Практикум по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов». В 2-х частях. Ч. 1. Материаловедение

О. Н. Моисеев, Л. Ю. Шевырев, П. А. Иванов 

ПРАКТИКУМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ  
«МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ 
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ» 

Учебное пособие в 2-х частях  

Часть 1. Материаловедение 

Москва 
Берлин 
2019 

УДК 620.22(075) 
ББК 30.3я73 
М74 

Моисеев, О. Н.

М74
Практикум 
по 
дисциплине 
«Материаловедение. 
Технология 
конструкционных материалов» : учебное пособие в 2-х частях. Ч. 1. 
Материаловедение / О. Н. Моисеев, Л. Ю. Шевырев, П. А. Иванов; под общ. 
ред. О. Н. Моисеева. — Москва ; Берлин : Директ-Медиа, 2019. — 149 с. 

ISBN 978-5-4499-0366-2 

Учебное пособие предназначено для студентов высшего образования, обу-
чающихся по направлению 35.03.06 «Агроинженерия». 
Текст печатается в авторской редакции. 

УДК 620.22(075) 
ББК 30.3я73 

ISBN 978-5-4499-0366-2 
© Моисеев О. Н.,  Шевырев Л. Ю.,  Иванов П. А., текст, 2019 
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2019 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Настоящее учебное пособие имеет цель оказать помощь студентам в 
более глубоком изучении теоретических и практических положений 
курса при подготовке к лабораторным работам.  
Самостоятельное проведение лабораторных работ и оформление от-
чётов потребует от студентов тщательной подготовки и выполнения 
домашнего задания к каждой работе. Самостоятельная подготовка к ла-
бораторному или практическому занятию потребует от студентов не 
менее 2-х часов в неделю и будет способствовать не только осмыслению 
выполняемой работы, но и своевременной подготовке и успешной сдаче 
зачёта по изучаемой дисциплине. 
Данное учебное пособие не преследует цель заменить учебную лите-
ратуру по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкцион-
ных материалов», а представляет изучаемый материал в более система-
тизированной форме и обращает внимание студентов к наиболее 
принципиальным, значительным, с позиции производства, задачам 
дисциплины. 
Изучение дисциплины «Материаловедение. Технология конструк-
ционных материалов» направлено на формирование следующих ком-
петенций: способность обоснованно выбирать материал и способы его 
обработки для получения свойств, обеспечивающих высокую надеж-
ность детали; готовность изучать и использовать научно-техническую 
информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике иссле-
дований 
В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь: 
оценивать и прогнозировать состояние материалов под воздействием 
на них эксплуатационных факторов; обоснованно и правильно выбирать 
материал, способ получения заготовок; назначать обработку в 
целях получения структуры и свойств, обеспечивающих высокую 
надежность изделий, исходя из заданных эксплуатационных свойств; 
выбирать рациональный способ и режимы обработки деталей, оборудование, 
инструменты; применять средства контроля технологических 
процессов. 
В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать: современные 
способы получения материалов и изделий из них с заданным 
уровнем эксплуатационных свойств; строение и свойства материалов; 

методы 
формообразования 
и 
обработки 
заготовок 
для 
изготовления деталей заданной формы и качества, их технологические 
особенности; влияние условий технологических процессов изготовления 
и эксплуатации на структуру и свойства современных металлических 
и неметаллических материалов; закономерности резания конструкционных 

материалов, 
способы 
и 
режимы 
обработки, 
металлорежущие инструменты; сущность явлений, происходящих в материалах 
в условиях эксплуатации изделий. 

Техника безопасности при выполнении 
лабораторных работ 

При выполнении лабораторных работ всем студентам необходимо 
строго соблюдать следующие правила техники безопасности: 
Перед началом работы на приборе студент изучает его устройство, 
приемы безопасного обслуживания, получает инструктаж от преподава-
теля или лаборанта. Во избежание несчастных случаев, запрещается на 
машинах с быстродвижущимися рабочими органами выполнять опера-
ции с неубранными длинными волосами и выступающими частями 
одежды, касаться руками любых движущихся частей машины. Если при-
бор имеет электрический привод, перед включением прибора в сеть 
необходимо убедиться в отсутствии повреждений изоляции электриче-
ских шнуров, исправности электрических вилок, розеток, в наличии за-
земления прибора. Воспрещается работать на электроприборах с мок-
рыми руками, использовать самодельные предохранительные вставки. 
Все электромонтажные работы должны осуществляться в лаборатории 
только специальным персоналом. При обнаружении неисправности 
необходимо немедленно выключить прибор и сообщить преподавателю 
о замеченных неполадках. Во время перерывов в работе, а также после 
ее окончания прибор должен быть выключен, а его привод обесточен. 
При работе с нагревательными приборами, сосудами с нагретыми жид-
костями следует помнить о возможности получения тепловых ожогов 
при соприкосновении тела с поверхностями, нагретыми до температур 
выше 50°С. Нагретые предметы рекомендуется брать с помощью щип-
цов, теплоизоляционных рукавиц, размещать приборы и сосуды с 
нагретыми жидкостями на устойчивых опорах в защищенных местах. 
При использовании химических реактивов, особенно кислот и щелочей, 
возникает опасность химических ожогов или отравлений. Работу с хи-
мическими реактивами, а также нагревание летучих веществ произво-
дят в шкафах с приточно-вытяжной вентиляцией. Эфиры, спирты, бен-
зин, бензол и другие легковоспламеняющиеся жидкости необходимо 
нагревать только на водяной бане. Нагревание таких веществ на откры-
том огне воспрещается. При нагревании химических реагентов до кипе-
ния нельзя наклоняться над нагреваемым раствором. При нагревании 
растворов в пробирках нельзя держать их отверстием к себе или в 
направлении людей. 
Необходимо помнить о высокой токсичности соединений ртути. При 
разрушении ртутных термометров, барометров, газоразрядных ртутных 
ламп ртуть надо тщательно собрать с помощью резиновой груши и по-
местить ее в герметично закрывающийся сосуд, о случившемся сооб-
щить преподавателю или лаборанту. Если произошло рассеивание рту-
ти на большой площади, все работы в лаборатории приостанавливают 
до проведения демеркуризации помещения. Представляет опасность 
избыточная концентрация летучих веществ, выделяющихся из искус-

ственных материалов в воздух в процессе их неправильного хранении и 
нагревания. Все испытания искусственных материалов, связанные с 
нагреванием (при оценке термостойкости, устойчивости к тепловому 
старению), следует производить в шкафах с вытяжной вентиляцией. 
При работе с источниками ионизирующих излучений (ультрафиоле-
товых или рентгеновских лучей), чтобы избежать радиационных ожо-
гов, применяют экраны и индивидуальные средства защиты (защитные 
очки, перчатки, фартуки). При воспламенении органических раствори-
телей и масляных бань пламя нельзя заливать водой: его гасят, накры-
вая листом асбеста или засыпая песком. Возгорания электроприборов и 
электропроводок гасят углекислотными огнетушителями или песком 
после обесточивания электросети. При получении травмы студент дол-
жен немедленно обратиться за помощью к лаборанту, преподавателю 
или в медпункт. При термических ожогах применяют слабый раствор 
перманганата калия, а затем накладывают повязку с противоожоговой 
мазью. При попадании на тело концентрированных кислот или щелочей 
пораженное место необходимо тщательно промыть водой, нейтрализо-
вать слабым раствором карбоната натрия (кислый ожог) или уксусной 
кислоты (щелочной ожог). За невыполнение правил техники безопасно-
сти и противопожарной техники студент от работы отстраняется и 
вновь инструктируется. 

Порядок выполнения работ и оформления отчета 

Отчет должен быть написан в соответствии с требованиями стандар-
та на оформление, содержать титульный лист, описание работы и выво-
ды, а также список литературных источников, использованных в дан-
ном случае. Отчёт выполняется на одной стороне нелинованной бумаги 
формата А4 и должна быть оформлена в соответствии с ГОСТ 2.16-96.  
Отчёт может быть выполнен рукописным, машинописным текстом с 
применением ЭВМ. 
При использовании ЭВМ оформление отчёта производится в соот-
ветствии с ГОСТ 2.004-88 «ЕСКД. Общие требования к выполнению кон-
структорской и технологической документации на печатающих и гра-
фических устройствах вывода электронно-вычислительных машин». 
Текст печатается через 1,5 интервала шрифтом Times New Roman раз-
мером 14 пунктов со следующими параметрами страницы: левый от-
ступ — 5 знаков; правый отступ — 5 знаков; абзац — 15 знаков; отступ 
первой строки от верхнего края листа — 10 мм; отступ от основной 
надписи — 10–15 мм. 
При рукописном способе текст выполняется по ГОСТ 2.105-95 пастой 
или чернилами чёрного, синего или фиолетового цвета, чётким разбор-
чивым почерком основным шрифтом с высотой букв и цифр не менее 
4 мм. Текст располагают с одной стороны листа. Расстояние от рамки 
формы до границ текста в начале и в конце строк — не менее 3 мм. Рас-
стояние от верхней или нижней строки текста до нижней или верхней 
рамки должно быть не менее 10 мм. Абзац в тексте начинают отсту-
пом — 15–17 мм. На каждом листе размещают 20–30 строк.  
При написании отчета целесообразно придерживаться следующего 
порядка: 
1. Цель работы формулируется студентом исходя из темы лабора-
торной работы, данных, приводимых в лабораторном практикуме или 
методических указаниях. Цель работы должна быть изложена кратко и 
отражать сущность рассматриваемого вопроса.  
2. Основные сведения — приводятся основные понятия из области
строения, методов испытания, физико-механических свойств материа-
лов, которые необходимы в данной лабораторной работе. 
3. Методика проведения испытаний — в журнале выполняются схе-
мы приборов и установок для определения соответствующих показате-
лей свойств или параметров материалов. Приводится описание при-
боров или установок и принцип их работы, методика отбора и подго-
товки образцов испытуемых материалов с обязательной ссылкой на со-
ответствующие нормативные документы. Затем приводятся методики 
испытаний и расчета показателей.  
4. Экспериментальная часть — после испытаний студент заносит в
журнал первичные результаты (например, твёрдость материала, темпе-
ратуру начала и конца кристаллизации). Имея первичные результаты, 
студент по формулам (необходимо давать подстановки в расчетные 

формулы) рассчитывает соответствующие показатели, заносит резуль-
таты в сводную таблицу, проводит статистическую обработку экспери-
ментальных данных. 
5. Выводы — по результатам лабораторной работы студент обязан
сделать, основываясь на сравнении показателей использованных мате-
риалов, оценке тенденций изменений показателей свойств под дей-
ствием различных факторов, а также на соответствие полученных ре-
зультатов требованиям нормативно-технической документации. Пер-
вые три раздела отчета оформляются студентом в процессе подготовки 
к лабораторной работе, четвертый и пятый разделы — на лаборатор-
ных занятиях. 
Если результаты обрабатываются расчетным путем, то приводится 
сначала формула в общем виде с расшифровкой обозначений, а затем та 
же формула с полученными числовыми значениями.  
Например: 

 𝐻𝐵 =
𝑃

𝐹 =
2∙𝑃

𝜋∙𝐷∙𝐷−√𝐷2−𝑑2, 
             (1.1) 

где Р — нагрузка, действующая на шарик, кгс (Н); 
F — площадь поверхности отпечатка, мм2; 
D — диаметр шарика, мм; 
d — диaметр отпечатка, мм. 

Все виды иллюстраций в расчётной работе именуют рисунками. Ил-
люстрации, если их больше одной, нумеруют в пределах раздела араб-
скими цифрами (например, «Рисунок 1»). Согласно требованиям стан-
дартов ЕСКД допускается сквозная нумерация иллюстраций в пределах 
всей расчётной работы. 
Табличные данные в отчете оформляются следующим образом:  
— все таблицы должны иметь названия, которые пишутся над ними; 
— все таблицы в пределах одной работы имеют сквозную нумера-
цию. Номер таблицы пишется (без употребления знака №) в левом 
верхнем углу. Например:  

Таблица 1 — Твердость материалов 

Испытуемый 

материал

Применяемая 

шкала

Нагрузка,

Н (кгс)

Обозначение 

твердости

Очень твердый
А
588,4(60)
НRА

Твердый
С
1471(150)
НRС

Мягкий
В
980,7(100)
НRВ

Нумерация страниц отчета должна быть сквозной, первой страницей 
является титульный лист, на котором номер страницы не ставится. Но-
мер страницы проставляется арабскими цифрами в середине нижней 
части листа (без точек и тире).  
Каждую новую лабораторную работу рекомендуется начинать с но-
вой страницы. 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 

1. Волков Г. М. Материаловедение / Г. М. Волков, В. М. Зуев. — М.: Издатель-
ский центр «Академия», 2012.
2. Ковшов А. Н., Назаров Ю. Ф. Основы нанотехнологии в технике / А. Н. Ков-
шов, Ю. Ф. Назаров. — М.: Издательский центр «Академия», 2014. — 488 с.
3. Колесник П. А., Кланица В. С. Материаловедение на автомобильном транс-
порте / П. А. Колесник, В. С. Кланица — М.: Издательский центр «Академия»,
2012. — 320 с.
4. Кушнер В. С., Верещака А. С., Схиртладзе А. Г., Бургонова О. Ю., Негров Д. А.
Материаловедение. Практикум / В. С. Кушнер, А. С. Верещака, А. Г. Схирт-
ладзе и др. — Старый Оскол: ТНТ, 2013. — 208 с.
5. Моряков О. С. Материаловедение / О. С. Моряков. — М.: Издательский центр
«Академия», 2014. — 288 с.
6. Солнцев Ю. П. Материаловедение: Учебник для студ. учреждений сред.
проф. образования / Ю. П. Солнцев, С. А. Вологжанина, А. Ф. Иголкин. — М.:
Издательский центр «Академия», 2015. — 496 с.
7. Рогов В. А., Позняк Г. Г. Современные машиностроительные материалы и
заготовки (учебное пособие) / В. А. Рогов, Г. Г. Позняк. — М.: Издательский
центр «Академия», 2015. — 396 с.
8. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебное
пособие / С. В. Гольцов, К. А. Батышев, В. В. Егоров, О. А. Шарая; Под общ.
ред. А. И. Батышева, А. А. Смолькина. — М.: ИНФРА-М, 2012.
9. Практикум по дисциплине «Материаловедение» / О. Н. Моисеев, А. Ю. Крас-
нова, С. А. Коробской, П. А. Иванов, В. А. Ламин; Под общ. ред. О. Н. Моисее-
ва. — Зерноград: Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВПО
ДГАУ, 2014. — 55 с.

Лабораторная работа № 1 
ИЗУЧЕНИЕ ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ  
И СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ 

Цель работы: изучить исходные материалы для производства чугу-
на, способы производства чугуна и стали. 

Металлургия — процесс получения металла из руд. 
Современное металлургическое производство представляет собой 

сложный комплекс различных производств, базирующийся на место-
рождениях руд, коксующихся углей, энергетических мощностях. Оно 
включает следующие комбинаты, заводы, цехи: 

1) шахты и карьеры по добыче руд и каменных углей;
2) горно-обогатительные комбинаты, где подготовляют руды к

плавке, т. е. обогащают их; 

3) коксохимические заводы или цехи, где осуществляют подготовку

углей, их коксование и извлечение из них полезных химических про-
дуктов; 

4) энергетические цехи для получения сжатого воздуха (для дутья

доменных печей), кислорода, а также очистки газов металлургических 
производств; 

5) доменные цехи для выплавки чугуна и ферросплавов;
6) заводы для производства ферросплавов;
7) сталеплавильные цехи (конвертерные, мартеновские, электросталеплавильные) 
для производства стали; 

8) прокатные цехи, в которых слитки стали, перерабатывают в

сортовой прокат — балки, рельсы, прутки, проволоку, а также лист 
и т. д. 

Основой современной металлургии стали, является двухступенча-
тая схема, которая состоит из доменной выплавки чугуна и различных 
способов его передела в сталь.  
Схема металлургического процесса представлена на рисунке 1.1. 

ДОМЕННЫЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА 

При доменной плавке, осуществляемой в доменных печах, происходит 
избирательное восстановление железа из руды, но одновременно 
из руды восстанавливаются также фосфор и в небольших количествах 
марганец и кремний; железо науглероживается и частично 
насыщается серой. В результате из руды получают чугун — сплав железа 
с углеродом, кремнием, марганцем, серой и фосфором. 
Для производства чугуна служат: железные руды, топливо и флюсы. 

Рисунок 1.1 — Схема металлургического процесса