Материаловедение и технология художественной обработки материалов

 
М. М. Радкевич 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ  
И ТЕХНОЛОГИЯ ХУДОЖЕСТВЕННОЙ 
ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2023

1 

УДК 620.22:739 
ББК 30.3:37.27 
 
Р15 
 
 
 
 
 
 
 
Р е ц е н з е н т ы : 
доктор технических наук, профессор СПбГПУ  
В. А. Дьяченко; 
доктор технических наук, профессор СПбГИЭУ  
В. К. Федюкин 
 
 
 
 
 
Радкевич, М. М. 
Р15 
 
Материаловедение и технология художественной обработки материалов : учебное 
пособие / М. М. Радкевич. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. – 384 с. : ил., 
табл. 
 
 ISBN 978-5-9729-1393-0 
 
Изложены основные технологические свойства материалов. Даны описания технологических процессов изготовления художественных изделий различными методами и 
их технологические возможности. 
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям 
54.03.01 «Дизайн» и 29.03.04 «Технология художественной обработки материалов». 
Также полезно всем, кто занимается технологией изготовления художественных изделий. 
 
УДК 620.22:739 
ББК 30.3:37.27 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1393-0 
© Радкевич М. М., 2023 
‹ Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 
‹ Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 
 
 
2 

 
 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение ................................................................................................................................. 7 
 
1. Свойства металлов и сплавов 
............................................................................................ 8 
1.1. Механические и технологические свойства ........................................................... 8 
1.2. Литейные сплавы 
.................................................................................................... 27 
1.3. Материалы, применяемые при изготовлении знаков 
........................................... 37 
 
2. Способы изготовления отливок ...................................................................................... 39 
2.1. Процесс формирования отливки ........................................................................... 40 
2.1.1. Формирование усадочных пустот в отливках 
............................................. 40 
2.1.2. Ликвация ........................................................................................................ 42 
2.1.3. Линейная усадка отливок ............................................................................. 44 
2.1.4. Литейные дефекты ........................................................................................ 45 
2.1.5. Пригар ............................................................................................................ 47 
2.1.6. Приливы 
......................................................................................................... 48 
2.1.7. Специфические дефекты поверхности ........................................................ 49 
2.1.8. Трещины ........................................................................................................ 51 
2.1.9. Газовые дефекты ........................................................................................... 53 
2.1.10. Изменение структуры металла 
................................................................... 54 
2.1.11. Изменение химического свойства.............................................................. 54 
2.2. Литье в песчано-глинистые формы 
....................................................................... 55 
2.3. Формовочные материалы 
....................................................................................... 56 
2.3.1. Требования, предъявляемые к формовочным смесям 
................................ 56 
2.3.2. Основные свойства формовочных смесей .................................................. 57 
2.4. Модели .................................................................................................................... 59 
2.5. Опоки 
....................................................................................................................... 63 
2.6. Стержни 
................................................................................................................... 64 
2.7. Технология изготовления песчано-глинистых форм ........................................... 66 
2.8. Кусковая формовка 
................................................................................................. 68 
2.9. Формовка по шаблону 
............................................................................................ 70 
2.10. Вакуумно-пленочное литье 
.................................................................................. 71 
2.10.1. Технология изготовления отливки............................................................. 71 
2.10.2. Материалы для формовки 
........................................................................... 73 
2.10.3. Оборудование .............................................................................................. 75 
2.10.4. Преимущества и недостатки метода 
.......................................................... 77 
2.11. Литье по выплавляемым моделям ....................................................................... 77 
2.11.1. Изготовление пресс-форм........................................................................... 81 
2.11.2. Изготовление моделей и модельных блоков 
............................................. 82 
2.11.3. Изготовление форм ..................................................................................... 82 
2.11.4. Технология точного вакуумного литья  
по выплавляемым моделям .................................................................................... 88 
2.12. Плавка металла и заливка форм .......................................................................... 89 
2.13. Ювелирное литье .................................................................................................. 89 
2.13.1. Мастер-модели ............................................................................................ 91 
2.13.2. Эластичные пресс-формы 
........................................................................... 92 
3 

2.13.3. Модельные составы .................................................................................... 95 
2.13.4. Изготовление литейных форм 
.................................................................... 96 
2.13.5. Плавка и заливка металла 
......................................................................... 100 
2.14. Литье мелких изделий из легкоплавких сплавов ............................................. 102 
2.15. Микролитье ......................................................................................................... 103 
2.16. Специальные виды литья ................................................................................... 107 
2.16.1. Оболочковое литье 
.................................................................................... 107 
2.16.2. Литье под давлением ................................................................................ 110 
2.16.3. Центробежное литье ................................................................................. 113 
2.16.4. Литье в кокиль 
........................................................................................... 117 
2.16.5. Литье по газифицируемым моделям 
........................................................ 121 
2.16.6. Литье на замораживаемом связующем 
.................................................... 123 
2.16.7. Шоу-процесс 
.............................................................................................. 126 
2.17. Технологии быстрого прототипирования литейных изделий ......................... 127 
2.17.1. Оборудование для быстрого прототипирования .................................... 132 
2.17.2. Силиконовые формы 
................................................................................. 138 
 
3. Технологические процессы художественной деформации 
......................................... 141 
3.1. Исторические аспекты русской художественной ковки 
.................................... 141 
3.2. Глазами современников ....................................................................................... 144 
3.3. Основные положения ковки................................................................................. 152 
3.4. Кузнечные инструменты ...................................................................................... 156 
3.5. Основные операции ручной ковки ...................................................................... 160 
3.6. Чеканка .................................................................................................................. 170 
3.6.1. Инструменты и приспособления 
................................................................ 172 
3.6.2. Технология чеканки .................................................................................... 175 
3.7. Тиснение 
................................................................................................................ 177 
3.8. Металлопластика .................................................................................................. 179 
3.9. Насечка .................................................................................................................. 181 
3.10. Филигрань ........................................................................................................... 183 
3.11. Плетение из проволоки ...................................................................................... 188 
3.12. Гравирование ...................................................................................................... 194 
3.12.1. Инструменты и приспособления 
.............................................................. 196 
3.12.2. Плоскостное гравирование 
....................................................................... 199 
3.12.3. Обронное гравирование 
............................................................................ 200 
3.13. Изготовление сусального золота ....................................................................... 201 
3.14. Кузнечная сварка ................................................................................................ 201 
3.14.1. Соединение деталей хомутами 
................................................................. 205 
3.14.2. Клепка ........................................................................................................ 207 
3.15. Листовая штамповка 
........................................................................................... 209 
3.16. Выколотка ........................................................................................................... 214 
3.17. Ручное резание листового металла 
.................................................................... 217 

4. Обработка пластмасс и резины ..................................................................................... 119 
4.1. Технологические характеристики реактопластов .............................................. 119 
4.2. Прессование пластмасс ........................................................................................ 222 
4.3. Оборудование для прессования 
........................................................................... 223 
4.4. Прямое прессование пластмасс ........................................................................... 225 
4.5. Литьевое прессование пластмасс ........................................................................ 226 
4.6. Прессование слоистых пластиков ....................................................................... 229 
4 

4.7. Формование листовых термопластов 
.................................................................. 230 
4.8. Прессование резины ............................................................................................. 232 
4.8.1. Компоненты, входящие в резиновую смесь 
.............................................. 232 
4.8.2. Свойства резины. Основные виды резины и их назначение 
.................... 233 
4.8.3. Технология изготовления резины. Вулканизация .................................... 235 
4.8.4. Типовые технологические процессы изготовления изделий  
из сырой резины, применяемые в приборостроении 
.......................................... 237 
4.8.4.1. Прессование изделий 
......................................................................... 239 
4.8.4.2. Изготовление неармированных резиновых деталей  
с дополнительной вулканизацией в автоклаве 
............................................. 241 
4.8.5. Дефекты резиновых вулканизированных деталей и способы  
их устранения ........................................................................................................ 241 
4.9. Изготовление резиновых надувных лодок ......................................................... 242 
4.9.1. Виды надувных лодок 
................................................................................. 242 
4.9.2. Материалы для надувных лодок ................................................................ 244 
4.9.3. Характеристики и технология изготовления надувных лодок ................ 246 
4.9.3.1. Лодки весельные «ЯРТ» 
.................................................................... 246 
4.9.3.2. Лодки моторные «ЯРТ» .................................................................... 247 
4.9.3.3. Лодки надувные «BRIG» 
................................................................... 248 
4.9.4. «BRIG» и высокие технологии 
................................................................... 249 
4.9.4.1. Лодки надувные «KORSAR» ............................................................ 249 
4.9.4.2. Лодки надувные «SEVYLOR» 
.......................................................... 251 
4.9.4.3. Лодки надувные «LOMAC» 
.............................................................. 252 
4.10. Производство надувных батутов 
....................................................................... 253 
4.10.1. Детские батуты 
.......................................................................................... 254 
4.10.2. Материалы для изготовления надувных батутов.................................... 256 
4.11. Производство гидрокомбинезонов для подводного плавания ........................ 256 
4.11.1. Гидрокомбинезон для любителей подводного плавания  
ГКЛ ТУ 3830505321-91 ........................................................................................ 256 
4.11.2. Гидрокомбинезон ГК-2М ......................................................................... 257 
4.11.3. Гидрокомбинезон ГК НВС ....................................................................... 259 
4.11.4. Гидрокомбинезон СГПК-К-ОМУП40 ТО С347000 
................................ 260 
 
5. Обработка глины и стекла ............................................................................................. 262 
5.1. Керамические изделия 
.......................................................................................... 262 
5.5. «Седая» керамика ................................................................................................. 266 
5.3. Эффект Кракле 
...................................................................................................... 272 
5.4. Керамические фантазии (время в глине) ............................................................ 275 
5.5. Обработка стекла .................................................................................................. 276 
5.5.1. Изделия декоративно-прикладного искусства 
.......................................... 277 
5.5.2. Витражи ....................................................................................................... 283 
5.5.3. Морозные узоры 
.......................................................................................... 285 
 
6. Изготовление знаков ...................................................................................................... 290 
6.1. Материалы, применяемые при изготовлении знаков 
......................................... 290 
6.2. Защитно-декоративные покрытия, применяемые при изготовлени знаков ........ 291 
6.3. Методы обработки, применяемые при изготовлении 
........................................ 293 
6.4. Примеры изготовления знаков ............................................................................ 294 
 
7. Обработка камня ............................................................................................................ 297 
7.1. Индустрия камня .................................................................................................. 297 
5 

7.2. Возникновение промысла .................................................................................... 301 
7.3. Приносящие счастье 
............................................................................................. 302 
7.4. Материалы для производства .............................................................................. 305 
7.5. Классификация изделий 
....................................................................................... 310 
7.5.1. Уральские изделия ...................................................................................... 311 
7.5.2. Красноясылские изделия ............................................................................ 312 
7.5.3. Кунгурские изделия .................................................................................... 312 
7.5.4. Свердловские изделия ................................................................................ 313 
7.5.5. Алтайские (колывановские) изделия ......................................................... 314 
7.5.6. Горьковские (борнуковские) изделия 
........................................................ 315 
7.5.7. Архангельские изделия 
............................................................................... 316 
7.5.8. Краснодарские изделия 
............................................................................... 316 
7.5.9. Ходжохские изделия ................................................................................... 317 
7.5.10. Отрадненские изделия .............................................................................. 317 
7.6. Художественные изделия из янтаря 
.................................................................... 318 
7.6.1. Калининградские изделия .......................................................................... 319 
7.6.2. Литовские изделия ...................................................................................... 320 
7.6.3. Латвийские изделия .................................................................................... 321 
7.7. Обработка нефрита 
............................................................................................... 322 
7.8. Требования к качеству художественных изделий. Сортность .......................... 326 
7.9. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение изделий ..................... 327 
7.10. Технология изготовления изделий .................................................................... 328 
7.11. Добыча самоцветов 
............................................................................................. 329 
7.12. Обработка камня 
................................................................................................. 332 
7.13. Резка камня водой 
............................................................................................... 335 
7.14. Камень как явление культуры ........................................................................... 342 
7.15. Камень в интерьерах Зимнего дворца ............................................................... 350 
7.15.1. Георгиевский зал 
....................................................................................... 351 
7.15.2. Малахитовая гостиная .............................................................................. 351 
7.15.3. Павильонный зал 
....................................................................................... 352 
7.15.4. Зал Леонардо да Винчи 
............................................................................. 353 
7.15.5. Зал Колыванской вазы. «Царица ваз» 
...................................................... 353 
7.15.6. Просветы 
.................................................................................................... 354 
7.16. Драгоценные и поделочные камни как материал для изготовления  
художественных изделий 
............................................................................................ 355 
7.17. От неолита до наших дней ................................................................................. 366 
 
8. Обработка дерева ........................................................................................................... 369 
8.1. Древесина и ее производные ............................................................................... 369 
8.2. Изготовления изделий из дерева ......................................................................... 372 
8.3. Лаки и лазури для обработки дерева 
................................................................... 376 
8.3.1. Лак для паркета Elan – глянцевый, полуматовый 
..................................... 377 
8.3.2. Лазурь для дерева Elan................................................................................ 377 
8.4. Художественная обработка дерева 
...................................................................... 378 
 
Список литературы ............................................................................................................ 381 

6 

 
 
 
ВВЕДЕНИЕ 
 
Дисциплина «Материаловедение» является важнейшей составной частью основной образовательной программы подготовки бакалавров, магистров 
и специалистов в области промышленного дизайна. Дизайнер должен практически в той же мере, как и инженер, иметь познания о видах и свойствах различных машиностроительных материалов, покрытий, традиционных и новых 
технологий изготовления и отделки изделий. Работая над формой изделий, дизайнер должен знать технологические процессы и приемы, позволяющие экономически эффективно производить изделия из того или иного материала, и 
обеспечивать при этом требуемое качество и фактуру поверхностей изготавливаемого изделия. Сегодня в машиностроении и приборостроении используется 
огромное количество отечественных и зарубежных материалов, в том числе 
неметаллических, и разнообразных технологий их обработки. 
В данном пособии в систематизированном виде приводятся основные 
сведения о физико-механических и технологических свойствах различных металлов и сплавов, а также пластмасс, о технологиях производства из них изделий. Учитывая то, что подавляющее большинство сложнопрофильных изделий 
производственных машин и художественных изделий изготавливаются методами литья и обработки металлов давлением, основная часть пособия посвящена детальному рассмотрению именно этих технологий. Приведены особенности и приемы изготовления художественных изделий методами пластической деформации. Важно отметить, что в пособии вопросы производства литых изделий и изделий, получаемых методами пластической деформации, увязаны с эстетическими требованиями к ним. В этом плане весьма полезными 
являются сведения по окончательной отделке поверхностей. 
Другой важной особенностью учебного пособия является наличие в нем 
сведений о материалах и основных технологиях быстрого прототипирования, 
которые все более широко внедряются в различные отрасли машиностроения 
и становятся важнейшим современным инструментом дизайн-проектирования 
и быстрого выведения на рынок новых промышленных изделий.  
7 

 
 
 
1. СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 
1.1. Механические и технологические свойства 
 
Свойства металлов и сплавов определяются физическими, механическими, технологическими и химическими характеристиками. 
К физическим свойствам относятся плотность, температура плавления, 
цвет и блеск, непрозрачность, теплопроводность и электропроводность, тепловое расширение. 
По плотности все металлы разделяются на легкие (до 3000 кг/м3) и тяжелые (свыше 6000 кг/м3). 
По температуре плавления все металлы разделяются на легкоплавкие, 
(температура плавления не превышает 700 °С) и тугоплавкие, (температура 
плавления свыше 900 °С). К легкоплавким металлам относятся олово (232 °С), 
кадмий (321 °С), свинец (327 °С), цинк (420 °С), магний (650 °С), алюми- 
ний (658 °С). К тугоплавким относятся серебро (960 °С), золото (1060 °С), 
медь (1083 °С), никель (1453 °С), железо (1539 °С), самым тугоплавким является вольфрам (3410 °С). 
Самым легкоплавким считается сплав Вуда, который плавится при температуре 60 °С. 
Ртуть является примером металла, который при комнатной температуре 
находится в жидком состоянии. Она плавится при температуре около минус 
39 °С. 
К декоративным характеристикам металлов относятся цвет и блеск. Каждый металл или сплав обладает присущим ему цветом. Однако большинство из 
них имеет довольно однообразную гамму серовато-белых, серебристых тонов, 
то более теплых, то холодных (даже серый цвет может быть, как теплым, 
например, у никеля, так и холодным, как у хрома). Исключение составляют два 
металла: золото, имеющее насыщенный желтый цвет, и медь, отличающаяся 
сильным оранжево-красным цветом. Добавка этих металлов в сплавы придает 
им желтые и красные оттенки. 
Часто готовые изделия, выполненные из одних металлов, покрывают 
тонким слоем других, более эффектных по цвету или блеску металлов. Например, золочение серебра и бронзы, хромирование и никелирование стали, серебрение меди и латуни и т. п. 
8 

Иногда для обогащения цвета применяют не сам металл, а его окислы 
или другие химические соединения. 
При конструировании и производстве изделий из металлов и сплавов 
большое значение имеют механические свойства. 
К механическим свойствам металлов и сплавов относятся твердость, 
прочность, пластичность, ударная вязкость, предел выносливости. 
Широко применяется неразрушающий контроль прочности металлов и 
сплавов через твердость. Твердость – это способность материала сопротивляться проникновению в него постороннего тела. Существуют различные методы определения твердости. 
По методу Бринелля (рис. 1.1, а) под действием силы F в испытуемое 
тело внедряется шарик диаметром D. 

а) 
б) 
в) 
Рис. 1.1. Методы определения твердости: а – по Бринеллю; 
б – по Роквеллу; в – по Виккерсу 
Число твердости НВ представляет отношение силы F к площади отпечатка диаметром 3. 
По методу Роквелла (рис. 1.1, б) в испытуемую поверхность вдавливают 
индентор – алмазный конус с углом при вершине 120ƒ или стальной шарик малого диаметра. Число твердости НR обратно пропорционально глубине внедрения индентора. 
В зависимости от шкалы прибора введены следующие обозначения  
чисел твердости: НRА, НRВ и НRСэ. При нагрузках на алмазный конус по 
 
9 

шкале С и шкале А приводят измерения просто твердых или очень твердых и 
тонких материалов. Шкала В предназначена для испытания мягких материалов. 
Метод Виккерса (рис. 1.1, в) позволяет измерять твердость как мягких, 
так и очень твердых материалов и сплавов. Твердость НV определяется по диагонали отпечатка d от вдавливаемой алмазной пирамиды, 
По результатам статических испытаний на растяжение образцов 
(рис. 1.2), проходимых на специальных машинах с малыми скоростями перемещении рабочих органов, находят механические свойства материалов. 

Рис. 1.2. Используемые для испытаний образцы:  
цилиндрический – для испытаний на растяжение;  
плоский – для испытаний на усталость 
Прежде всего, это прочностные характеристики. Напряжение VТ (FТ/S0), 
соответствующее возникновению площадки текучести на записанной в процессе испытаний диаграмме в координатах напряжение (V) – деформация (H) 
(рис. 1.3), называется физическим пределом текучести. 
При отсутствии площадки определяют условный предел текучести V0,2, 
которым является напряжение, приводящее к остаточной деформации 0,2  от 
длины образца. 
Более высокие напряжения вызывают рост пластической деформации. 
Напряжение, предшествующее разрушению образца, называется временным 
сопротивлением или пределом прочности Vв, (Fв/S0). 
Пластические характеристики материалов находят, измеряя образцы 
до и после испытаний. Таким образом, определяется предшествующая разрушению пластическая деформация, выражаемая относительным удлинением 
 
10