воплощением 
ранее возникшей идеи создания комплексного учебника, удовлетворяющего общетехническим дисциплинам учебных планов многих машиностроительных специальностей, а в ряде случаев — единственным 
источником знаний будущих инженеров, поскольку некоторый материал этих дисциплин на старших курсах обучения углубленно не рассматривается.
Оно отразило последние достижения науки, технологии, техники, 
производства, результаты собственных исследований авторов, опро

Предисловие
10

бированные.в.учебном.процессе.авторские.методики,.объединил.в.себе.
материалы.учебников,.учебных.пособий.и.учебно-методических.разработок,.которые.признаны,.изданы.и.неоднократно.переизданы.в.Беларуси.и.России.и.успешно.используются.во.втузах.этих.стран.
Данное.издание.не.только.систематизирует.информацию,.содержащуюся.в.других.пособиях,.но.и.уточняет.и.дополняет.ее..Так,.в.него.
включены.разделы,.посвященные

ˆ
ˆ вибрационной.обработке.поверхностным.пластическим.деформированием;

ˆ
ˆ проектированию. заготовок. для. получения. деталей. заданных.
точности.и.микрогеометрии.поверхностей;

ˆ
ˆ наноструктурным.материалам,.их.технологиям.и.использованию;

ˆ
ˆ сталям.и.сплавам.со.специальными.свойствами.и.их.легирующим.элементам;

ˆ
ˆ точности,.геометрическим.характеристикам.рабочих.поверхностей.деталей.с.описанием.микрогеометрии.в.виде.регулярных.микрорельефов.(РМР).по.ГОСТ.24773–81;

ˆ
ˆ влиянию. микрогеометрии. рабочих. поверхностей. деталей. на.
важнейшие.эксплуатационные.свойства.деталей.и.соединений;

ˆ
ˆ комбинированным. процессам. обработки. и. расчетам. параметров.режима.и.инструментов.при.отделочно-упрочняющей.обработке.
ППД;

ˆ
ˆ свойствам.и.размерным.эффектам.наноматериалов.и.др.
Издание.имеет.комплексную.направленность.и.призвано.формировать. у. студентов-машиностроителей. инженерное. мировоззрение.
и.мышление..Учебник.содержит.информацию.о.свойствах,.применении.
и.производству.черных.и.цветных.металлов.и.их.сплавов,.неметаллических.материалов,.включая.наноструктурные.материалы;.технологиях.формообразования.отливок,.машиностроительных.профилей.и.поковок,.включая.нанотехнологии;.методах.термообработки.металлов.
и.обеспечения.сварных,.паяных.и.клеевых.соединений;.об.обработке.
заготовок.резанием,.поверхностным.пластическим.деформированием,.
электрофизико-химическим,. плазменным,. лучевым. и. импульсным.
воздействием;. о. средствах. технологического. оснащения. различных.
производств;. обеспечении. требуемых. точности,. качества. отделки.
и. эксплуатационных. свойств. деталей,. надежности,. ресурсосбережения.производства.и.конкурентоспособности.изделий.отечественнных.
машино-.и.приборостроения.
По.сравнению.с.существующими.данный.учебник.отличается.большей.информативностью.и.наглядностью..Он.насыщен.разно.образным.

Предисловие
11

иллюстративным материалом: рисунками металлорежущих станков 
и другого оборудования, приспособлений, устройств и инструментов; 
наглядными примерами кинематических схем, проектирования заготовок, образования РМР на конкретных деталях, микроструктур разных 
металлов, иллюстрациями различных методов и способов производства материалов, их обработки, сварки, пайки, склеивания, формообразования заготовок отливкой и штамповкой, деталей из порошков, 
термообработки и т.п. Он ориентирует студентов с первых месяцев 
обучения во втузе на правильный выбор материалов и их экономию, 
обоснованное назначение заготовок, методов и способов их обработки 
с целью обеспечения точности, требуемой микрогеометрии рабочих поверхностей и улучшенных эксплуатационных свойств деталей и, в конечном счете, на энергоресурсосбережение при производстве и эксплуатации изделий, обеспечение надежности, конкурентоспособности 
машин и приборов за счет повышения их ресурса и уменьшения потребности в запасных частях.
Учебник предназначен для студентов машиностроительных специальностей и будет полезен при изучении дисциплин «Материаловедение 
и технология материалов», «Технология конструкционных материалов», 
«Технология металлов», «Технология металлов и конструкционных материалов», «Материаловедение и сварка», «Основы сварки и обработка резанием» и т.п. Кроме того, он адресован инженерно­техническим 
работникам производства, системы повышения квалификации и переподготовки кадров, учащимся колледжей, техникумов и технических 
училищ. Предложенный материал поможет сформировать у студентов 
младших курсов основы для качественного изучения в дальнейшем 
специальных дисциплин, таких как «Основы технологии машиностроения (приборостроения)», «Металлорежущие станки и станочные системы», «Проектирование технологической оснастки», «Металлорежущий инструмент», «Технология машиностроения (специальная 
часть)», «Технология сварочного производства» и т.д.

Глава

1

Промышленные материалы и их строение

1.1. Классификация конструкционных 
материалов

1.1.1. разновидности и назначение материалов

В. машино-. и. приборостроении. широко. применяются. металлы.
(черные.и.цветные),.неметаллические.и.композиционные.материалы.
(рис..1.1)..К.черным металлам.относятся.чугун.(содержание.углерода.от.2,14.до.4,30.%).и.сталь.(содержание.углерода.от.0,01.до.2,14.%);.
к.цветным.—.медь,.никель,.хром,.кобальт,.цинк.и.их.сплавы.(тяжелые);.алюминий,.магний,.титан,.бериллий.и.их.сплавы.(легкие);.к.неметаллическим материалам. —. пластмассы. (полистирол,. фторопласт,.полиамиды,.капрон,.винипласт,.плексиглас,.волокниты.и.др.),.
резина,.стекло,.керамика.

Рис. 1.1. Общая.классификация.конструкционных.материалов

Конструкционные материалы

Однородные материалы
Композиционные материалы

Металлические материалы
Неметаллические материалы

Металлы
Сплавы
Простые вещества
Сложные вещества

Другие сплавы
Черные сплавы
Полимеры
Аморфные вещества

1.1. Классификация конструкционных материалов
13

При. упрощенном. подходе. к. выбору. материалов. деталей. можно.
пользоваться.методом.технической.аналогии,.который.основан.на.знании. материалов. деталей,. близких. по. назначению. и. условиям. работы.
механизмов..Известно,.например,.что.из.сталей.изготовляются.несущие.и.базовые.детали.(станины,.основания,.корпуса.и.др.),.крепежные.
детали.(винты,.гайки,.штифты.и.др.),.детали.передаточных.механизмов.(валы,.оси,.зубчатые.колеса,.кулачки,.червяки.и.др.),.упругие.детали.(пружины,.мембраны,.сильфоны.и.др.),.детали.лицевых.панелей.
(крышки,.шильдики,.шкалы.и.др.)..Окончательный.выбор.материала.
должен.быть.сделан.в.каждом.конкретном.случае.после.анализа.с.учетом.конструкции.принятой.заготовки,.технологии.изготовления,.массы,.
прочности,.жесткости,.эксплуатационных.свойств.(износостойкости,.
прирабатываемости,.сопротивления.схватыванию.и.коррозии.и.т.д.).
Сталь.и.чугун.среди.конструкционных.материалов.получили.наиболее.широкое.распространение.в.машино-.и.приборостроении.благодаря.своим.свойствам.и.низкой.стоимости..Чугун.используется.главным. образом. для. изготовления. литьем. корпусов,. крышек,. рычагов,.
кронштейнов.и.других.деталей.сравнительно.сложной.формы..Стали.
же.применяются.для.большинства.других.деталей.машин,.приборов.
и.аппаратов..В.зависимости.от.конфигурации,.вида,.традиций.и.возможностей. производства. заготовками. стальных. деталей. могут. служить.отливки,.поковки,.листовой,.сортовой.или.фасонный.прокат.
Отливки.обычно.используются.в.качестве.заготовок.деталей.сложной.формы.в.серийном,.крупносерийном.и.массовом.производствах..
В.единичном.(опытном).и.мелкосерийном.производствах.они.могут.
применяться.лишь.для.крупных.и.сложных.по.форме.деталей.при.невозможности.использования.других.видов.заготовок..Большая.часть.
стальных.деталей.изготовляется.из.проката.
Медные сплавы. отличаются. высокими. коррозионной. стойкостью.
и.электропроводностью,.в.ряде.случаев.хорошей.свариваемостью,.повышенными.антифрикционными.свойствами.и.пластичностью,.но.могут.
характеризоваться.и.высокими.упругими.свойствами.
Часто.при.создании.устройств.с.минимальной.массой.возникает.
необходимость.в.использовании.специальных.легких.сплавов..При.
этом. применяются. особо. легкие. магниевые,. а. в. случае. требования.
очень.высокой.удельной.прочности.при.сравнительно.малой.массе.—.
титановые.сплавы.. Ниже.приведены.характеристики. и. примеры. использования.этих.сплавов.
Магниевый литейный сплав МЛ5. (ГОСТ. 2856–79). применяется.
в.производстве.корпусных.и.других.деталей,.механизмов.и.приборов.

Глава 1. Промышленные материалы и их строение
14

для.авиационной,.судовой.и.ракетной.техники..Он.обладает.удовлетворительными. литейными. свойствами. и. свариваемостью,. но. имеет.
низкую.коррозионную.стойкость.и.требует.специальных.антикоррозионных.покрытий..Его.предел.прочности.σв.=.147...226.МПа,.предел.
текучести.σт.=.74...112.МПа,.твердость.50...78.НВ;.плотность.1,81.г/см3..
При. обработке. и. эксплуатации. этот. сплав. в. связи. со. склонностью.
к.воспламенению.требует.определенных.мер.предосторожности.
Обработанный.давлением.титановый сплав ВТ5.(ГОСТ.19807–91).
применяется.для.изготовления.нагруженных.деталей.при.температуре.
620.К;.поставляется.в.виде.листов,.прутков.и.профилей..Этот.титаноалюминиевый.сплав.обладает.высокой.коррозионной.стойкостью,.коэффициентом. линейного. расширения,. близким. к. коэффициентам.
расширения.стекла.и.материалов.магнитопроводов.микроэлектромашин. автоматики. —. пермаллоев;. куется,. штампуется,. прокатывается,.
хорошо.сваривается.аргонно-дуговой.сваркой,.удовлетворительно.обрабатывается. резанием.. Его. свойства:. σв. =. 895. МПа,. σт. =. 784. МПа,.
твердость.321.НВ,.плотность.4,4.г/см3.

1.1.2. Черные металлы и их маркировка

Черные. металлы. —. это. чугун. (содержание. углерода. от. 2,14. до.
4,30.%).и.сталь.(содержание.углерода.от.0,01.до.2,14.%)..Классификация.черных.металлов.по.составу.представлена.на.рис..1.2.
Белый чугун. преимущественно. перерабатывается. на. сталь.. Для.
отливок. используется. редко. из-за. высоких. твердости. и. хрупкости,.
плохой.обрабатываемости.резанием..В.зависимости.от.способа.переработки.белый.чугун.подразделяется.на. м а р т е н о в с к и й .(М),. б е с с е м е р о в с к и й .(Б).и. т о м а с о в с к и й .(Т)..Кроме.углерода.в.состав.чугуна.входят.кремний.(0,20...1,75.%),.марганец.(0,50...1,75.%),.
фосфор.(0,15...2,0.%),.сера.(до.0,08.%).и.другие.компоненты..Углерод.
в.белом.чугуне.находится.в.химически.связанном.состоянии.в.виде.
цементита.Fe3C..В.зависимости.от.формы.свободного.углерода.(графита).чугуны.подразделяются.на.серые,.ковкие.и.высокопрочные.
В. сером чугуне. (ГОСТ. 1412–85). весь. углерод. или. его. большая.
часть.находится.в.виде.пластинчатого.графита..Состав.чугуна:.2,4...3,8.%.
углерода;.1...5.%.кремния;.0,5...0,8.%.марганца;.0,2...0,4.%.фосфора;.до.
0,12.%.серы..Серый.чугун.маркируется.буквами.СЧ.(С.—.серый,.Ч.—.
чугун). и. двузначным. числом,. показывающим. предел. прочности. при.
растяжении. (кгс/мм2).. Например,. чугун. марки. СЧ15. имеет. предел.
прочности.150.МПа.(15.кгс/мм2)..СЧ10,.СЧ15.(твердость.по.Бринеллю.

1.1. Классификация конструкционных материалов
15

до. 229. НВ). —. чугуны. малой. прочности;. СЧ20...СЧ35. (твердость. до.
241.НВ).—.чугуны.повышенной.прочности..Серые.чугуны.обладают.
хорошими.литейными.и.демпфирующими.свойствами..Они.используются.при.изготовлении.станин.станков,.корпусов.редукторов,.поршневых.колец,.гильз.цилиндров.двигателей.и.т.п.
В.ковком чугуне.(ГОСТ.1215–79).форма.свободного.графита.хлопьевидная.. Состав. чугуна:. 2,4...2,8. %. углерода;. 0,8...1,4. %. кремния;.
0,3...0,4.%.марганца;.до.0,2.%.фосфора;.до.0,08...1,00.%.серы..Ковкие.
чугуны.маркируют.буквами.КЧ.(К.—.ковкий,.Ч.—.чугун),.а.затем.числами,.первое.из.которых,.умноженное.на.10,.обозначает.предел.прочности.при.растяжении,.МПа,.второе.—.относительное.удлинение,.%..
Марки:.от.КЧ.30-6.до.КЧ.63-2..Ковкие.чугуны.применяются.для.изготовления.тормозных.колодок,.шестерен,.ступиц,.муфт.и.других.деталей.автомобилей,.тракторов,.сельскохозяйственных,.текстильных.
и.других.машин.
В. высокопрочном чугуне. (ГОСТ. 7993–85). свободный. графит. находится.в.виде.шаровидных.включений..Высокопрочные.чугуны.маркируются. буквами. ВЧ. и. числом,. обозначающим. предел. прочности.
при. растяжении,. кгс/мм2.. Марки:. от. ВЧ35. до. ВЧ100. (твердость.
ВЧ100. 330...360. НВ).. Из. высокопрочных. чугунов. изготавляются.

Рис. 1.2. Классификация.черных.металлов

Чугунная шихта

Чугун

Белый
Серый
Ковкий

Легированный
Высокопрочный
Сталь

Углеродистая
Легированная

Конструкционная
машиностроительная

Машиностроительная
специального назначения

Инструментальная

С особыми физикохимическими свойствами

Конструкционная
машиностроительная

Машиностроительная
специального назначения

Инструментальная

С особыми физикохимическими свойствами

Глава 1. Промышленные материалы и их строение
16

паро.вые.турбины,.коленчатые.и.кулачковые.валы.двигателей.автомобилей.и.тракторов,.другие.ответственные.детали.
Для.легирования.чугунов.и.сталей.используются.легирующие.элементы,.которые.обозначаются:.X.—.хром,.Н.—.никель,.Г.—.марганец,.
С.—.кремний,.Т.—.титан,.В.—.вольфрам,.М.—.молибден,.П.—.фосфор,.
Ф.—.ванадий,.Ю.—.алюминий,.Д.—.медь,.Р.—.бор,.К.—.кобальт,.Б.—.
ниобий,.Ц.—.цирконий,.Е.—.селен,.А.—.азот.
Маркировка. легированных. чугунов. состоит. из. сочетаний. букв.
и.цифр,.обозначающих.их.химический.состав..Цифры,.стоящие.после.буквы,.указывают.на.содержание.легирующего.элемента.в.процентах..Если.цифр.нет,.то.содержание.легирующего.элемента.от.0,8.
до.1,5.%.(~.1.%).
Л е г и р о в а н н ы е . ч у г у н ы . подразделяются. на и з н о с о с т о й к и е .и к о р р о з и о н н о с т о й к и е,.например.марки.ЧХ9Н5,.
ЧХ28Д2,.ЧНХМД.и.др..(используются.для.изготовления.тормозных.
барабанов.автомобилей,.дисков.сцепления,.гильз.цилиндров,.деталей.
дробильно-размольного. оборудования. и. т.д.); ж а р о с т о й к и е 
и ж а р о п р о ч н ы е  (ГОСТ. 7769–82),. например. марки. ЧЮ7Х2,.
ЧЮХШ,.ЧН11Г7Х2Ш.(здесь.буква.Ш.обозначает.шаровидный.графит).и.др.,.используемые.для.изготовления.деталей.печной.арматуры.
и. компрессоров,. роликов. листопрокатных. станов. и. др.; а н т и ф р и к ц и о н н ы е . (ГОСТ. 1585–85),. например. марки. АЧС-4,. АЧВ-2,.
АЧК-1.(означают:.А.—.антифрикционный,.Ч.—.чугун;.С,.В,.К.—.соответственно.серый,.высокопрочный,.ковкий).твердостью.от.100.до.
260. НВ,. применяемые. для. изготовления. подшипников. скольжения.
в.узлах.трения.машин.
Одним.из.признаков.классификации.чугунов.по.структуре.является. форма. существования. углерода.. В. зависимости. от. этого. чугун.
подразделяется.на.белый,.половинчатый.и.серый.
Белым.называют.такой.чугун.(рис..1.3,.а,.б,.в),.в.котором.при.нормальной. температуре. углерод. находится. в. форме. цементита.. Такой.
чугун.в.изломе.имеет.белый.цвет.и.характерный.металлический.блеск..
С.увеличением.углерода.в.структуре.белого.чугуна.увеличивается.содержание.цементита.
В.сером.чугуне.(рис..1.3,.г).большая.часть.углерода.представляет.
собой.графит,.и.лишь.не.более.0,8.%.углерода.находится.в.связанном.
состоянии.—.цементит..Ввиду.большого.количества.графита,.входящего.в.состав.такого.чугуна,.его.излом.имеет.серый.цвет.
В.половинчатом.чугуне.часть.углерода.находится.в.форме.графита,.
но.при.этом.не.менее.2.%.углерода.присутствует.в.форме.цементита.