Кафедра МиФП имеет ряд собственных разработок как в области
методов исследования материалов, так и в области создания новых
материалов и технологий их получения. Все разработки кафедры активно
используются в учебном процессе и научных исследованиях на кафедре,
а некоторые из них нашли применение на производстве.
Методы исследования
материалов
Название: Акустическая эмиссия для анализа процессов
деформации и разрушения материалов
Авторы: С.А. Никулин, В.Г. Ханжин, А.Б. Рожнов, В.А. Белов
Описание: Акустическая эмиссия (АЭ) представляет собой
явление возникновения и распространения упругих колебаний в
материале (акустических волн), во время его нагружения. Как правило,
АЭ имеет два основных применения: она может использоваться в
качестве индикатора начала пластической деформации или разрушения, а
также для оценки размеров трещин по измерениям сигналов АЭ. На
кафедре МиФП разработана специальная аппаратура, методики и
программное обеспечение для использования метода АЭ при решении
большого ряда материаловедческих задач. За более чем 20-летний
период на кафедре МиФП метод акустической эмиссии был применен для
решения следующих основных задач: анализ пластического течения и
разрушения сплавов и композиционных материалов, анализ
трещиностойкости листов, труб и других изделий, анализ разрушения
тонких слоев и покрытий, определение сопротивления коррозионному
растрескиванию под напряжением, контроль повреждаемости материалов
при волочении, определение хладноломкости материалов
(А.В. Кудря), определение
сопротивления водородному охрупчиванию и других.
Аппаратура
измерения АЭ (датчики и модуль аналоговой обработки) при испытаниях
на КРН медного образца и диаграмма АЭ при испытаниях
Название:
Лазерная профилометрия
Авторы: Е.И. Кузько,
А.В. Кудря, С.В. Стариков
Описание: Автоматический лазерный
бесконтактный трехмерный профилограф был разработан и изготовлен для
решения задач связанных с мезостроением изломов. В качестве
измерительного инструмента в профилографе выступает световой луч.
Система оптоэлектронного детектирования определяет знак отклонения
высоты конкретной точки измеряемой поверхности от фокальной
плоскости объектива, после чего эта точка выводится в фокальную
плоскость перемещением образца относительно оптической системы. Все
управление процессом измерения осуществляется персональной ЭВМ через
аппаратуру сопряжения по специально-написанной программе.
Лазерный
профилограф и полученные с помощью него двумерные и трехмерные
профили поверхности разрушения
Название: Структурно-лингвистический анализ мезогеометрии
изломов
Авторы: Кудря А.В., Штремель М.А., Бочарова М.А., Сухова В.Г.
Описание:
Разработан
структурно-лингвистический метод анализа мезостроения изломов. С
этой целью выделены информативные параметры мезогеометрии изломов
различной морфологии. Универсальность формы профиля изломов
обусловила возможность формализации их описания — каждому элементу
профиля в зависимости от размеров и расположения относительно линии
симметрии присваивалась одна из трех букв А, В или
Е — прописная или строчная. В результате каждый профиль был
представлен в виде предложения. Из анализа их статистики вытекает
возможность ранжировки сталей по излому и сопоставления механизмов
разрушения сталей.
Поверхность излома,
реконструированная по данным измерений лазерного профилографа,
информативные параметры и структурно-лингвистическая схема описания
изломов
Название: 3-D
реконструкция изображения изломов
Авторы: А.В. Кудря,
Э.А. Соколовская, А. М. Арсенкин
Описание:
Метод основан на использовании стереопар, полученных в сканирующем
электронном микроскопе и их цифровой обработке с использованием
программного обеспечения
PHOTOMOD
для трехмерной реконструкции макро-, мезо- и микрорельефа
поверхностей разрушения (изломов).
Метод позволяет получать количественные характеристики
изломов и на этой основе проводить сравнительный анализ процесса
разрушения различных материалов. Данный метод может применяться для
выявления причин провалов вязкости и пластичности, при разработке
новых составов сталей, при отладке, совершенствовании технологии
получения металлопродукции с целью оценки влияния вариаций
технологических параметров, а также для задач, связанных с
классификацией изломов.
Стереопара вязкого
излома стали 40Х2Н2МА и реконструированная карта изменений высот
рельефа
Название: 3-D
реконструкция объемных дефектов
Авторы: С.А. Никулин, В.Г. Ханжин, А.Б. Рожнов, В. Н.
Викторов
Описание: Метод основан на послойном шлифовании образца
имеющего крупный (более 50 мкм) дефект (пора, включение, трещина и
т.д.) с заданным шагом, цифровой фотосъемке изображения дефекта на
каждом шаге шлифования (получение набора 2D
- изображений) и реконструкции трехмерного изображения
дефекта в специально разработанной программе. Метод позволяет
оценивать количественные характеристики реконструированных
изображений дефектов (объем, площадь поверхности, коэффициент формы
и другие).
Внешний вид
объемного дефекта (зона зернограничного разрушения) на поперечном
шлифе и реконструированная модель этого дефекта в объеме
Название: Программа обработки изображений
ImageExpertPro
Авторы: Н.Г. Чурсин, Г.В. Пантелеев, Ю.А. Крупин
Описание: Это программное обеспечение создано для решения
широкого набора задач материаловедческих лабораторий. Оно позволяет
препарировать оцифрованные изображения, производить фильтрацию,
анализ объектов и получение их численных характеристик. Широкая
функциональность Image Expert Pro позволяет решать как стандартные
задачи металловедов (определение бала зерна, неметаллических
включений, процента фазовых составляющих), так и использовать ее для
научных исследований. Выпускниками кафедры МиФП создана компания
ООО
"Новые Экспертные Системы" (НЭКСИС), которая сегодня
занимается дальнейшей разработкой, продвижением и продажей
программного обеспечения под маркой
ImageExpert
(
http://www.nexsys.ru).
Комплект
«оптический микроскоп +цифровая камера + персональный компьютер + ПО
ImageExpert» позволяет материаловедам быстро и на новом уровне решать самые разные
задачи
Методы
производственного контроля качества материалов
Название: Контроль повреждаемости композиционных
сверхпроводников при волочении
Авторы: С.А. Никулин, В.Г. Ханжин
Описание: Разработана методика неразрушающего контроля и
оборудование для детектирования образования дефектов (трещин) в
обрабатываемом давлением металле. Методика основана на измерении
акустической эмиссии от образующихся в процессе деформации металла
трещин. Возможно измерение акустической эмиссии и контроль
образования дефектов непосредственно в процессе технологических
операций обработки металла давлением в условиях высоких
производственных шумов. Методика и оборудование позволяют
детектировать образование трещин размером от 5 мкм. Технология может
использоваться в технологических процессах волочения проволоки и
прутков, прокатки труб и листов.
На
производстве технология была опробована применительно к
технологическому процессу волочения композиционных
сверхпроводников. Созданная аппаратура и разработанные методики АЭ
измерений позволили анализировать кинетику образования и накопления
дефектов и их размеры в композиционных сверхпроводниках, содержащих
до 50000 волокон, непосредственно в процессе волочения.
Контроль волочения
композиционных сверхпроводников методом измерения акустической
эмиссии
Название: Сквозное управление качеством металла на основе
раскопок данных технологического контроля (data
mining)
Авторы: М.А. Штремель, А.В. Кудря, Э.А. Соколовская
Описание:
Созданы алгоритмы и программы ретроспективной обработки больших баз
данных производственного контроля для сквозного управления качеством
металла. Известно, что в реальном технологическом процессе качество
теряется «на стыках» - от наложения на разных этапах порознь
приемлемых, но взаимодействующих отклонений от нормы. Нетрадиционные
приемы обработки больших массивов статистики производственного
контроля выявляют довольно неожиданные причины брака и нетривиальные
средства его предупреждения. Отслеживая возмущения процесса по всему
металлургическому циклу, можно реализовать нелокальные алгоритмы
управления качеством: корректировать (в пределах допуска) режимы в
реальном времени «поименно» для каждой плавки, рулона, поковки в
зависимости от их предыстории.
Схема
происхождения брака при соблюдении директивной технологии и принцип
нелокального управления по прогнозу качества
Название: Управление структурой и свойствами проката
автолистовых, трубных и строительных сталей
Авторы: В.Г. Моляров
Описание: Основные направления данной работы включают:
-
Изучение и
аналитическое описание закономерностей структурных и фазовых
превращений, сопутствующих горячей деформации и охлаждению
проката;
-
Оперативное
прогнозирование структуры и свойств горячекатаных
малоуглеродистых, низко- и микролегированных сталей;
-
Анализ
разнозернистости и ее влияния на уровень механических свойств
проката;
-
Оптимизация
температурных и деформационно-скоростных параметров
технологического режима обработки металла.
Диаграмма (ТКД),
режимы охлаждения и микроструктура малоуглеродистой стали
Новые материалы
Название: Циркониевые сплавы для атомной энергетики
Авторы: С.А. Никулин, В.Г. Ханжин, В.И. Гончаров, Б.М. Фатеев,
А.Б. Рожнов, В.А. Белов, Рогачев С.О., Ли Э.В., Котенева М.В.
Описание: Кафедра МиФП совместно
с ВНИИНМ им. А.А. Бочвара и ОАО «Чепецкий Механический Завод»
принимает участие в создании новых модификаций циркониевых сплавов и
технологии их обработки для ответственных элементов атомных
реакторов, обеспечивающие конкурентоспособность отечественных сплавов циркония в мире. В
частности, были разработаны новые модификации циркониевых сплавов
для оболочек твэлов, обеспечивающие увеличение продолжительности
эксплуатационной кампании тепловыделяющих сборок в реакторе с 3-5
лет до 6-7 лет. На кафедре были проведены многочисленные
исследования механических свойств, структуры, коррозии под
напряжением и других характеристик
новых
модификаций циркониевых сплавов Э110 и Э635, включая сплавы на
основе новой губчатой шихты и были выработаны рекомендации по
оптимизации химического состава и микроструктуры сплавов.
Тепловыделяющие
сборки из сплавов циркония. Микроструктура и поверхности разрушения
циркониевых сплавов после различных испытаний
Название: Объемные нанокристаллические материалы,
полученные методами интенсивной пластической деформации
Авторы: С.В. Добаткин
Описание:
Используются методы интенсивной пластической деформации (равноканальное
угловое прессование, кручение под давлением и другие) для получения
массивных беспористых нано- и субмикрокристаллических материалов.
Полученные материалы имеют уникальные физические и механические
свойства: пониженные модуль упругости и температуры Дебая и
Кюри, повышенные скорости диффузии, аномально высокую прочность,
сопротивление усталости и другие. Отрабатываются режимы получения
ультрамелкозернистой структуры на
Cu,
Al,
Mg
и их сплавах,
NiTi,
низкоуглеродистых сталях 09Г2С, 10Г2ФТ.
Структура меди М0б
после РКУ прессования при Т = 20оС и N = 12 (ПЭМ и
EBSD-анализ)
Название: Пеноматериалы
Авторы: Ю.А. Крупин, А.М. Авдеенко, Филипова В.Б., Колпакова
В. А.
Описание: Пористые структуры находят широкое применение в
виде электромагнитных экранов, носителей катализаторов, элементов
вибро- и звукоизоляции, используются как элементы увеличения
жесткости полых конструкций, а также как элементы
высокоэнергетического демпфирования. На основе установленной связи
между статистическими параметрами неоднородности пористых структур
(листы пеноалюминия толщиной 15-25 мм) и их механическими свойствами
(предел прочности, энергоемкость деформации, жесткость и др.), а
также на основе установленной мезомеханики потери устойчивости
течения этих материалов, оптимизированы параметры технологии
производства пористых пеноалюминиевых материалов.
Структура
пеноалюминиевого материала при разных степенях пластической
деформации (верхнее фото
e=0%, нижнее фото
e=30%)
Название: Ванадиевые сплавы для атомной энергетики
Авторы: С.А. Никулин, М.Ю. Беломытцев, С.О. Рогачев, В.М.
Хаткевич, Т.А. Нечайкина
Описание:
Исследованы
новые композиции радиационно-стойких сплавов ванадия (V-Ti-Cr) с
наноструктурой, способы их упрочнения методами внутреннего
азотирования и способы
изготовления из них тонкостенных труб для оболочек твэлов
перспективных реакторов на
быстрых
нейтронах и установок водородной энергетики. Работа выполнена
совместно с ВНИИНМ им. А.А. Бочвара.
Среди других исследуемых и разрабатываемых материалов на
кафедре МиФП можно выделить: умеренно легированную быстрорежущую
сталь 17М6Ф5Б ("под гранульную технологию") для мелкого фасонного
инструмента, режущего труднообрабатываемые материалы (М.А. Штремель,
С.И. Водениктов, В.И. Чижиков, Л.В. Карабасова), жаропрочные
интерметаллидные композиты с сотовой структурой (М.А. Штремель, В.В.
Медведев, Б.В. Мочалов, М.Ю. Беломытцев, Л.Г. Чернуха, С.С. Чертов),
высокопрочные стали для крепежных деталей в автомобилестроении (М.В.
Бобылев, Е.Г. Королева, Штанников П.А.).
Моделирование
За последние несколько лет, кафедра МиФП выполнила несколько
работ, связанных с моделированием структуры, деформации и разрушения
материалов. Наиболее значимые из них:
-
Развитие
модели деформации случайной пористой среды для распределений
различного типа на основе оценок геометрии случайных пористых
сред, эволюции их развития в процессе деформации (А.М. Авдеенко,
Ю.А. Крупин, В.Б. Филиппова).
-
Разработка
численной модели распространения высокоэнергетических возмущений
в пористой структуре, позволяющая прогнозировать демпфирующие
свойства в зависимости от структуры материала
(А.М.
Авдеенко, Ю.А. Крупин, В.Б. Филиппова).
-
Разработка
аналитической модели деформации и разрушения материала при
штамповке. Построены предельные кривые формования для
анизотропного листового материала. Предложен метод прогноза
деформации и разрушения изотропного и анизотропного материала
при штамповке стакана по диаграммам растяжения. (Р.А. Назаров,
С.А. Никулин, М.А. Штремель).
-
Развитие
математических моделей, описывающих закономерности
структурообразования сталей в линии современного прокатного
стана. Развиты процедуры оценки неоднородности зеренной
структуры (В.Г. Моляров, Н.С. Фыонг, Аунг Чжо Мин).
-
Моделирование
взаимодействующих трещин в материале со средой с целью прогноза
работоспособности материалов в конструкции (М.А. Штремель).
Для более подробного ознакомления с разработками кафедры
можно обратиться к указанным авторам (см. раздел «Сотрудники»)
либо непосредственно к заведующему кафедрой д.т.н., проф. С.А.
Никулину.