Механическое оборудование производства тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и изделий

Москва 
ИНФРА-М 
2014

В.С. СеВоСтьяноВ  
В.С. БогданоВ  
н.н. дуБинин  
В.и. уральСкий

МеханичеСкое оБорудоВание 
произВодСтВа тугоплаВких  
неМеталличеСких  
и Силикатных  
МатериалоВ и изделий

СРедНее пРоФеССИоНАльНое обРАзовАНИе

учеБник

Допущено Государственным комитетом Российской Федерации  
по строительству и жилищно-коммунальному комплексу в качестве 
учебника для студентов средних специальных учебных заведений, 
обучающихся по специальности «Производство тугоплавких 
неметаллических и силикатных материалов и изделий»

УДК 621.81
ББК 34.44
        С28

Р е ц е н з е н т ы :
канд. техн. наук, доц. С.А. Погорелов  
(Строительный колледж, г. Белгород),  
канд. техн. наук С.А. Требуков (ЗАО «Белгородский цемент)

А в т о р ы : 
В.С. Севостьянов, д-р техн. наук, проф. (гл. 6–9; гл. 10, разд. 10.3), 
В.С. Богданов, д-р техн. наук проф. (гл. 3), 
Н.Н. Дубинин, канд. техн. наук, доц. (гл. 4, разд. 4.3, 4.4; гл. 5; гл. 10, 
разд. 10.2), 
В.И. Уральский, канд. техн. наук, доц. (гл. 1, 2; гл. 4, разд. 4.1, 4.2;  
гл. 10, разд. 10.1)

Севостьянов В.С., Богданов В.С., Дубинин Н.Н., Уральский В.И.
Механическое оборудование производства тугоплавких неметаллических и силикатных материалов и изделий. – М.: 
ИНФРА-М, 2014. – 432 с. — (Среднее профессиональное образование).

ISBN 978-5-16-009102-0

Приведены основные понятия о конструкционных материалах, 
деталях машин и механизмов, транспортирующих механизмах. 
Рассмотрено вспомогательное и основное технологическое оборудование технологических комплексов для производства строительных материалов, изделий и конструкций.
Для студентов средних профессиональных учебных заведений 
строительного профиля.

УДК 621.81
ББК 34.44

ISBN 978-5-16-009102-0 
© Коллектив авторов, 2005
 
© ИНФРА-М, 2005

С28 



ВВедение

Развитие производства тугоплавких неметаллических и сили
катных материалов и изделий имеет существенное значение для 
повышения эффективности строительства, а также расширяет 
сферу использования современных конструкционных материалов 
в различных отраслях промышленности.

Промышленное производство неметаллических и силикатных 

материалов и изделий получило развитие в XIX–XX вв. Были разработаны, созданы и внедрены машины и оборудование для переработки сырья, пластического и полусухого прессования, сушки 
и обжига, для технологического транспортирования и т.д. 
Интенсивное развитие это производство получило в 80-е годы 
ХХ в. Разработанные новые технологии, созданные и внедренные 
в производство целые комплексы оборудования заводов различной 
мощности позволили значительно расширить ассортимент готовой 
продукции. Освоен серийный выпуск нового современного технологического оборудования для оснащения керамического, огнеупорного и силикатного производств. Много машин старых 
технологических линий модернизировано. На основе унифицированного и стандартизированного нового оборудования созданы 
и создаются комплексы механизированных и автоматизированных 
технологических линий различной мощности по производству 
материалов и изделий с различными свойствами для строительной 
индустрии. Ведутся работы по созданию технологического оборудования для заводов малой мощности в различных исполнениях. 
Разработанная, например, новая технология изготовления керамических плиток резко изменила представления о керамическом 
производстве. Внедрение поточно-конвейерных линий для производства плиток резко сократило количество рабочих и ручных 
операций, повысило выпуск и качество готовой продукции и полностью автоматизировало производство.

Создание эффективных технологических комплексов невоз
можно без совершенствования машин и оборудования для механизации транспортных и складских работ; для добычи, переработки и приготовления сырьевых материалов; для производства гипса, извести, цемента, асбестоцементных изделий; для производства 
железобетонных изделий; для формования и обработки керамических стеновых материалов, дренажных труб и огнеупоров; для 



производства изделий строительной и санитарно-строительной 
керамики; для производства листового, технического стекла, стеклоизделий и т.д.

В учебнике приведены общие сведения о металловедении, де
талях машин, технологиях переработки, технологическом оборудовании, используемом на отдельных операциях технологических 
процессов и в механизированных комплексах различной производительности.



Глава 1 
ОснОВы металлОВедения. 
прОектирОВание деталей 
машин и кОнструкциОнных 
материалОВ

1.1. ОснОвы металлОведения

1.1.1. Кристаллическое строение металлов

Все металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое стро
ение, их атомы располагаются в пространстве с определенной закономерностью, образуя кристаллическую решетку.

У некоторых металлов при нагреве происходят изменения в 

строении кристаллической решетки. Существование одного и того 
же металла в различных кристаллических формах (модификациях) 
называется полиморфизмом, а переход из одной модификации в 
другую — полиморфным превращением [1]. При полиморфных превращениях наряду с изменением строения кристаллической решетки в значительной степени изменяются и свойства металлов 
(объем, пластичность, твердость и т.п.). Поэтому наличие полиморфных превращений во многом определяет поведение и свойства металла при механической и термической обработке, легировании, при работе в условиях низких и высоких температур.

1.1.2. свойства металлов

Различают механические, физические, химические, техноло
гические и эксплуатационные свойства металлов.

Механические свойства характеризуют состояние металлов при 

воздействии внешней нагрузки, которая создает в металле напряжения, равные отношению нагрузки к площади сечения испытуемого образца. Напряжения вызывают деформацию металлического образца — упругую, исчезающую после снятия нагрузки, или 
пластическую, остающуюся после снятия нагрузки. При чрезмерной пластической деформации происходит разрушение металла. 



Способность металла сопротивляться деформации и разруше
нию характеризует его прочность. Важной характеристикой металлов является твердость — способность сопротивляться внедрению 
в них другого, более твердого тела. 

Физические свойства характеризуют температуру плавления ме
таллов, их плотность, коэффициент теплового расширения, тепло- 
и электропроводность, магнитную проницаемость и т.п.

Химические свойства металлов определяются их химической 

активностью; способностью к химическому воздействию с газовыми и жидкими агрессивными средами, расплавленными металлами; коррозионной стойкостью.

Технологические свойства характеризуют способность металлов 

образовывать отливки, свариваться, подвергаться обработке давлением, резанием и др.

Эксплуатационные свойства характеризуют способность метал
лов работать в условиях низких или высоких температур, высокой 
радиации, определяют антифрикционные или фрикционные показатели и т.п.

1.1.3. Промышленные металлы

Основным компонентом стали, оказывающим решающее вли
яние на ее структуру и свойства, остается углерод. С увеличением 
содержания углерода твердость и прочность стали повышаются, 
а пластичность и ударная вязкость значительно снижаются.

По назначению углеродистые стали подразделяют на конструк
ционные (C ≤ 0,8%) и инструментальные (С ≥ 0,8%) [2].

Конструкционные стали бывают обыкновенного качества и ка
чественные.

Стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-71) подразделяют на 

группы А, Б и В. Стали группы А характеризуются механическими 
свойствами, группы Б — химическим составом и группы В — механическими свойствами и химическим составом.

По степени раскисления эти стали бывают кипящими (кп), 

полуспокойными (пс) или спокойными (сп).

Конструкционные стали обыкновенного качества обозначают 

буквами Ст и цифрой — номером стали, например Ст3, Ст5 и т.д. 
Группа стали указывается соответствующей буквой в начале марки: БСт1, ВСт5 (в марке стали группы А такая буква не ставится — Ст4). В марке указывается также степень раскисления стали 
(Ст1кп, БСт2пс) и в конце — категория: Ст2кп3, ВСт4кп4 (первая 
категория не указывается — Ст1сп).



Качественные конструкционные стали (ГОСТ 1050-74) отлича
ются меньшим содержанием серы и фосфора (до 0,04%), в них 
строже регламентируется содержание других элементов, неметаллических примесей.

Эти стали маркируют цифрами 08, 10, 15, 20, ..., 85, указыва
ющими среднее содержание углерода в сотых долях процента. По 
степени раскисления они могут быть также кипящими, полуспокойными или спокойными.

Инструментальные стали (ГОСТ 1435-74) подразделяют на ка
чественные: У7, У8, ..., У12, У13 и высококачественные: У7А, 
У8А, ..., У12А, У13А. Числа в марке указывают содержание углерода в десятых долях процента, буква А в конце марки обозначает высококачественную сталь.

Легированными называют стали, в которых содержатся специ
ально введенные (легирующие) элементы, изменяющие их свойства. К таким элементам относятся: Cr, Ni, Mo, V, Ti и др. Марганец 
в количестве свыше 1% и кремний свыше 0,5% также являются 
легирующими элементами.

Легирующие элементы в марках стали обозначают буквами: 

В — вольфрам, Г — марганец, К — кобальт, М — молибден, Н — 
никель, С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром, Ю — 
алюминий.

Число в начале марки конструкционной стали указывает на 

содержание углерода в сотых долях процента, цифры после букв — 
среднее содержание обозначенного этими буквами элемента в 
процентах. Например, марка 18Х2Н4В обозначает сталь со средним содержанием 0,18% С, 2% Сr, 4% Ni и около 1% W.

К конструкционным легированным сталям относятся стали, 

применяемые для изготовления цементируемых и улучшаемых 
термообработкой деталей машин, рессор и пружин, шарико- и 
роликоподшипников, жаропрочные, износо- и коррозионностойкие стали. Эти стали легируют разнообразными элементами: Mn, Ni, Si, Cr, Mo, Ti, Al и др.

К инструментальным относятся стали для режущего, штампо
вого, измерительного инструмента. Эти стали должны обладать 
высокой твердостью и износостойкостью, поэтому их легируют в 
основном карбидообразующими элементами: хромом, вольфрамом, ванадием, молибденом и др.

Серые чугуны, как и углеродистые стали, также содержат по
стоянные примеси, но в больших количествах (3–3,5% С, 1,5–3% 
Si, около 0,5% Мn, до 0,12% S и 0,3–0,8% Р).



Механические свойства чугунов обусловливаются их структу
рой, определяемой не только химическим составом, но и условиями твердения. Поэтому стандарты регламентируют не химический 
состав чугунов, а их свойства. Эти свойства и указываются в марках. Например, марка серого чугуна СЧ15 обозначает обычный 
серый чугун (СЧ) с пределом прочности при растяжении 
150 МПа.

Ковкие чугуны получают из белых. Для этого отливки из бе
лого чугуна подвергают длительному отжигу, в результате чего 
цементит распадается с выделением графита в виде хлопьев. 
Такие включения в меньшей мере разобщают основу, поэтому 
ковкий чугун прочнее и пластичнее обычного серого, имеет 
большую ударную вязкость. Предел прочности его составляет 
300–630 МПа, относительное удлинение d = 2–12%. Это позволяет применять ковкий чугун для изготовления деталей, работающих при умеренных ударных нагрузках. Обозначают ковкие 
чугуны буквами КЧ, первое число в марке указывает предел прочности при растяжении, второе — относительное удлинение, 
например КЧ33-8.

Высокопрочные чугуны получают при модифицировании серого 

чугуна магнием или церием. Механические свойства этого чугуна 
значительно повышаются: предел прочности при растяжении достигает 1200 МПа, относительное удлинение составляет 2–17%, 
а ударная вязкость — 0,2–0,6 МДж/м2. Такой чугун в ряде случаев 
является полноценным заменителем стали. Обозначают его буквами ВЧ и числами, имеющими то же значение, что и в марке 
ковкого чугуна, например ВЧ80-3.

Медь — металл красного цвета с плотностью 8,9 г/см3 и темпе
ратурой плавления 1083 °С. 

Сплавы на основе меди подразделяют на латуни и бронзы.
Латунями называют сплавы меди с цинком. Цинк в количест
ве до 39% образует с медью твердый раствор. Для повышения прочности и коррозионной стойкости, улучшения некоторых технологических свойств в состав латуней вводят Ni, Pb, Sn, Si и другие 
элементы. Такие латуни называют сложными. Латуни обозначают 
буквой Л и числом, указывающим содержание меди в сплаве (остальное — Zn). Например, латунь Л85 состоит из 85% Сu и 
15% Zn. 

Бронзами называют сплавы меди с оловом, алюминием, берил
лием и некоторыми другими элементами. Бронзы, как и латуни, 
бывают простыми (БрА5, БрБ2) и сложными. В сложных бронзах 



кроме основных есть легирующие элементы (Ni, Fe, Mn и др.). 
Например, бронза марки БрА11Ж6Н6 содержит соответственно 
11% А1, 6% Fe, 6% Ni, остальное — Сu.

Алюминий — серебристо-белый металл с плотностью 2,7 г/см3

и температурой плавления 660 °С. В отожженном состоянии он 
обладает прочностью σв = 80–100 МПа, большой пластичностью 
(d = 45%), невысокой твердостью (НВ ≈ 25–30), хорошей тепло- и 
электропроводностью и коррозионной стойкостью.

Для легирования алюминия применяют Сu, Si, Mg, Mn, Zn, 

реже — Ni, Ti, Cr и некоторые другие элементы. Алюминиевые 
сплавы подразделяются на деформируемые (обрабатываемые давлением) и литейные.

Деформируемые алюминиевые сплавы, в свою очередь, подраз
деляют на неупрочняемые и упрочняемые термообработкой.

К неупрочняемым термообработкой сплавам относятся сплавы 

АМц, содержащие до 1,5% Мn, и АМг, содержащие 1–7% Mg, до 
0,8% Мn, и добавки Ti, V, Be. Эти сплавы обладают высокой пластичностью, хорошо свариваются. Из них изготовляют сварные 
изделия (трубы, баки и т.п).

Алюминиевые сплавы, упрочняемые термообработкой, полу
чили название дуралюминов. Они содержат 3–5% Сu и примерно 
по 1% Mg, Mn, Fe, Si. Их обозначают буквой Д и цифрой — условным номером сплава (Д1, Д16 и др.). После термообработки 
эти сплавы обладают прочностью 450–650 МПа, что позволяет 
применять их для изготовления деталей, работающих при значительных нагрузках.

Литейные алюминиевые сплавы содержат повышенное коли
чество Mg, Cu, Si или Zn. Наиболее широкое применение из них 
получили силумины — сплавы алюминия с 8–14% кремния. В качестве литейных используют также алюминиево-медные (4–11% 
Сu), алюминиево-магниевые (8–11% Mg), алюминиево-цинковые 
(10–14% Zn) сплавы. Их обозначают буквами АЛ и условным номером, например АЛ2, АЛ4.

Магний — серебристо-белый металл с температурой плавления 

651 °С и наименьшей среди конструкционных металлов плотностью — 1,74 г/см3.

В связи с небольшой прочностью σв = 100 МПа, пластичностью 

d = 8% и малой коррозионной стойкостью технически чистый 
магний в качестве конструкционного материала не применяется. 
В технике используют сплавы магния с Al, Mn, Zn, Zr и другими 
элементами.

Деформируемые магниевые сплавы применяют для изготовления 

поковок и штамповок. К этой группе сплавов, обозначаемых буквами МА и условным номером (МА1, МА8), относятся сплавы 
магния, содержащие до 9% А1, 2,5% Мn, 1,5% Zn. Они обладают 
прочностью в пределах 200–350 МПа.

Литейные магниевые сплавы содержат до 10% А1, 6% Zn, 3% 

Nd (МЛ4, МЛ6 и др.). Они обладают хорошей жидкотекучестью 
и применяются для получения литых деталей, которые должны 
обладать небольшой массой. Предел прочности этих сплавов 
200–250 МПа.

Титан — стального цвета металл с температурой плавления 

1665 °С и плотностью 4,5 г/см3, обладает прочностью σв = 250 МПа, 
относительным удлинением d = 20–30%, твердостью НВ = 100–140, 
высокой коррозионной стойкостью.

Улучшение механических свойств титана достигается легиро
ванием некоторыми элементами: Al, Cr, Mo, Nb, V, Zr, Sn и др. 
Легирование и термическая обработка позволяют получать сплавы на основе титана с пределом прочности при растяжении до 
1300–1600 МПа.

Благодаря малой плотности, высокой прочности и коррозион
ной стойкости титан и его сплавы широко применяют в авиационной технике, судостроении, химической и пищевой промышленности.

1.1.4. сущность термической обработки

Свойства металлов и сплавов определяются их структурой. 

Одним из эффективных способов, позволяющих изменять в значительной степени структуру металлов и сплавов, является термическая обработка, которая состоит в нагреве металла (изделия) до 
определенной температуры, выдержке и последующем охлаждении 
с различной скоростью.

Различают следующие основные виды термической обработки: 

отжиг I рода, отжиг II рода, закалка и отпуск [1].

Отжиг I рода не обусловлен фазовыми превращениями, поэтому 

может применяться для любых металлов и сплавов. Скорость нагрева и охлаждения не имеет принципиального значения.

Различают следующие разновидности отжига I рода.
Диффузионный отжиг устраняет химическую неоднородность в 

слитках и отливках. Для ускорения диффузионных процессов этот 
отжиг производится при температуре (0,8–0,9) Тпл сплава.