Научно-исследовательская и инновационная деятельность

   
    
На кафедре сформированы новые научные
направления, отвечающие современным
требованиям промышленности

 

 

 

 

 

- разработка теоретических и технологических основ создания новых материалов, в т.ч. в пленочном исполнении, с использованием механического легирования, плазмохимического синтеза и нанотехнологий;

- разработка технологических принципов и создание высокоэффективных технологий осаждения методами элионики защитно-декоративных, износо- и коррозионностойких покрытий на изделия из широкого класса материалов;

- создание новых конструкций энерго- и ресурсосберегающего дереворежущего инструмента, разработка прогрессивных технологий его упрочнения и оптимальных режимов эксплуатации;

- изучение свойств металлических конструкционных материалов в условиях воздействия механических колебаний широкого амплитудно-частотного диапазона;

- разработка эффективных технологических процессов поверхностного упрочнения;

- разработка и практическая реализация методов ускоренных усталостных испытаний деталей машин.

- применение систем конечно-элементного анализа при проектировании несущих металлоконструкций и соединений деталей машин.

 
Наноматериалы и нанотехнологии
 

Нанотехноло́гия — область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекуламиСовременная тенденция к миниатюризации показала, что вещество может иметь совершенно новые свойства, если взять очень маленькую частицу этого вещества. Частицы размерами от 1 до 100 нанометров обычно называют «наночастицы». Так, например, оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства. Другие материалы показывают удивительные оптические свойства, например, сверхтонкие пленки органических материалов применяют для производства солнечных батарей. Такие батареи, хоть и обладают сравнительно низкой квантовой эфективностью, зато более дёшевы и могут быть механически гибкими. Удается добиться взаимодействия искусственных наночастиц с природными объектами наноразмеров — белками, нуклеиновыми кислотами и др. Тщательно очищенные наночастицы могут самовыстраиваться в определённые структуры. Такая структура содержит строго упорядоченные наночастицы и также зачастую проявляет необычные свойства.

 
Разработки кафедры
 
1. Антифрикционные композиционные материалы на основе алюминия.
Специалистами кафедры материаловедения и технологии металлов проводятся работы в направлении создания новых металлических материалов на основе алюминия и наноуглеродных материалов. Были получены опытные образцы.
 

      

                                  а                                                                     б                                                                      в    

Микроструктура образцов лигатур Al-C: а – Al + 10% фуллереновой черни, ´ 500; б – Al + 10% фуллеренов, ´ 500;
в – Al + 10% фуллереновой сажи, ´ 500

Разработанные антифрикционные композиционные материалы на основе алюминия с добавками ультрадисперсных углеродных материалов обладают повышенными свойствами, что позволяет рекомендовать их взамен деталей узлов трения из бронзы, а также алюминий-графитовых изделий. Полученные материалы могут найти широкое применение при создании объектов новой техники, отличающихся высокими техническими характеристиками, в частности, для прецизионных деталей машиностроения, изделий, работающих на трение при повышенных нагрузочно-скоростных условиях.
 
2. Сверхтвердые аморфнонанокристаллические композиты на основе наноуглерода с добавкой железа, спеченные при высоком давлении.
В результате проведения комплекса работ спеканием под высоким давлением 4 ГПа фуллереновой сажи после исчерпывающей экстракции из нее фуллеренов с добавлением 10% Fe получены образцы нанокомпозита с микротвердостью включений сверхтвердой фазы близкой к твердости алмаза, фазы-основы до 14.6 ГПа. Нанокомпозит имеет удельный вес 2.14…2.18 г/см3 и характерный стекловидный излом.
 
                                             
                                                                             а                                                                     б
 
Результаты анализа нанокомпозита Сэфс–10 масс.% Fe с использованием ПЭМ и Рамановской спектроскопии: а, б – тонкая структура и картина дифракции в ПЭМ, по стрелке 1 – нанокристаллический участок, по стрелке 2 – аморфный участок; б – картина дифракции с аморфного участка (рис. а, по стрелке 2)
 
Полученный углеродный нанокомпозит на основе C-10%Fe, является аморфным материалом, подобным стекловидному углероду, содержащим нанокристаллические включения сверхтвердой фазы. При этом, его высокая твердость является изотропной, как это характерно для аморфного алмаза. 
 
3. Методика ускоренных усталостных испытаний металлических материалов и оборудование для ее реализации.
Методика ускоренных усталостных испытаний металлических материалов отличается от традиционных низкочастотных методик использованием высоких частот нагружения (18 кГц) для определения низкочастотных характеристик усталости металлических материалов. Позволяет определить характеристики усталости (пределы выносливости, кривые усталости соответствующих 50% вероятности разрушения, оценка среднего значения и среднего квадратического отклонения предела выносливости) металлических материалов.

Преимущества разработки:

•обеспечивает сокращение времени исследований характеристик усталости металлических материалов в 10-15 раз за счет снижения времени нагружения образцов без снижения точности прогноза;

•обеспечивается снижение трудо- и энерогозатрат на проведение исследований характеристик усталости металлических материалов.
 
 
4. Технологический процесс поверхностного упрочнения тяжелонагруженных зубчатых колес методом боросилицирования
Сотрудниками кафедры рзработаны технологические процессы (борирование, боросилицирование, бороалюмосилицирование, карбонитрация), обеспечивающие повышение сопротивления изнашиванию тяжелонагруженных зубчатых колес. Разработанные режимы и составы  обеспечивают снижение интенсивности изнашивания таких колес в 1,3-1,5 раза. Использование таких упрочненных колес позволяет увеличить межремонтный период наработки ряда деталей трансмиссии мобильных машин на 50-65 %.
 
5. Новые конструкции энерго- и ресурсосберегающего дереворежущего инструмента.
  • Фреза многофункциональная. 
Предназначена для обработки нескольких профильных поверхностей одной фрезой на заготовках из древесины и древесных материалов. Фреза оснащена четырьмя съемными режущими элементами, которые представляют собой полые вставки с цилиндрическим хвостовиком и кольцевой режущей кромкой на торце. Боковые поверхности вставок при повороте на 90° спланированы в виде плоской поверхности, по радиусу, с двумя радиусными углублениями, с угловой режущей кромкой, тем самым обеспечивая обработку одним комплектом вставок четырех профильных поверхностей. Свободное удаление стружки через полый режущий элемент снижает силовые параметры процесса резания.
 
 
  • Фреза с облегченным корпусом.

Фреза предназначена для обработки плоских поверхностей заготовок из древесины и древесных материалов. Корпус фрезы представляет собой коробчатое сечение квадратной или прямоугольной формы торцы которого заточены и образуют режущий клин. На боковых поверхностях просверлены посадочные отверстия. Фреза может быть оснащена сменными режущими пластинами с механическим креплением.Особенностью конструкции является то, что стружка из зоны резания удаляется через корпус в «свободном» падении, что благоприятствует снижению силовых параметров резания.

 

 

  • Фреза радиусная.

Фреза сконструирована в первую очередь для обработки радиусных пазов больших размеров на заготовках из древесины и других конструкционных материалов небольшой прочности. Инструмент спроектирован по принципу совмещения радиусного режущего элемента с несущей способностью корпуса. Корпус фрезы представляет собой кольцо с посадочным отверстием перпендикулярным боковой поверхности, режущей радиусной кромки на торце кольца и скосом противоположного торца. Особенностью конструкции является удаление стружки из зоны стружкообразования в «свободном падении», что положительно влияет на уменьшение силовых параметров резания.Разновидность конструкции - корпус может иметь прямоугольное, коробчатое сечение, в том числе оснащенными съемными твердосплавными пластинами. 

 

  • Фреза с регулируемыми угловыми параметрами

Фреза предназначена для изучения влияния угловых параметров резания на силовые показатели. Фреза имеет реечный корпус на торцах открытые цилиндрические отверстия в которые вставляют цилиндрические вставки с продольными пазами для установки сменных режущих пластин, а фиксация осуществляется стяжными болтами благодаря наличию системы прорезей в корпусе. Путем поворота цилиндрических вставок регулируется соотношение величин переднего и заднего углов. Конструкция фрезы характеризуется небольшой металлоемкостью.

 

 

 

В 2017 г. кафедрой выполняются следующие
научно-исследовательские работы
 
 

   

   Задание 3.2.03 ГПНИ «Физическое материаловедение, новые материалы и технологии», подпрограммы «Материалы в технике» «Разработка составов и способов получения графитизирующих модификаторов длительного действия с использованием наноуглеродных компонентов для повышения эксплуатационных свойств изделий из чугуна».

      Научный руководитель –  к.т.н., доцент Д.В. Куис

      Краткое описание работы

 

   

 

    Задание 2.4.07 ГПНИ «Механика, металлургия, диагностика в машиностроении», подпрограммы «Металлургия» «Исследование контактной выносливости сталей ледебуритного класса с градиентом свойств по сечению для инструментальной и технологической оснастки, работающей в условиях пульсирующего нагружения при обработке металлов давлением в металлургическом производстве»

      Научный руководитель к.т.н., доцент Д.В. Куис

     Краткое описание проекта

 

   

   Задание 2.38 ГПНИ «Физическое материаловедение, новые материалы и технологии», подпрограмма «Наноматериалы и физическое материаловедение, новые материалы и технологии» «Разработка теоретических и технологических основ формирования газотермических композиционных функциональных покрытий с применением наноуглеродных компонентов»

 

      Научный руководитель –  к.т.н., доцент Д.В. Куис

     Краткое описание работы

 

   

    Задание 4.1.15 ГПНИ «Физическое материаловедение, новые материалы и технологии», подпрограммы «Плазменные и пучковые технологии» «Исследование закономерностей формирования и разработка технологических основ осаждения многокомпонентных наноструктурных покрытий в условиях бомбардировки потоком низкоэнергетичных ионов газов на деревообрабатывающий инструмент и теплонагруженные детали машин»

 

       Научный руководитель –  к.т.н., доцент Д.В. Куис

       Краткое описание работы

 

     Задание 2.51 ГПНИ «Физическое материаловедение, новые материалы и технологии», подпрограммы «Наноматериалы и физическое материаловедение, новые материалы и технологии» «Разработка консолидированных наноструктурных композиционных материалов на основе сверхтвердых фаз углерода и нитрида бора и создание на их базе режущего и формообразующего инструмента повышенной стойкости, обеспечивающего улучшение функциональных характеристик изделий общего и точного машиностроения»

 

       Научный руководитель –  д.т.н., профессор Н.А. Свидунович

       Краткое описание работы

   Задание 3.4.02 ГПНИ «Физическое материаловедение, новые материалы и технологии», подпрограммы «Материалы в технике» «Разработка комбинированных ресурсосберегающих технологий, в том числе аддитивных, изготовления и поверхностного модифицирования деталей машиностроения, наземного транспорта и сельскохозяйственной техники с использованием электронно-ионно-плазменной обработки»

 

     Научный руководитель –  вед. науч. сотр., к.т.н. С.И. Карпович

     Краткое описание работы

   Задание 3.4.19 ГПНИ «Физическое материаловедение, новые материалы и технологии», подпрограммы «Материалы в технике» «Исследование влияния режимов нанесения пленочных покрытий на микроструктуру переходной зоны и ее влияние на износостойкость в зависимости от химического состава, свойств, величины и знака напряжений на контактной поверхности, применительно к условиям работы режущего инструмента»

 

  Научный руководитель –  вед. науч. сотр., к.т.н. С.И. Карпович

  Краткое описание работы

 Задание 2.3.04 ГПНИ «Механика, металлургия, диагностика в машиностроении», подпрограммы «Металлургия» «Повышение стойкости деталей технологической оснастки литейно-штамповочного оборудования (пресс-форм, кокилей, штампов) электрофрикционным плакированием функциональными покрытиями; а также эксплуатационного ресурса зубчатых передач трансмиссий лесных машин за счет поверхностного термодиффузионного упрочнения».

 

  Научный руководитель –  к.т.н., доцент С. Е. Бельский

 

Задание 2.3.02 ГПНИ «Механика, металлургия и  диагностика в машиностроении», подпрограммы «Металлургия» «Разработка технологических процессов поверхностного упрочнения и термообработки штамповой оснастки и рубильных ножей, обеспечивающих повышение их эксплуатационной стойкости».

 

  Научный руководитель –  к.т.н., доцент С. Е. Бельский

 

Задание 1.09 ГПНИ «Механика, металлургия, диагностика в машиностроении», подпрограмма «Механика» «Разработка методов обеспечения ресурсных параметров наукоемких компонентов механических, гидравлических и мехатронных систем на основе создания и применения новых композиционных материалов, покрытий и технологий модификации поверхностей, методологии экспертной оценки прогнозируемых и экспресс-анализа полученных свойств материалов».

  Научный руководитель –  к.т.н., доцент С. Е. Бельский

 

 

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter