Технология конструкционных материалов

Þ. Ï. Ñîëíöåâ 
Á. Ñ. Åðìàêîâ 
Â. Þ. Ïèðàéíåí 
 
ТЕХНОЛОГИЯ
КОНСТРУКЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Издание 7-е, стереотипное 
Под редакцией  Ю. П. Солнцева 
Рекомендовано Федеральным агентством по образованию 
Российской Федерации в качестве учебника  
для студентов высших технических учебных заведений 
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 
ХИМИЗДАТ 
2024 

УДК 620.22 
С 601
Р е ц е н з е н т ы:  
Зав. кафедрой материаловедения и технологии художественных изделий СЗГЗТУ д-р техн. наук, проф. Е. И. Пряхин 
Д-р техн. наук, проф. кафедры «Исследование структуры 
и свойств материалов» СПбГТУ Ю. В. Шахназаров 
Солнцев Ю. П., Ермаков Б. С., Пирайнен В. Ю. 
 С 601       Технология конструкционных материалов: Учебник 
для вузов. –изд. 7-е, стереотип.– СПб.: ХИМИЗДАТ, 2024. 
– 504 с., ил.
ISBN 978-5-93808-474-2 
Курс «Технология конструкционных материалов» является базисом, 
с которого начинают освоение инженерных дисциплин студенты общемашиностроительных, энергомашиностроительных специальностей, а 
также студенты, изучающие криогенное, холодильное и транспортное 
машиностроение, приборостроение и строительное дело.  
В третьем издании (1-е изд. – 1988 г., 2-е – 1996 г.) изложены основы получения чугунов, сталей, цветных металлов и сплавов, неметаллических материалов – пластмасс, силикатных и клеящих материалов, резин, лаков и красок. Проведен анализ современных способов литейного 
производства, обработки металлов давлением, термической обработки 
наиболее распространенных материалов. Уделено внимание методам порошковой металлургии, получению и применению новых конструкционных и композиционных материалов. Освещены вопросы их сварки и 
пайки, показаны причины ускоренного разрушения сварных соединений 
и определены пути повышения надежности и долговечности сварных 
конструкций. 
Материал учебника построен на анализе современных методов и 
способов производства, описывает новые технологии, знание которых 
необходимо современному инженеру для его успешной производственной и научной деятельности. Он может быть полезен не только студентам, 
изучающим курс технологии конструкционных материалов и только начинающим свой производственный путь, но и дипломированным специалистам – как справочный материал по различным отраслям машиностроительного производства. 
С 
2703000000–017
050(01)–2024 
 Без объявл. 
 Солнцев Ю. П., Ермаков Б. С.,
   Пирайнен В. Ю., 2006, 2014     
ISBN 978-5-93808-474-2 
 ХИМИЗДАТ, 2014, 2024
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Предисловие 
9
РАЗДЕЛ I. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ  
СВОЙСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 
Глава 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 
11
Глава 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ 
22
2.1. Свойства металлов и сплавов 
22
2.2. Испытания механических свойств 
23
2.3. Оценка конструкционной прочности методами механики  
разрушения 
35
2.4. Специальные методы испытаний 
37
Глава 3. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ 
39
3.1. Капиллярная дефектоскопия 
40
3.2. Магнитные методы контроля 
41
3.3. Акустические методы контроля 
41
3.4. Радиационные методы контроля 
43
Глава 4. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ЖЕЛЕЗО – УГЛЕРОД 
45
4.1. Характеристика основных фаз в сплавах 
45
4.2. Диаграмма состояния системы железо – углерод 
47
РАЗДЕЛ II. ПРОИЗВОДСТВО ЧЕРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ 
Глава 1. МЕТАЛЛУРГИЯ ЧУГУНА 
51
1.1. Исходные материалы для доменного производства 
51
1.2. Доменная печь 
52
1.3. Производство литейного чугуна 
55
Глава 2. МЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ 
56
2.1. Кислородно-конвертерное производство стали 
56
2.2. Мартеновское производство стали 
59
2.3. Производство стали в электропечах 
61
2.4. Технология массового производства чистой стали 
65
2.5. Электрорафинирующие переплавы 
68
2.6. Разливка стали 
69
Глава 3. МЕТАЛЛУРГИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ 
72
3.1. Производство меди 
72
3.2. Производство алюминия 
74
3.3. Производство магния 
77
3.4. Производство титана 
79
РАЗДЕЛ III. ПРОИЗВОДСТВО МАТЕРИАЛОВ МЕТОДАМИ  
ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛУРГИИ 
Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ 
82
1.1. Основные термины и определения порошковой и гранульной  
металлургии 
82
 
3

1.2. Способы получения порошков 
85
1.3. Основные свойства порошков 
93
1.4. Основные марки металлических порошков 
100
1.5. Принципы отбора изделий для изготовления методами  
порошковой металлургии 
103
1.6. Прессование (формование) порошкового материала 
105
1.7. Спекание порошковых материалов и изделий 
120
1.8. Организация промышленного производства порошковых  
изделий 
133
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДАМИ ПОРОШКОВОЙ  
И ГРАНУЛЬНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ 
140
2.1. Конструкционные материалы 
140
2.2. Фильтрующие пористые материалы 
148
2.3. Антифрикционные порошковые материалы 
151
2.4. Фрикционные порошковые материалы 
157
РАЗДЕЛ IV. ПРОИЗВОДСТВО КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 
Глава 1. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ 
МАТЕРИАЛОВ  
160
1.1. Общие принципы построения композиционных материалов 
160
1.2. Классификация композиционных материалов 
167
Глава 2. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 
172
2.1. Получение композиционных материалов методами совмещения
172
2.2. Получение композиционных материалов обработкой давлением
180
2.3. Производство композиционных материалов методами  
порошковой металлургии 
183
2.4. Процессы напыления 
186
Глава 3. СВОЙСТВА И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ  
МАТЕРИАЛОВ 
188
3.1. Дисперсноупрочненные композиционные материалы 
188
3.2. Волокнистые композиционные материалы 
194
3.3. Керметы 
199
3.4. Псевдосплавы 
202
РАЗДЕЛ V. ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 
Глава 1. ОСНОВЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА 
205
Глава 2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНЫХ ФОРМАХ 
207
2.1. Характеристика литейной формы 
207
2.2. Формовочные материалы 
210
2.3. Формовка 
211
2.4. Окраска и сборка форм 
215
2.5. Заливка и другие окончательные операции 
216
2.6. Современные формовочные смеси 
217
Глава 3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ЛИТЬЯ 
219
3.1. Литье в кокиль 
219
 
4 

3.2. Центробежное литье 
222
3.3. Литье под давлением 
224
3.4. Литье в оболочковые формы 
226
3.5. Литье по выплавляемым моделям 
228
Глава 4. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ 
230
4.1. Классификация дефектов отливок 
230
4.2. Анализ технологичности 
232
РАЗДЕЛ VI. ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ  
Глава 1. ПРОКАТКА 
237
1.1. Классификация прокатных станов 
238
1.2. Производство гнутых профилей 
239
1.3. Производство труб 
239
Глава 2. ПРЕССОВАНИЕ 
243
Глава 3. ВОЛОЧЕНИЕ 
245
Глава 4. СВОБОДНАЯ КОВКА 
247
Глава 5. ОБЪЕМНАЯ И ЛИСТОВАЯ ШТАМПОВКА 
249
5.1. Горячая объемная штамповка 
250
5.2. Холодная объемная штамповка 
251
5.3. Листовая штамповка 
252
РАЗДЕЛ VII. ТЕХНОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ  
И СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 
Глава 1. ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ 
254
1.1. Отжиг и нормализация 
254
1.2. Закалка стали 
259
1.3. Отпуск стали 
265
Глава 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ  
СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ 
267
2.1. Поверхностная закалка 
267
2.2. Технология химико-термической обработки стали 
269
2.3. Цементация стали 
269
2.4. Азотирование стали 
272
2.5. Цианирование стали 
273
2.6. Диффузионная металлизация 
274
РАЗДЕЛ VIII. СВАРОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО 
Глава 1. ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ И ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ ПРОЦЕССОВ  
СВАРКИ 
276
Глава 2. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ И ОБЛАСТИ  
ИХ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ 
278
2.1. Электрическая дуговая сварка 
279
2.2. Аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом 
282
2.3. Плазменная сварка 
283
 
5

2.4. Сварка в углекислом газе 
283
2.5. Атомно-водородная сварка 
287
2.6. Электрошлаковая сварка 
285
2.7. Электронно-лучевая сварка 
287
2.8. Лазерная сварка 
288
2.9. Газовая (газо-кислородная) сварка 
289
2.10. Термитная сварка 
290
Глава 3. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ 
292
3.1. Холодная сварка пластичных металлов 
292
3.2. Электрическая контактная сварка 
293
3.3. Ультразвуковая сварка 
295
3.4. Кузнечно-горновая сварка 
296
3.5. Диффузионная сварка в вакууме 
297
3.6. Сварка трением 
297
3.7. Сварка взрывом 
298
3.8. Индукционная высокочастотная сварка 
299
Глава 4. ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССОВ СВАРКИ НА КАЧЕСТВО СВАРНЫХ  
КОНСТРУКЦИЙ 
300
4.1. Сварочные материалы 
300
4.2. Деформации и напряжения, возникающие при сварке,  
и способы борьбы с ними 
302
4.3. Источники питания для сварки 
303
4.4. Автоматическое регулирование процессов дуговой сварки 
303
4.5. Свариваемость и ее показатели 
304
4.6. Горячие трещины при сварке металлов и сплавов 
307
4.7. Холодные трещины при сварке металлов и сплавов 
311
4.8. Ламелярные трещины и трещины повторного нагрева 
314
4.9. Классификация и условия эксплуатации сварных конструкций 
315
4.10. Производство сварных конструкций 
321
Глава 5. ГАЗО-КИСЛОРОДНАЯ РЕЗКА МЕТАЛЛОВ 
323
5.1. Сущность процесса и основные условия кислородной резки 
323
5.2. Подогревательное пламя и кислород режущей струи 
324
5.3. Классификация машин для кислородной резки 
325
5.4. Особые виды кислородной резки 
326
Глава 6. ОСНОВЫ ПАЙКИ МЕТАЛЛОВ 
328
6.1. Основные понятия пайки металлов и сплавов 
328
6.2. Виды спаев 
330
6.3. Виды пайки 
333
6.4. Припои и флюсы при пайке 
335
Глава 7. ТЕХНОЛОГИЯ ПАЙКИ МАТЕРИАЛОВ 
338
7.1. Пайка конструкционных углеродистых и низколегированных  
сталей 
338
7.2. Пайка конструкционных высоколегированных сталей 
339
7.3. Пайка чугунов 
340
7.4. Пайка инструментальных сталей и твердых сплавов 
341
 
6 

7.5. Пайка никеля и его сплавов 
342
7.6. Пайка меди и ее сплавов 
343
7.7. Пайка титана и его сплавов 
344
7.8. Пайка тугоплавких металлов 
346
7.9. Пайка бериллия 
350
7.10. Пайка алюминия и его сплавов 
350
7.11. Пайка магниевых сплавов 
352
7.12. Пайка металлов с неметаллическими материалами 
353
РАЗДЕЛ IX. ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ 
Глава 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ 
356
1.1. Основные сведения о процессе обработки металлов резанием 
356
1.2. Виды обработки резанием 
358
Глава 2. СТАНКИ ТОКАРНОЙ ГРУППЫ 
361
2.1. Классификация и типы токарных станков 
361
2.2. Основные узлы токарно-винторезного станка 
364
2.3. Обработка заготовок на токарно-револьверных станках 
365
2.4. Токарно-карусельные и лобовые станки 
366
Глава 3. СВЕРЛИЛЬНЫЕ И РАСТОЧНЫЕ СТАНКИ 
368
3.1. Вертикально-сверлильные станки 
371
3.2. Радиально-сверлильные станки 
372
3.3. Развертывание 
372
Глава 4. ОБРАБОТКА НА ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКАХ 
373
4.1. Сущность фрезерования. Классификация фрез 
373
4.2. Горизонтально-фрезерные станки 
375
4.3. Вертикально-фрезерные консольные станки 
376
4.4. Продольно-фрезерные станки 
376
Глава 5. ОБРАБОТКА НА СТРОГАЛЬНЫХ, ДОЛБЕЖНЫХ, ПРОТЯЖНЫХ СТАНКАХ
377
5.1. Особенности обработки строганием и долблением 
377
5.2. Строгальные станки 
379
5.3. Обработка заготовок на долбежных и протяжных станках 
380
Глава 6. ОБРАБОТКА АБРАЗИВНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ 
382
6.1. Общие сведения 
382
6.2. Абразивные материалы и инструменты 
383
6.3. Схемы шлифования 
385
6.4. Отделочные методы обработки 
387
6.5. Тепловые явления при резании.  
Применение смазочно-охлаждающих жидкостей 
389
Глава 7. НАРЕЗАНИЕ И ОТДЕЛКА ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС 
391
7.1. Методы нарезания зубьев зубчатых колес 
391
7.2. Отделка зубчатых колес 
393
Глава 8. ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК МЕТОДАМИ ПЛАСТИЧЕСКОГО  
ДЕФОРМИРОВАНИЯ 
393
8.1. Сущность методов обработки пластическим деформированием 
393
 
7

8.2. Формообразующие методы 
394
8.3. Упрочняюще-калибрующие методы 
396
Глава 9. ЭЛЕКТРОФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ 
398
9.1. Электроэрозионные методы 
399
9.2. Электрохимическая обработка 
401
9.3. Ультразвуковая обработка 
403
9.4. Электронно-лучевая обработка 
404
Глава 10. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ  
НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ 
406
10.1. Станки с программным управлением 
407
10.2. Обрабатывающие центры 
407
Глава 11. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН 
409
РАЗДЕЛ Х. ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 
Глава 1. ПОЛИМЕРЫ И ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ НА ИХ ОСНОВЕ 
414
1.1. Полимеры 
419
1.2. Классификация и основные свойства пластмасс 
421
1.3. Термопластичные пластмассы (термопласты) 
428
1.4. Термореактивные пластмассы (реактопласты) 
438
Глава 2. РЕЗИНЫ И МАТЕРИАЛЫ НА ИХ ОСНОВЕ 
450
Глава 3. ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 
462
3.1. Классификация лакокрасочных покрытий 
462
3.2. Принципы выбора лакокрасочной композиции и технология  
ее нанесения 
466
Глава 4. КЛЕЯЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ СКЛЕИВАНИЯ
471
Глава 5. МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ 
477
5.1. Древесина и древесные материалы 
477
5.2. Бумажные материалы 
482
5.3. Текстильные материалы 
483
Глава 6. СТЕКЛА И ДРУГИЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 
488
6.1. Неорганические технические стекла 
489
6.2. Защитные и декоративные эмали 
492
6.3. Ситаллы и каменное литье 
493
6.4. Керамические материалы в машиностроении 
497
6.5. Асбест и материалы на его основе 
500
Рекомендуемая литература 
503
 
 
 
 
 
 
 
8 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
 
Курс «Технология конструкционных материалов» вместе с 
другими общетехническими дисциплинами дает студентам необходимую общеинженерную технологическую подготовку, закладывает основы знаний, необходимых в работе как на производстве, так и в научно-исследовательских и проектных институтах. 
При проектировании конструкций, организации их эксплуатации 
и ремонте инженер-машиностроитель в повседневной работе 
сталкивается с конструкционными материалами, технологией изготовления деталей и их использованием, выбором того или иного типа инструмента для их обработки. Для успешного решения 
многих практических задач необходимы сведения о современных 
способах получения и обработки материалов, рациональных областях их применения. 
Технология конструкционных материалов является комплексной дисциплиной, в которой рассматриваются основные сведения о способах производства этих материалов и их обработке с 
целью получения деталей с заданными свойствами и конфигурацией, пригодных для использования в машинах и конструкциях. 
Различают две основные группы материалов: металлы и их 
сплавы и неметаллические материалы. Металлы и сплавы разделяют на черные и цветные. К черным металлам относятся железо 
и сплавы на его основе: сталь и чугун. К цветным относятся все 
остальные металлы: алюминий, медь, титан, магний, свинец, олово, никель и т. д. В современной технике используется не менее 
65 наименований цветных металлов. 
Из всех металлов и сплавов наиболее важную роль в машиностроении играет сталь. Доля производства стали составляет 
95 % всех металлических материалов. Широкая распространенность стали обусловлена тем, что она обладает редким сочетанием свойств. При сравнительно низкой стоимости сталь характеризуется высокой прочностью, пластичностью и вязкостью в сочетании с хорошими технологическими свойствами. Затраты 
энергии на производство единицы массы стальных деталей (их 
 
9

энергоемкость) значительно ниже затрат на производство деталей из алюминия, титана и других металлов. Поэтому сталь широко используется во всех областях техники и объем ее производства характеризует экономический потенциал страны.  
Современное производство стали в мире составляет более 
600 млн. т в год, и по крайней мере на ближайшее столетие сталь 
сохранит свое значение как важнейший конструкционный материал. Из других металлов наиболее интенсивно будет развиваться производство алюминия и его сплавов. Содержание железа в 
земной коре составляет 4,6 %, а алюминия – 8,8 %, т. е. почти в 
два раза больше. Хотя объем производства других цветных металлов и сплавов существенно меньше, без их применения было 
бы невозможно создание таких отраслей современной техники, 
как электротехническая промышленность, радио-, приборостроение, авиация, атомная, ракетно-космическая техника. 
Изучение курса «Технология конструкционных материалов» 
даст студенту знания о: 
– сущности, структуре, ассортименте продукции, технических и экономических характеристиках основных технологических процессов в металлургии, машиностроении и 
других отраслях промышленности; 
– основных показателях качества металлургической и машиностроительной продукции и их связи с технологическими 
факторами производства. 
Материал учебного пособия изложен с учетом необходимой 
взаимосвязи методов получения заготовок с их последующей обработкой на металлорежущих станках. Методам сварочного производства и обработке резанием уделено особое внимание, что 
соответствует их значению и объему в современном машиностроении. 
Авторы глубоко признательны рецензентам – коллективу 
кафедры «Исследование структуры и свойств материалов» 
Санкт-Петербургского государственного технического университета, а также докторам технических наук, профессорам 
Ю. В. Шахназарову и Е. И. Пряхину за ценные замечания и рекомендации, сделанные ими при рецензировании рукописи. 
 
 
10