CC BY
28
организатор - он умеет совместить в работе, казалось бы, несовместимые свойства, такие как твердость и гибкость, мечтательность и реализм, дружелюбие и умение держать дистанцию, наконец, серьезность и чувство юмора. Таким представляется лидер научной школы, и вокруг него формируется коллектив ученых, в составе которого опытнейшие профессора, доценты, докторанты, аспиранты и магистры.
В. И. Большаков - настоящий представитель современной инженерной элиты Украины. Его деятельность не ограничивается сугубо профессиональными горизонтами ученого-материаловеда. Он - активный коллекционер (филокартия, нумизматика, филателия, искусствоведческая литература). Кроме того, В. И. Большаков - известный краевед, один из авторов нескольких популярных разнотематических изданий, посвященных истории Екатеринослава-Днепропетровска.
Сегодня в академии, используя достижения и традиции школы К. Ф. Стародубова, под руководством В. И. Большакова ведутся новые современные научные разработки, пишутся кандидатские и докторские диссертации. Плодотворно трудятся над решением задач разработки структур материалов докторанты Д. Лаухин, В. Мартыненко, Н. Шпирько, соискатель О. Узлов, аспиранты Н. Ротт, А. Рязанова, Д. Зотов, В. Куксенко, А. Маковская, А. Чайковская.
Автор составитель - Т. А. Шпаковская
При подготовке статьи использованы рукописные материалы, любезно предоставленные проф., д. т. н. В. И. Большаковым, проф., к. т. н. В. И. Харченко, доц., к. т. н. О. В. Узловым, доц., к. т. н. Е. А. Тимошенко, а также материал из книг: Владимир Иванович Большаков / Сост. Е. А. Тимошенко, вс. ст. акад. НАН Украины Л. М. Лобанова. - Д. : Днепр-УЛЬ, 2008. -262 с., Школы в науке / Под редакцией С. Р. Микулинского, М. Г. Ярошевского, Г. Крёбера, Г. Штейнера. - М. : Наука, 1977. - 522 с.
УДК 669
ДИНАМИКА РАЗВИТИЯ КАФЕДРЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ПРИДНЕПРОВСКОЙ ГОСУДАРСТВЕНОЙ АКАДЕМИИ СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ
В. И. Большаков д. т. н., проф.
Научно-исследовательская деятельность - неотъемлемая часть работы профессорско-преподавательского состава любого вуза. В этом аспекте преподавателями кафедры материаловедения и обработки материалов Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры курируется несколько научных направлений, связанных с актуальными проблемами современного материаловедения. Финансирование научно-исследовательских работ производится как за счет госбюджетных, так и за счет хоздоговорных средств. На рисунке 1 приведена диаграмма распределения средств, поступающих на финансирование научно-исследовательской деятельности профессорско-преподавательского состава кафедры.
□ Бюджетные средства □ Хоздоговорные средства
Рис. 1. Соотношение источников финансирования (в грн.) в 2008 г.
Как следует из данной диаграммы, основными средствами финансирования являются хоздоговорные работы, проводимые сотрудниками кафедры. Необходимо отметить, что общий объем финансирования научно-исследовательской деятельности кафедры составил в 2008 году 228 018 грн.
Актуальные темы, исследуемые профессорами и доцентами кафедры, можно разделить на несколько направлений. Одним из них является разработка нормативной базы по использованию малоуглеродистых низколегированных сталей повышенной и высокой прочности, произведенных по технологии контролируемой прокатки, при изготовлении строительных металлических конструкций ответственного назначения. Для выполнения данной задачи сотрудниками кафедры проводится комплекс работ, в том числе и в промышленных условиях, направленный на усовершенствование технологии контролируемой прокатки, и, как следствие, повышение комплекса эксплуатационных свойств готового проката. В результате проведенных исследований разработаны рекомендации по изменению схемы деформации и последующего охлаждения, использованные при разработке технологии производства толстого листа из стали 10Г2ФБ в условиях ОАО ММК им. Ильича. Прокатка по предложенной технологии (использование дробности деформации и последующего регулируемого охлаждения) позволила сформировать в металле развитую зеренную и субзеренную структуру феррита и перлита, которая отличается дроблением перлитной составляющей и повышением механических свойств готового проката, особенно ударной вязкости при низких температурах.
Необходимо отметить, что данные исследования проводились с использованием электронной микроскопии, что позволило установить основные закономерности формирования структуры металла на наноуровне. В частности, было установлено, что основными релаксационными процессами, которые проходят в металле при многократной горячей деформации, являются динамическая полигонизация и частичная рекристаллизация, которые связаны с миграцией большеугловых границ на малые расстояния. Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что в аустените после горячей деформации некоторый промежуток времени существует субструктура в виде полигональных малоугловых границ, которая является базой для гетерогенного зарождения доэвтектоидного феррита, что приведет к повышению как прочностных, так и пластических свойств готового проката.
Проектирование зданий и сооружений, каркас которых состоит из металлоконструкций, невозможно без расчета экономической эффективности использования тех или иных типов металлопроката или формы, размеров и сечений применяемых конструкций. Сотрудниками кафедры был выполнен расчет экономических показателей и экономического эффекта, который можно получить при внедрении профильных труб прямоугольного и квадратного сечений взамен типовых конструкций.
Замена типовой конструкции изготовленной, из двух швеллеров № 18 (180^70 мм, толщина стенки 8,7 мм, длина 3,5 м, материал - сталь СтЗпс) на одну профильную трубу прямоугольного сечения (180^140 мм, толщина стенки 8,5 мм, длина 3,5 м, материал - сталь 09Г2С) привело к снижению стоимости конструкции на 16 %.
Несмотря на тенденцию увеличения использования металлоконструкций в строительстве, на сегодняшний момент основным материалов при возведении зданий и сооружений является железобетон. Для определения возможности использования железобетонных конструкций в тех или иных условиях необходимо иметь информацию о свойствах арматуры, которые нормируются действующей документацией. Сотрудниками кафедры проводился комплекс работ, направленный на определение конструкционной прочности арматурной стали 25Г2С класса А600С при различных схемах нагрузки и температурах испытаний.
Результаты проведенных исследований показали, что при испытании натурных образцов на растяжение при отрицательных температурах арматурные стержни из стали 25Г2С имеют прогнозируемые техническими условиями и стандартами значения механических свойств. Наличие концентратора напряжений на продольном ребре арматурного стержня не приводит к значительному разбегу абсолютных значений показателей прочностных свойств термомеханически упрочненной стали. Стержни разрушались вязко не по концентраторам напряжений.
Необходимо отметить, что круг задач, связанных с определением качественных характеристик материалов, постоянно разширяется. В этом аспекте сотрудниками кафедры ведутся работы, направленные на получени математических моделей (с использованием терминологии фрактальной математики и теории вероятностей) взаимосвязи между
химическим составом, структурой и комплексом механических свойств металла, которые позволили бы с использованием персональных ЭВМ прогнозировать уровень свойств металлопроката.
Одной из актуальных проблем современного материаловедения является повышение изностойкости разнообразных деталей машиностроительного и металлургического оборудования. В этом направлении преподавателями кафедры ведутся работы, связанные с ударно-абразивным изнашиванием марганцовистых чугунов. В ходе проведения исследований установлено, что выделения из пересыщенного аустенита излишних карбидных фаз можно объяснить как диффузионным, так и дрейфовым механизмом. На основе сравнительного анализа интенсивности линий (111)у и (311)у фазы в исходном и обработанном чугуне было определено количество остаточного аустенита, что позволило установить степень превращения у-фазы в а-фазу во время ударно-абразивного изнашивания. Анализ полученных результатов показал, что во время ударно-абразивного изнашивания в поверхностных слоях марганцовистых чугунов протекают фазовые превращения, которые сопровождаются формированием твердых дисперсных фаз. Этим можно объяснить более высокую изностойкость марганцовистых чугунов (в работе сравнивался чугун 220Г11Х2ТЛ и закаленная сталь 110Г13Л).
Наряду с проблемами изностойкости деталей машиностроительного и металлургического оборудования не меньшее значение имеет повышение работоспособности авиационных двигателей, которое возможно за счет разработки новых высокоэффективных теплозащитных покрытий. Для решения данной задачи сотрудниками кафедры предложены различные системы газотермического напыления деталей и узлов авиационных двигателей. В процессе многолетнего сотрудничества с ведущим конструкторским бюро Украины и России по разработке авиационных двигателей (КБ «Прогресс», г. Запорожье) было установлено, что работоспособность деталей и узлов авиационных двигателей зависит от способности противостоять действующим нагрузкам, выдерживать термическое и коррозионное влияние высокотемпературного газового потока. Практика использования газотермического напыления показала, что процесс напыления образцов в значительной мере зависит от размеров и формы частиц порошка. Более эффективными в качестве покрытия для деталей и узлов авиационных двигателей оказались порошки, частицы которых имеют округлую или сфероидальную форму, например частицы порошка двуокиси циркония, которые содержащие никель.
В ходе выполнения совместных работ с КБ «Прогресс» были проведены экспериментальные исследования, направленные на усовершенствование эффективности плакирования порошков диоксида циркония, никель-алюминиевых и т. д. ионно-вакуумным методом. На основе проведенного комплекса исследований был предложен четырехслойный состав защитного покрытия для повышения работоспособности проставок турбовинтового двигателя.
Одним из перспективных направлений развития современного материаловедения является исследование наноматериалов и наночастиц. Используя математический и физический аппарат квантовой механики и нелинейной оптики, возможно разработать модели, позволяющие оценить влияние частиц на свойства материалов, в том числе и биологических. На кафедре материаловедения и обработки материалов ведутся работы по построению подобных моделей. Например, была проведена теоретическая оценка возможности эффективного изменения оптических свойств рогового слоя человеческой кожи путем внедрения наночастиц ТЮ2 для максимального ослабления ультрафиолетового солнечного излучения. Выполненны квантово-химические расчеты электронных спектров поглощения молекулы ТЮ2 на двух уровнях теории: Хартри - Фока и функциональной плотности. На основе построенной модели проведены эксперименты, которые подтвердили перспективность использования наночастиц в качестве эффективного экрана от вредного воздействия на кожу человека солнечного ультрафиолетового излучения.
Подготовка научно-педагогической смены является одной из основных задач кафедры материаловедения и обработки материалов. На рисунке 2 приведены диаграммы, иллюстрирующие работу докторантуры и аспирантуры по кафедре за последние пять лет.
1,2
0,8
0,6
0,4
0,2
2004
2005
2006
2007
2008
□ Количество поступивших □ Количество выпускников
а
3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
1
h h h h
2004 2005 2006 2007 2008
□ Количество поступивших □ Количество выпускников б
Рис. 2. Диаграммы, иллюстрирующие работу докторантуры (а) и аспирантуры (б) по кафедре материаловедения и обработки материалов
Анализ данных, приведенных на рисунке 2, свидетельствует о заинтересованности молодых специалистов актуальными направлениями, которыми занимается профессорско-преподавательский состав кафедры. Необходимо отметить, что в 2008 году Г. Д. Сухомлином была защищена докторская диссертация, посвященная актуальным проблемам конструирования структур и субструктур сплавов на основе железа на наноуровне. В настоящий момент на кафедре Д. В. Лаухиным ведется подготовка к защите докторской диссертации, посвященной проблемам разработки структуры материалов.
Необходимо отметить, что работы специалистов кафедры были опубликованы во многих зарубежных научных журналах. Это позволило сотрудникам кафедры начать международную деятельность, которая с каждым годом активно развивается. Так, например, конференция «Стародубовские чтения», одним из организаторов которой является кафедра материаловедения и обработки материалов, в последние несколько лет приобрела широкую мировую известность, и для участия в ней прибывают специалисты-материаловеды из стран ближнего и дальнего зарубежья (Россия, Белоруссия, Азербайджан, Германия, Франция и т. д.). Вместе с тем, сотрудники кафедры принимают участие в международных конференциях, которые проходят за территорией Украины: ежегодный польско-украинский семинар "Theoretical Foundation of Civil Engineering" (Польша), XVI международная научная конференция "Metal 2007" (Чеxiя), 59-я международная конференция "Freiberger Forschungsforum BHT 2008" (Германия), шведско-украинский семинар "Materials & Energy: Key Factors for the Sustainable Development" (Швеция) и т. д.
Активное развитие международных отношений привело к тому, что сотрудники и молодые специалисты кафедры активно приглашаются зарубежными вузами для прохождения стажировок в рамках действующих в Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры международных проектов. К университетам с которыми кафедра поддерживает активные международные отношения, относятся крупнейшие вузы Европы: INSA de Lyon (Франция), KTH (Швеция), TU Bergakademie (Германия), INSA de Rouen (Франция).
0
Рис. 3. Каферда материаловедения и обработки материалов (2D1D г.)
