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. исслед. технолог. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2021. – 96 с. 
ISBN 978-5-7882-3038-2 
Рассмотрены основы получения порошковых материалов и способы их переработки; 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 «Материаловедение и технологии материалов», 18.05.01 «Технология энергонасыщенных 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 покрытий» 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 рассмотрению 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 бывает, 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 зарекомендовавших 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 закономерности и особенности прогрессивных технологий, таких как СВСтехнологии, 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 «Технология 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

.  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 полуфабрикаты 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 являются 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), подлежащий 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-поставщика, применяемое как составная часть изделия. 
На рис. 1.1а приведен пример изделия «вертолет». Даже по фотографии вертолета можно различить разнообразие видов изделий, участвующих в сборке этой машины. Конструктивно вертолет (рассмотрим 
для примера «Ансат») представляет собой машину классической одновинтовой 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 комплексы, 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 экипажа, 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 салонов являются комплектующими деталями [1, 10–11].  
Аналогично можно рассмотреть и любое другое сборочное изделие. 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 образующего 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 постоянной связи деталей без возможности их разборки. Получают их 
сваркой, клепкой, склеиванием, пайкой и др. 
Для изготовления каждого изделия требуется целенаправленная деятельность 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 людей 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, выполняемая 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 номенклатуры, 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: подготовительной (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 (ограниченное 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 автоматизированных линий и гибких автоматизированных систем; 

−перспективный ТП – предстоит освоить на предприятии, разработан в соответствии с современным достижениям науками и техники. 
Рассмотрим в качестве примера операции технологического процесса 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, пластикация, заливка под давлением, выдержка под давлением, извлечение 
отливки, контроль качества отливки.  
Заключительная стадия – маркировка, упаковка, транспортирование 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 текстовых 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 технологического процесса в технологической последовательности с указанием оборудования, оснастки, инструмента, используемых материалов, трудовых затрат, технологических режимов и квалификации работников;  
−технологический регламент – документ, определяющий оптимальный 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,