Технология материалов и покрытий

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Казанский национальный исследовательский

технологический университет

Т. П. Евсеева, М. Р. Файзуллина

ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ

И ПОКРЫТИЙ

Учебное пособие

Казань

Издательство КНИТУ

2021

УДК 620-22(075)
ББК 30.3я7

Е25

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

д-р техн. наук Н. С. Латфуллин 
канд. техн. наук Т. Н. Исхаков

Е25

Евсеева Т. П.
Технология материалов и покрытий : учебное пособие / Т. П. Евсеева, 
М. Р. Файзуллина; М-во науки и образ. России, Казан. нац. ис-
след. технолог. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2021. – 96 с.

ISBN 978-5-7882-3038-2

Рассмотрены основы получения порошковых материалов и способы их перера-

ботки; вопросы технологического горения, импульсных воздействий на материал и 
изделия энергией взрыва. Предложены методические указания по выполнению курсовой 
работы по дисциплине «Технология материалов и покрытий».

Предназначено для обучающихся направлений подготовки 22.03.01 «Мате-

риаловедение и технологии материалов», 18.05.01 «Технология энергонасыщен-
ных материалов и изделий».

Подготовлено на кафедре технологии твердых химических веществ.

ISBN 978-5-7882-3038-2
© Евсеева Т. П., Файзуллина М. Р., 2021
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2021

УДК 620-22(075)
ББК 30.3я7

2

В В Е Д Е Н И Е

В курсе лекций по дисциплине «Технология материалов и покры-

тий» изучаются технологии машиностроительной отрасли производства, 
так как исторически кафедра технологии твердых химических веществ 
инженерного химико-технологического института КНИТУ занимается 
изучением и совершенствованием методов изготовления изделий 
машиностроительной отрасли. В учебном пособии используется 
терминология и классификации материалов и технологий их переработки, 
обработки и нанесения покрытий, применяемая в машиностроительной 
отрасли.

В представленном пособии большое внимание уделяется рассмотре-

нию вопроса о выборе материала в зависимости от эксплуатационных требований 
к изделию, а также оптимального способа изготовления изделия 
или нанесения покрытия на материал.

Выбор подходящего материала в машиностроении из огромного 

количества представленных на современном рынке − задача важная.
Окончательный выбор следует делать на основании несколько критериев. 
Во-первых, нужно четко охарактеризовать условия применения 
изделия, поскольку именно эксплуатационные требования к изделию
определяют необходимые свойства материала. Материал, который в 
максимальной степени или идеально отвечает предъявляемым требованиям, 
встречается достаточно редко. Поэтому зачастую приходится выбирать 
из множества характеристик более важные. Чем лучше будущий 
инженер, технолог-материаловед знаком с различными характеристиками 
материала и соотношением между его структурой и свойствами, а 
также с технологией получения изделий, тем более правильным и 
надежным будет его выбор материала.

Можно с уверенностью утверждать, что плохих материалов не бы-

вает, а бывают плохие инженеры, конструкторы, применяющие не те 
материалы, которые следовало бы использовать в данных конкретных 
условиях эксплуатации. Следствием неправильного выбора материалов 
является плохое качество изделий, конструкций, машин, оборудования.

Использование в новых изделиях материалов, ранее хорошо заре-

комендовавших себя в подобных конструкциях, вполне оправдано, но 
может привести, с одной стороны, к отказу от совершенствования изделий, 
а с другой – к повторению уже сделанных ошибок. Однако для целого 
ряда изделий новой техники, особенно специального назначения, 

оказывается необходимым не выбирать материалы из существующих 
разработок, а разрабатывать принципиально новые, с более высоким 
комплексом свойств. В этом случае используется новый методологический 
подход, называемый инжинирингом материалов [1], суть которого 
заключается в практической реализации совокупности материаловедческих, 
технологических и производственных аспектов для обеспечения 
требуемого уровня надежности и служебных свойств изделий.

Цель данного учебного пособия – кратко и системно представить

теоретические и практические знания о материалах и технологиях, связанных 
с их переработкой, обработкой и нанесением покрытий, в том 
числе о новых материалах и технологиях: оказать помощь студенту в 
овладении методологией выбора материалов и соответствующих технологий, 
подготовить / инициировать их к творческому решению задач 
по оптимизации выбора, что предполагает использование не только материаловедческих 
знаний, но и основ других смежных наук при учете 
конкретных условий.

Пособие содержит разделы, в которых рассматриваются общие за-

кономерности и особенности прогрессивных технологий, таких как СВС-
технологии, технологическое горение; импульсные воздействия на материал 
и изделия энергией взрыва [2–4]. Эти ресурсо- и энергосберегающие 
технологии позволяют получать материалы со свойствами, в ряде случаев 
недостижимыми при традиционном изготовлении.

Для закрепления теоретических основ по дисциплине «Техноло-

гия материалов и покрытий» предусмотрено выполнение курсовой работы. 
В учебном пособии изложены требования, методические указания 
по выполнению и оформлению курсовой работы, а также рассмотрены 
примеры выполненных студентами курсовых работ.

4

Условные обозначения

ТП – технологический процесс
ТО – технологическая операция
ТД – технологическая документация
КД – конструкторская документация
ТУ – технические условия
ЕСТПП – единая система технологической подготовки производства
ЕСКД – единая система конструкторской документации
ЕСТД – единая система технологической документации
КИМ – коэффициент использования материала 
ПМ – порошкообразный материал
ТВЭЛ – тепловыделяющий элемент
АЭС – атомная электростанция
ЯЭУ – ядерная энергоустановка
СВС – самораспространяющийся высокотемпературный синтез
ЭНМ – энергонасыщенные материалы

5

1 . О С Н О В Н Ы Е  Т Е Р М И Н Ы  И  О П Р Е Д Е Л Е Н И Я  Т Е Х Н О Л О Г И И

1 . 1 .  П р о и з в о д с т в е н н ы й  ц и к л ,  т е х н о л о г и ч е с к и й

п р о ц е с с ,  и х  х а р а к т е р и с т и к а

Технология – это наука о способах воздействия на материалы и по-

луфабрикаты с помощью соответствующих орудий производства для 
получения готовой продукции [5–8]. По отраслям производства разделяются 
следующие технологии: машиностроительная, приборостроения, 
производства конструкционных материалов и др. [1].

Объектами производства машиностроительных предприятий яв-

ляются различные изделия (детали или агрегаты, механизмы и установки, 
машины и т. д.) и заготовки.

Заготовка – это предмет труда, из которого изменением формы, 

размеров, шероховатости поверхности и свойств материала изготавливают 
деталь.

Изделие – это предмет (набор предметов производства), подлежа-

щий изготовлению на предприятии.

Виды изделий:
– деталь – изделие, изготовленное из однородного материала

(наименование, марка) без сборочных операций. Детали по назначению 
бывают базовыми, функциональными и вспомогательными;

– сборочная единица (узел) – часть изделия, собираемая отдельно

и участвующая в процессе как единое целое;

– сборочный комплекс – группа составных частей изделия для его

сборки;

– комплектующее изделие – это изделие предприятия-постав-

щика, применяемое как составная часть изделия.

На рис. 1.1а приведен пример изделия «вертолет». Даже по фото-

графии вертолета можно различить разнообразие видов изделий, участвующих 
в сборке этой машины. Конструктивно вертолет (рассмотрим 
для примера «Ансат») представляет собой машину классической одно-
винтовой схемы с четырехлопастным несущим и двухлопастным рулевым 
винтами для компенсации реактивного момента несущего винта и 
управления полетом вертолета [9].

Несущий и рулевой винты представляют собой сборочные ком-

плексы, состоящие из отдельных деталей и сборочных узлов. Лопасти 
несущего и рулевого винта, в свою очередь, представляют собой примеры 
сложных сборочных изделий. Лопасть образуют хвостовая секция 
с сотовым заполнителем вместе с лонжероном, последний является основным 
силовым элементом лопасти. На утолщенной комлевой части 
лонжерона установлено крепление лопасти к втулке винта. Концевая 
часть лонжерона представляет собой обтекатель, плотно приклеенный 
к стенкам хвостовой секции и лонжерона.

а
б

Рис. 1.1. Различные виды изделий: а – вертолет; б – боеприпасы

В носовой части фюзеляжа располагается кабина для членов эки-

пажа, оборудованная необходимыми приборами и органами управления. 
В центральной части фюзеляжа находится грузовая или пассажирская 
кабина. В пассажирском варианте в кабине установлены кресла 
для пассажиров, гардероб.

В свою очередь, шасси, двигатели, авионика и оборудование сало-

нов являются комплектующими деталями [1, 10–11]. 

Аналогично можно рассмотреть и любое другое сборочное изде-

лие. Например, боеприпасы (рис. 1.1б), которые также состоят из отдельных 
деталей, таких как корпус, в котором расположены заряд и 
взрыватель, гильза или реактивный двигатель, стабилизатор, и других
деталей, необходимых для осуществления конкретных задач.

Сборка изделия осуществляется разными способами. По виду об-

разующего соединения различают разъемные и неразъемные соединения [
1, 5, 7, 10].

Разъемные соединения – соединения, допускающие повторную 

разборку и сборку соединяемых деталей без их разрушения и повреждения (
резьбовые, шпоночные, шлицевые соединения, соединение штифтами 
и клиньями). Их получают механической обработкой резанием 
(сверление, нарезание резьбы, фрезерование, протяжка); накаткой и 
прошивкой. 

Неразъемные соединения – соединения, предназначенные для по-

стоянной связи деталей без возможности их разборки. Получают их 
сваркой, клепкой, склеиванием, пайкой и др.

Для изготовления каждого изделия требуется целенаправленная де-

ятельность людей с применением соответствующих материалов и орудий 
производства. Совокупность всех этих действий и орудий труда, необходимых 
для изготовления или ремонта выпускаемых изделий на данном 
предприятии, называются производственным процессом. 

Производственный процесс – это объединение всех действий лю-

дей и орудий труда, направленное на создание изделия, его освоение, а 
также ремонт [1]. Одним из важнейших показателей эффективности 
производства является улучшение качества выпускаемой продукции. 
Качество изделия – важнейшая его характеристика; совокупность 
свойств, обусловливающих его способность удовлетворять определенным 
потребностям в соответствии с назначением. Производственный 
процесс состоит из основных (превращение сырья в готовую продукцию), 
вспомогательных (изготовление продукции для обслуживания 
основного производства) и побочных (переработка или утилизация отходов 
основного производства) технологических процессов. 

Технологический процесс (ТП) – часть производственного процесса, 

содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) последующему 
определению состояния предметов труда (заготовки и изделия).
Он состоит из последовательности стадий, разделенных на операции. 

Технологическая операция (ТО) – законченная часть ТП, выполня-

емая на одном рабочем месте, над одним (или несколькими одновременно) 
обрабатываемым изделием одним (несколькими) рабочим. Операции 
выполняют на рабочих местах. Группа рабочих мест – производственный 
участок, совокупность производственных участков – цех. 

Современное производство в зависимости от широты номенкла-

туры, регулярности, стабильности и объема выпуска изделий может быть

единичным, серийным, серийно-массовым и массовым. Для единичного 
производства характерными являются широкая номенклатура изделий, 
нерегулярный выпуск и малый объем выпускаемых изделий (единичный), 
для серийного – выпуск периодически повторяющихся серий (партий) 
изделий, высокий объем продукции, для серийно-массового, массового – 
узкая номенклатура, большой объем продукции, непрерывное производство 
одних и тех же изделий продолжительное время.

Производственным циклом называется промежуток времени от 

начала до конца производственного процесса. Производственный цикл
складывается из времени производства и времени перерывов, характеризуется 
длительностью и структурой: технологический цикл (продолжительность 
всех технологических операций) и операционные циклы 
(продолжительность выполнения одной операции).

Технологический процесс состоит из трех основных стадий: под-

готовительной (доставка и подготовка материала, оборудования и 
оснастки), основной (основные технологические операции получения 
(переработки) изделия) и заключительной (упаковка, отправка на 
склад). Последовательность технологического процесса описывается в 
технологической документации. 

По характеру применяемого труда технологические процессы делят 

на автоматизированные, механизированные и ручные. Также различают
единичный и унифицированный ТП. Унифицированный технологический 
процесс подразделяется на типовой (для группы изделий с общими 
технологическими и конструктивными признаками) и групповой (только 
с общими технологическими признаками). Кроме того, существуют:

− рабочий ТП – выполненный по рабочей технологической (и/или

конструкторской) документации для конкретного изделия на данном 
предприятии;

− проектный ТП – выполненный по предварительному проекту

технологической документации (ТД);

− временный ТП – применяемый временно на предприятии (огра-

ниченное время) из-за отсутствия необходимого оборудования или аварийной 
его замены;

− стандартный ТП – установленный стандартом по рабочим ТД

и КД в соответствии c ОСТ, ГОСТ, стандартом предприятия, относящимся 
к конкретному оборудованию, режиму обработки и технологической 
оснастке;

− комплексный ТП – применяемый при создании автоматизиро-

ванных линий и гибких автоматизированных систем;

− перспективный ТП – предстоит освоить на предприятии, разра-

ботан в соответствии с современным достижениям науками и техники.

Рассмотрим в качестве примера операции технологического про-

цесса изготовления деталей из термопластов литьем под давлением.

Операции подготовительной стадии – это подготовка и наладка 

оборудования (литьевых машин), подготовка оснастки (литьевой 
формы) и перерабатываемого материала (смешение гранул, измельчение, 
сушка).

Основная стадия – загрузка материала в литьевую машину, пла-

стикация, заливка под давлением, выдержка под давлением, извлечение 
отливки, контроль качества отливки. 

Заключительная стадия – маркировка, упаковка, транспортирова-

ние на склад и хранение.

1 . 2 . Т е х н о л о г и ч е с к а я ,  н о р м а т и в н а я  и  т е х н и ч е с к а я

д о к у м е н т а ц и я

Технологическая документация – комплект графических и тексто-

вых документов, содержащий описание технологического процесса получения 
или изготовления изделия. Приведем основные виды технологических 
документов в соответствии с ГОСТ 3.1102-2011:

− технологическая карта − содержит операционное описание тех-

нологического процесса в технологической последовательности с указанием 
оборудования, оснастки, инструмента, используемых материалов, 
трудовых затрат, технологических режимов и квалификации работников; 

− 
технологический регламент – документ, определяющий опти-

мальный технологический режим, описание всех технологических операций 
в порядке их выполнения с указанием технологических режимов; 
безопасные условия эксплуатации производства, а также выполнение 
требований по охране окружающей среды;

− маршрутная карта (МК) – предназначена для маршрутного или

маршрутно-пооперационного описания технологического процесса, 
включая контроль по всем операциям, с указанием необходимых технологических 
режимов по каждой операции и данных об оборудовании,