Кафедра Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов (МТО)

Научная деятельность

Со дня основания кафедры коллективом ее сотрудников и студентов проводятся разносторонние исследования в различных направлениях металловедения. Научно-исследовательская работа идет в содружестве с большинством машиностроительных предприятий г. Перми. Результаты исследований сотрудников кафедры в соавторстве со студентами широко публикуются в центральной и местной печати.

Основные направления научно-исследовательской работы кафедры МТО в прошлом, настоящем и будущем

 

Структурная наследственность в сталях и сплавах

Профессор д.т.н. Н.Н. Липчин, профессор к.т.н. С.А. Коковякина, доцент к.т.н. Ю.А. Белых.

Проблема структурной наследственности была сформулирована еще в XIX веке Д.К. Черновым, который обнаружил различие в температуре точки «а» (современное обозначение Ас3) и точки изменения зерна при нагреве – точки «b», определяющей улучшение комплекса механических свойств стали.

Изучением причин и условий проявления структурной наследственности вплотную занялись в 60-70-е годы ХХ столетия две школы металловедов: свердловская школа под руководством В.Д. Садовского и пермская школа под управлением Н.Н. Липчина на кафедре металловедения и термической обработки ППИ.

Сотрудниками кафедры МТО по тематике структурной наследственности было опубликовано более 60 статей в журналах и сборниках всесоюзного значения, защищена 1 докторская и 5 кандидатских диссертаций, сделано более 30 докладов на всесоюзных конференциях и семинарах. Работы кафедры в рамках этой тематики получили всесоюзное признание: постановлением Президиума центрального правления НТО Машпром от 19 ноября 1975 года д.т.н., профессору Н.Н. Липчину, к.т.н., доценту Ю.А. Белых и к.т.н. С.А. Коковякиной по итогам Всесоюзного конкурса присуждена Первая премия имени Д.К. Чернова «За фундаментальные исследования по фазовым и структурным превращениям при нагреве металлов и сплавов».

Профессора В.С. Томсинский и Н.Н. Липчин

 

Фазовые и структурные превращения в титановых сплавах. Поверхностное упрочнение сплавов титана

Профессор д.т.н. В.С. Томсинский, профессор к.т.н. А.С. Иванов, доцент к.т.н. М.И. Шишкина, к.т.н. А.Р. Потехин, ст. преподаватель В.М. Половников.

Комплексное исследование промышленных сплавов титана выявило ряд особенностей фазовых превращений и формирования структуры при их нагреве и охлаждении.

Впервые методом высокотемпературной рентгенографии проведено последовательное изучение механизма и кинетики фазовых превращений в титановых сплавах.

Исследованы процессы разрушения и определены параметры конструктивной прочности сплавов титана в зависимости от их структуры и условий нагружения.

Для применения титановых сплавов в условиях трения разработаны теоретические и практические основы упрочнения путем создания и термической обработки на их поверхности электролитических никель-боридных покрытий. Применение этой технологии позволяет повысить триботехнические свойства титановых сплавов до уровня инструментальных сталей в закаленном состоянии. При этом изделия сохраняют коррозионную стойкость титановых сплавов, что позволяет использовать их для работы в парах трения в агрессивных средах.

Микроструктура титанового сплава

Работа проводилась совместно с Металлургическим заводом в г. Верхняя Салда и Пермскими конструкторскими бюро МКБ (Авиадвигатель) и ПАКБ (Стар). По результатам работы опубликовано более 30 статей, защищены 1 докторская и 3 кандидатских диссертации, получены 4 авторских свидетельства и медаль ВДНХ.

 

Повышение конструкционной прочности сталей и сплавов методами термической обработки. Структурообразование системнолегированных сталей. Системный анализ механохимических отказов металлических конструкций

Профессор д.т.н. Ю.Н. Симонов, доцент к.т.н. Л.Ц. Заяц, аспирант Д.О. Панов, аспирант П.О. Быкова.

На основе комплексного исследования структуры, механизмов разрушения и характеристик механических свойств выявлены общие закономерности влияния структурного состояния на уровень прочности и трещиностойкости сталей и предложены способы термической обработки, позволяющие повысить конструкционную прочность сталей.

Работа проводится совместно с ОАО ПЗ «Машиностроитель» и Иститутом Физики металлов УрО РАН.

Разработка сбалансированной многокомпонентной системы легирования на базе низкоуглеродистых сталей, обеспечивающей минимизацию развития диффузионной релаксации при фазовых превращениях. Создание новых конкурентоспособных материалов и технологий с широким спектром и высокой степенью надежности функциональных возможностей.

Структура бескарбидного нанобейнита

Поверхность разрушения мартенситностареющей стали

 

Экспертиза причин разрушения конструкций в процессе эксплуатации

По результатам работы опубликовано более 10 статей и сделано более 10 докладов по научным направления.

В 2005 году на кафедре создан Аналитический центр «Кристалл». В состав АЦ «Кристалл» вошли специалисты, имеющие тридцатилетний опыт экспертной деятельности в области отказов и разрушений металлических конструкций и деталей машин, а также исследования качества металлопродукции. Специалистами Центра успешно выполнены исследования причин разрушения таких объектов, как ворота шлюза Пермской РГС (г. Пермь, 1994 г.), труб водовода «Березники - Усолье» (г. Березники, 1998 г.), металлоконструкций перекрытий бассейна «Дельфин» (г. Чусовой, 2005 г.) и многих других.

В общей сложности выполнено более 100 экспертизных исследований по заказам предприятий и организаций.

 

Закономерности формирования, физические и механические свойства материалов на основе железа с субмикронным и нанометрическим размером характерного элемента структуры

Профессор д.т.н. академик РАЕН Л.М. Клейнер, профессор., д.ф.-м.н., Л.В. Спивак, профессор к.т.н., А.С. Иванов, профессор д.т.н., А.А. Шацов, вед. инж. И.В. Толчина, преподаватель М.Г. Закирова, м.н.с. Д.М. Ларинин, аспирант И.В. Ряпосов.

Работа направлена на исследование закономерностей структурно-фазовых переходов в материалах на основе железа, обеспечивающих формирование нанометрических и/или субмикронных размеров характерных элементов структуры с новым сочетанием физико-механических свойств. Фазовые и структурные переходы реализованы посредством применения специальных видов термической и/или химико-термической обработок, включающих рекристаллизацию высокотемпературной модификации с последующим сдвиговым фазовым переходом или спинодальный распад альфа-фазы.

Результаты работы: более 200 публикаций, в том числе десятки изобретений, десятки медалей выставок, 3 монографии, внедрение - в различные отрасли промышленности. В настоящее время осуществляем испытания новых материалов для деталей оборудования добывающих отраслей.

 

Поверхностное упрочнение низкоуглеродистых мартенситных сталей

Уникальные свойства низкоуглеродистых мартенситных сталей (НМС) позволяют широко использовать их в качестве материала для создания различных конструкций и деталей машин. Однако для работы в условиях контактного трения и в агрессивных средах требуется создание на их поверхности упрочняющих защитных покрытий, повышающих износостойкость изделий. На кафедре МТО проводятся углубленные исследования поверхностного упрочнения НМС методами азотирования, цементации, нитроцементации, бороцементации.

Вакуумный пост для напыления ВУП-5

Просвечивающий электронный микроскоп ПЭМ-125

 

Цементация низкоуглеродистых мартенситных сталей

Профессор, к.т.н. А.С. Иванов, профессор к.т.н. С.А. Коковякина. 

Цементация - насыщение поверхности детали углеродом - наиболее исследованный и широко применяемый способ создания защитных износостойких покрытий на деталях, работающих в условиях контактного трения. Исследования, проводимые на кафедре МТО, выявили ряд особенностей, отличающих цементованные слои на НМС. Показана возможность использования известных преимуществ сталей этого класса и в цементованном состоянии. Разрабатываются методы получения науглероженного слоя технологически, экономически и экологически более перспективные, чем методы, применяемые в настоящее время для традиционно цементуемых сталей.

Работа проводится в содружестве с Пермским машиностроительным заводом «Инкар» и Пермским научно-исследовательским технологическим институтом.

 

Азотирование конструкционных материалов

Профессор д.т.н. академик РАЕН Л.М. Клейнер, профессор д.т.н., А.А. Шацов, профессор к.т.н. Н.Н. Митрохович, доцент к.т.н. С.С. Югай, доцент к.т.н О.В. Силина.

Основная цель азотирования - повышение износостойкости деталей машиностроения и конструкций. Исследование конструкционных материалов различного типа показали, что наиболее эффективным, целесообразным и экологически безопасным является азотирование низкоуглеродистых сталей с мартенситной структурой. Разработан целый ряд материалов и технологий для обеспечения оптимальных характеристик свойств азотированных сталей.

На кафедре выполнен заказ Федерального агентства по образованию и науке РФ в рамках работы «Формирование нанокристаллической структуры низкоуглеродистых мартенситных сталей, диффузионные и плазменные покрытия с нанокристаллической структурой» и получен патент на способ изготовления азотированных деталей из низкоуглеродистых мартенситных сталей.

Опубликовано более 30 статей, а также результаты азотирования низкоуглеродистых сталей рассмотрены в 2 монографиях. Защищены 2 кандидатские диссертации.

Олимпиады

Команда старшекурсников кафедры регулярно участвует во Всероссийской олимпиаде по материаловедению, занимая призовые места в общекомандном и личном зачете.

2006 год, г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана:

1-е место в личном зачете, 2-е командное место

2007 год, г. Новосибирск, НГТУ:

1-е командное место, 2-е и 3-е места в личном зачете

2008 год, г. Новосибирск, НГТУ:

1-е и 2-е места в личном зачете, 2-е командное место

Решение задания по материаловедению (Балахнин Александр, Чернова Татьяна, Перцев Алексей)

Вручение диплома Балахнину Александру

Вручение диплома Черновой Татьяне