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, обучающихся 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 отчётов потребует от студентов тщательной подготовки и выполнения 
домашнего задания к каждой работе. Самостоятельная подготовка к лабораторному 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 литературу по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов», а представляет изучаемый материал в более систематизированной форме и обращает внимание студентов к наиболее 
принципиальным, значительным, с позиции производства, задачам 
дисциплины. 
Изучение дисциплины «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» направлено на формирование следующих компетенций: способность обоснованно выбирать материал и способы его 
обработки для получения свойств, обеспечивающих высокую надежность детали; готовность изучать и использовать научно-техническую 
информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследований 
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 преподавателя или лаборанта. Во избежание несчастных случаев, запрещается на 
машинах с быстродвижущимися рабочими органами выполнять операции с неубранными длинными волосами и выступающими частями 
одежды, касаться руками любых движущихся частей машины. Если прибор имеет электрический привод, перед включением прибора в сеть 
необходимо убедиться в отсутствии повреждений изоляции электрических шнуров, исправности электрических вилок, розеток, в наличии заземления прибора. Воспрещается работать на электроприборах с мокрыми 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 жидкостями следует помнить о возможности получения тепловых ожогов 
при соприкосновении тела с поверхностями, нагретыми до температур 
выше 50°С. Нагретые предметы рекомендуется брать с помощью щипцов, 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 химическими реактивами, а также нагревание летучих веществ производят в шкафах с приточно-вытяжной вентиляцией. Эфиры, спирты, бензин, бензол и другие легковоспламеняющиеся жидкости необходимо 
нагревать только на водяной бане. Нагревание таких веществ на открытом огне воспрещается. При нагревании химических реагентов до кипения 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 поместить ее в герметично закрывающийся сосуд, о случившемся сообщить преподавателю или лаборанту. Если произошло рассеивание ртути 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 (ультрафиолетовых или рентгеновских лучей), чтобы избежать радиационных ожогов, применяют экраны и индивидуальные средства защиты (защитные 
очки, перчатки, фартуки). При воспламенении органических растворителей и масляных бань пламя нельзя заливать водой: его гасят, накрывая листом асбеста или засыпая песком. Возгорания электроприборов и 
электропроводок гасят углекислотными огнетушителями или песком 
после обесточивания электросети. При получении травмы студент должен 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, нейтрализовать слабым раствором карбоната натрия (кислый ожог) или уксусной 
кислоты (щелочной ожог). За невыполнение правил техники безопасности и противопожарной техники студент от работы отстраняется и 
вновь инструктируется. 

Порядок выполнения работ и оформления отчета 

Отчет должен быть написан в соответствии с требованиями стандарта на оформление, содержать титульный лист, описание работы и выводы, а также список литературных источников, использованных в данном 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 соответствии с ГОСТ 2.004-88 «ЕСКД. Общие требования к выполнению конструкторской и технологической документации на печатающих и графических устройствах вывода электронно-вычислительных машин». 
Текст печатается через 1,5 интервала шрифтом Times New Roman размером 14 пунктов со следующими параметрами страницы: левый отступ — 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 разборчивым 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. Расстояние от верхней или нижней строки текста до нижней или верхней 
рамки должно быть не менее 10 мм. Абзац в тексте начинают отступом — 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 лабораторной 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 материалов, которые необходимы в данной лабораторной работе. 
3. Методика проведения испытаний — в журнале выполняются схемы приборов и установок для определения соответствующих показателей свойств или параметров материалов. Приводится описание приборов или установок и принцип их работы, методика отбора и подготовки образцов испытуемых материалов с обязательной ссылкой на соответствующие нормативные документы. Затем приводятся методики 
испытаний и расчета показателей.  
4. Экспериментальная часть — после испытаний студент заносит в
журнал первичные результаты (например, твёрдость материала, температуру начала и конца кристаллизации). Имея первичные результаты, 
студент по формулам (необходимо давать подстановки в расчетные 

формулы) рассчитывает соответствующие показатели, заносит результаты в сводную таблицу, проводит статистическую обработку экспериментальных данных. 
5. Выводы — по результатам лабораторной работы студент обязан
сделать, основываясь на сравнении показателей использованных материалов, оценке тенденций изменений показателей свойств под действием различных факторов, а также на соответствие полученных результатов требованиям нормативно-технической документации. Первые три раздела отчета оформляются студентом в процессе подготовки 
к лабораторной работе, четвертый и пятый разделы — на лабораторных 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. Иллюстрации, если их больше одной, нумеруют в пределах раздела арабскими цифрами (например, «Рисунок 1»). Согласно требованиям стандартов 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 нумерацию. 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. Номер страницы проставляется арабскими цифрами в середине нижней 
части листа (без точек и тире).  
Каждую новую лабораторную работу рекомендуется начинать с новой страницы. 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 

1. Волков Г. М. Материаловедение / Г. М. Волков, В. М. Зуев. — М.: Издательский центр «Академия», 2012.
2. Ковшов А. Н., Назаров Ю. Ф. Основы нанотехнологии в технике / А. Н. Ковшов, Ю. Ф. Назаров. — М.: Издательский центр «Академия», 2014. — 488 с.
3. Колесник П. А., Кланица В. С. Материаловедение на автомобильном транспорте / 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. Схиртладзе 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. Краснова, С. А. Коробской, П. А. Иванов, В. А. Ламин; Под общ. ред. О. Н. Моисеева. — 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 чугуна, способы производства чугуна и стали. 

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

сложный комплекс различных производств, базирующийся на месторождениях 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 продуктов; 

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, электро
сталеплавильные) 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 двухступенчатая 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