Лаборатория физики упрочнения пове...

Лаборатория физики упрочнения поверхности

Руководитель

Филиппов Андрей Владимирович

кандидат технических наук
Email: avf@ispms.ru
Тел.: 8(382-2)286-970



Краткая историческая справка о подразделении

Лаборатория физики упрочнения поверхности была организована по предложению академика В.Е. Панина в 1989 году на базе лаборатории высокопрочных сталей и сплавов, которой с 1987 года руководил А.В. Колубаев. За время существования ЛФУП сотрудниками опубликовано 5 монографий (в соавторстве), более 300 работ в рецензируемых журналах и трудах научных конференций, получено 3 авторских свидетельства и 6 патентов на изобретения, присуждена премия имени академика В.А. Коптюга (в составе коллектива) за цикл работ "Физическая мезомеханика и новые представления о контактном разрушении градиентных материалов; разработка технологий поверхностной инженерии материалов и конструкций".

Области исследований, направления фундаментальных исследований

Материаловедение, физика трения и изнашивания структурно неоднородных материалов, в том числе, поверхностно упрочненных, изучение природы локализации пластической деформации в поверхностных слоях твердых тел при трении, научные основы формирования сварных соединений при сварке трением с перемешиванием и лазерной сварке, исследование структурообразования металлических материалов, полученных аддитивными технологиями.

Задачи, решаемые в рамках этих направлений

1. Изучение взаимосвязи фазового состава, структуры металлических материалов, характера пластической деформации поверхностного слоя и параметров прочности в условиях трения скольжения при экстремальных внешних воздействиях.

2. Исследование спектральных характеристик сигналов акустической эмиссии и морфологии контактирующих поверхностей упруго-пластических сплавов в условиях перехода трибологической системы индентор-образец к вибрационному режиму трибоконтактирования

3. Исследование кристаллографических механизмов формирования макроскопических складчатых структур и градиентной деформационной структуры на монокристаллических образцах с различной величиной энергии дефекта упаковки в условиях трения скольжения

4. Исследование структурных изменений и механизмов изнашивания в анизотропных материалах, полученных аддитивными технологиями

5. Изучение влияния основных технологических параметров сварки трением с перемешиванием и лазерной сварки на структуру и механические свойства сварных соединений алюминиевых сплавов.

Лаборатория физики упрочнения поверхности

Состав подразделения
Общая численность 10 человек, в том числе
докторов наук - 3
кандидатов наук - 5
молодых научных сотрудников (до 33 лет) - 2

Список штатных сотрудников

Колубаев Александр Викторович, г.н.с., д.ф.-м.н, профессор, kav@ispms.ru
Сизова Ольга Владимировна, г.н.с., д.т.н., профессор, ovs@ispms.ru
Тарасов Сергей Юльевич, г.н.с., д.т.н., tsy@ispms.ru
Фадин Виктор Вениаминович, с.н.с., д.т.н.,
Алеутдинова Марина Ивановна, н.с., к.т.н., aleut@ispms.ru
Фортуна Сергей Валерьевич, с.н.с, к.ф.-м.н, sfortuna@ispms.ru
Новицкая Ольга Сергеевна, м.н.с., к.ф.-м.н., Nos@ispms.ru
Семенчук Наталья, м.н.с.
Никонов Сергей Юрьевич, ведущий инженер

Важнейшие научные результаты

Эксперимент

1. Исследовано влияние ультразвука на пластическое течение и структурообразование металлов в зоне интенсивного фрикционного контакта. Показано, что использованное ультразвуковое воздействие обеспечивает равномерное распределение амплитуд скоростей вибрации по длине и по ширине свариваемых пластин без заметного затухания. Обнаружено, что ультразвуковое воздействие приводит к уменьшению среднего размера зерен в алюминиевом сплаве В-1469 и увеличивает долю зерен твердого раствора с кубической текстурой рекристаллизации. Выявлен эффект искусственного старения в сплаве под действием ультразвука, который выражается в предпочтительном выделении полукогерентной дисперсной фазы за счет некогерентной. Обнаруженный эффект позволяет управлять структурообразованием ультрадисперсных материалов, получаемых методом интенсивной пластической деформации.

2. Проведены систематические исследования физико-механических и триботехнических свойств функциональных материалов в различных структурных состояниях, позволившие установить общие закономерности формирования структуры поверхностного слоя при трении. Предложена концепция образования поверхностных слоев трения как результата локализации внешнего напряжения и температуры вследствие экспоненциального затухания динамических возбуждений, которые возникают либо в результате адгезионного, либо стохастического взаимодействий микронеоднородностей сопряженных поверхностей. Обоснован механизм формирования фрагментов микроструктуры в поверхностном слое.

3. В одномерной макроскопической модели на основе метода частиц исследовано влияние толщины твердого покрытия и размера пятна контакта на развитие пластической деформации в материале для различных скоростей скольжения. Установлена корреляция между величиной пластической деформации на границе трибосопряжения, толщиной пластифицированного слоя материала под покрытием и физико-механическими свойствами градиентного материала. Выявлен нестационарный временной и пространственный характер развития пластического сдвига, обусловленный выделением тепла в поверхностном слое материала, вследствие интенсивной пластической деформации при трении с высокими нагрузками.

4. Разработаны макрогетерогенные композиционные материалы на основе железа и меди с высокой электропроводностью, теплопроводностью, несущей способностью и прочностью. Проведены исследования деформации и разрушения металлических композиционных материалов в условиях трения скольжения с наложением электрического поля. Установлены закономерности разрушения поверхности трения и изменения структуры материалов контактной зоны при повышенной плотности тока (более 100 А/см2).

Проекты, гранты, договора

Программа фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы, направление III.23.

Проект Министерства образования и науки РФ (договор № 02.G25.31.0063) в рамках реализации Постановления Правительства РФ № 218.

Участие в выполнении проекта ФЦП 14.607.21.0190.

Грант РФФИ 16-48-700652_сибирь "Роль механизмов сверхинтенсивных пластических деформаций в структурообразовании объемных ультрамелкозернистых кристаллических материалов с повышенными прочностными характеристиками в условиях термоактивируемого механического перемешивания."

Грант РФФИ 16-48-700434 р_а " Особенности разрушения поверхностного слоя металлических материалов в условиях скольжения по медному контртелу с экстремально высокой контактной плотностью электрического тока.

Важнейшие публикации

1. S.Yu. Tarasov, D.V. Lychagin, A.V. Chumaevski. Orientation dependence of subsurface deformation in dry sliding wear of Cu single crystals. Applied Surface Science, v.274C, (2013) 22-26.

2. S.F. Gnyusov, S.Yu. Tarasov. Structural phase states and heat aging of composite electron-beam clad coatings Surface & Coatings Technology 232 (2013) 775-783

3. S.Yu. Tarasov, V.E. Rubtsov, E.A. Kolubaev. A proposed diffusion-controlled wear mechanism of alloy steel friction stir welding (FSW) tools used on an aluminum alloy. Wear 318 (2014), 130-134.

4. S.F. Gnyusov, S.Yu. Tarasov. The microstructural aspects of abrasive wear resistance in composite electron beam clad coatings. Applied Surface Science 293 (2014) 318- 325.

5. D.V. Lychagin, S.Yu Tarasov., A.V. Chumaevskii, E.A. Alferova. Macrosegmentation and strain hardening stages in copper single crystals under compression. Intl. Journ. of Plasticity 69 (2015) 36-53.

6. V.P. Kuznetsov, S.Yu. Tarasov, A.I. Dmitriev. Nanostructuring burnishing and subsurface shear instability, Journal of Materials Processing Technology 217 (2015) 327-335.

7. D.V. Lychagin, S. Yu. Tarasov, A.V. Chumaevskii, E.A. Alfyorova. Strain-induced folding on [1¯1¯1]-copper single crystals under uniaxial compression, Applied Surface Science 371 (2016) 547-561.

8. V.P. Kuznetsov, I.Yu. Smolin, A.I. Dmitriev, S.Yu. Tarasov, V.G. Gorgots Toward control of subsurface strain accumulation in nanostructuring burnishing on thermostrengthened steel. Surface & Coatings Technology 285 (2016) 171-178.

9. S.Yu. Tarasov, A.V. Filippov, E.A. Kolubaev, T.A. Kalashnikova. Adhesion transfer in sliding a steel ball against an aluminum alloy // Tribology International 115 (2017) 191-198.

10. Filippov AV, Nikonov AY, Rubtsov VE, Dmitriev AI, Tarasov SY. Vibration and acoustic emission monitoring the stability of peakless tool turning: Experiment and modeling // J Mater Process Technol 2017; 246:224-34.

11. AV Filippov, VE Rubtsov, SY Tarasov. Acoustic emission study of surface deterioration in tribocontacting // Appl Acoust 2017;117:106-12.

12. S.Y. Tarasov, V.E. Rubtsov, S.V. Fortuna, et al. Ultrasonic-assisted aging in friction stir welding on Al-Cu-Li-Mg aluminum alloy. Welding in the World (2017) 1-12. doi:10.1007/s40194-017-0447-8

13. A.S. Degterev, S.F. Gnyusov, S.Yu. Tarasov Structural modification in a re-heated bead-overlapping zone of the multiple-pass plasma-transferred arc Fe-Cr-V-Mo-C coating/ Surface & Coatings Technology 329 (2017) 272-280

14. A. V. Filippov, V. E. Rubtsov, S. Yu. Tarasov, O. A. Podgornykh, N. N. Shamarin Detecting transition to chatter mode in peakless tool turning by monitoring vibration and acoustic emission signals. Int J Adv Manuf Technol (2018) 95:157-169/ doi:/10.1007/s00170

15. A.V. Filippov, S.Yu. Tarasov, S.V. Fortuna, O.A. Podgornykh, N.N. Shamarin, V.E. Rubtsov Microstructural, mechanical and acoustic emission-assisted wear characterization of equal channel angular pressed (ECAP) low stacking fault energy brass. Tribology International, (2018) 123, 273-285 DOI10.1016/j.triboint.2018.03.023

16. M.I. Aleutdinova, V.V. Fadin, A.V. Kolubaev, V.A. Aleutdinova Contact Characteristics of Metallic Materials in Conditions of Heavy Loading by Friction or by Electric Current// Friction and Wear Research (FWR) , 2014, Vol.2, pp.22-28.

17. V. V. Fadin, M.I. Aleutdinova, A.V. Kolubaev Structural changes in the surface layer of carbon steels under friction and current loading in air and in liquid media//Russian Physics Journal, Vol.57, No. 9, January, 2015, pp/1278-1282

18. V.V. Fadin and M. I. Aleutdinova Wear Resistance of Carbon Steels and Structure Parameters of Their Surface Layer After High Current Density Sliding// Russian Physics Journal, Vol.58, Iss. 12, April, 2016, pp.1726-1731

19. M. I. Aleutdinova, V. V. Fadin, V.E. Rubtsov Steel in Translation, Dry slipping steel-steel contact at high current density 47(1):17-20 · January 2017

20. V. V. Fadin, M. I. Aleutdinova, A. I. Potekaev, and O. A. Kulikova The surface layer states in metallic materials subjected to dry sliding and electric current. Russian Physics Journal, 2017, Volume 60, Issue. 5, pp.908-914

21. D.V. Lychagin, A.V. Filippov, O.S. Novitskaia, Y.I. Chumlyakov, E.A. Kolubaev, O.V. Sizova. Friction-iduced slip band relief of Hadfield steel single crystal for multiple slip deformation // Wear. - 2017. - V. 374-375. - С. 5-14.

22. A. Kolubaev, E. Kolubaev, O. Sizova, A. Zaikina, V. Rubtsov, S.Y. Tarasov, P.A. Vasiliev. General regularities of the microstructure formation during friction stir welding and sliding friction // Journal of friction and wear. - 2015. - №2. - С.127-131.

23. D.V. Lychagin, A.V. Filippov, E.A. Kolubaev, O.S. Novitskaia, Y.I. Chumlyakov, A.V. Kolubaev. Dry sliding of Hadfield steel single crystal oriented to deformation by slip and twinning // Tribology International. - 2018. - V. 119. - P. 1-18

Список патентов

  1. Патент на изобретение № 2506334 Спеченный материал для сильноточного скользящего контакта. В.В.Фадин, М.И. Алеутдинова, С.С. Борисов, Н.И. Кузнецова Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 10.02.2014 г.
  2. Патент на полезную модель № 144470 Устройство для электролитического нанесения покрытия на металлическую поверхность контртела с помощью скользящего контакта. В.В. Фадин, М.И. Алеутдинова, Н.И. Кузнецова, В.П. Кривопалов, С.А. Журавлев Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 17.07.2014 г.
  3. Патент на изобретение № 2536107 Способ определения коэффициента трения в скользящем электроконтакте без смазки и устройство для его осуществления. В.В. Фадин, М.И. Алеутдинова, Н.И. Кузнецова, С.С. Борисов, В.П. Кривопалов, А.Г. Иванчин. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 21.10.2014 г.
  4. Патент RU №87800 U1 на полезную модель «Устройство для визуализации подповерх-ностных зон локализации деформации образца материала» / С.Ю. Тарасов, А.В. Колубаев, В.Е. Рубцов. - Опубликовано БИ №29. 2009
  5. Патент RU №87800 U1 на полезную модель «Устройство для визуализации подповерх-ностных зон локализации деформации образца материала» / С.Ю. Тарасов, А.В. Колубаев, В.Е. Рубцов. - Опубликовано БИ №29. 2009
  6. Патент №156049 РФ, МПК G 01 N 27/00. Сканер вихретокового контроля / Костиков К.С., Выгонский В.И., Колубаев Е.А., Рубцов В.Е. [и др.]; патентообладатели ОАО «РКК «Энергия», ФГАОУ ВО НИ ТПУ, ИФПМ СО РАН. - № 2014153382/28; заявл. 29.12.14; опубл. 21.10.15, Бюл. №30. 2 с.
  7. Свидетельство о гос. регистрации прогр. для ЭВМ №2015619194 РФ. Программное обеспечение обработки результатов контроля качества соединений, полученных сваркой трением с перемешиванием / Дмитриев А.В., Жуков Л.Л., Рубцов В.Е., Псахье С.Г., Колубаев Е.А., Чернявский А.Г.; правообладатели ОАО «РКК «Энергия», ФГАОУ ВО НИ ТПУ, ИФПМ СО РАН. - № 2015612302; заявл. 23.03.15; опубл. 20.09.15, Реестр программ для ЭВМ. - 1 с.

Ресурсы
- Рентгенофлюоресцентный анализатор S4 PIONEER производства фирмы BRUCKER (Германия), позволяющий определять элементный состав твердых и порошковых материалов неорганической природы с точностью 1г/тонна.
- Универсальная испытательная машина УМТ-3 для исследования процессов трения и изнашивания

Официальное признание
Премия имени академика В.А. Коптюга 2002 года (в составе коллектива) за цикл работ «Физическая мезомеханика и новые представления о контактном разрушении градиентных материалов; разработка технологий поверхностной инженерии материалов и конструкций» (учреждена СО РАН и НАН Беларуси).

Связь с вузами
Педагогическая деятельность сотрудников
Колубаев А.В. и Сизова О.В. преподают на кафедре физики высоких технологий в машиностроении Томского политехнического университета;
Алеутдинова М.И. является старшим преподавателем Северской государственной технологической академии, ведет лекционные и практические занятия, курсовое проектирование по курсу «Прикладная механика».

  • Курс основы трибологии для магистрантов ТПУ . На основе современных представлений механики ознакомление с процессом трения, который вызван взаимодействием сопряженных поверхностей твердых тел при относительном перемещении
  • Получение необходимых сведений о триботехнических материалах (конструкционных и смазочных) и рациональных технологиях получения износостойких, антифрикционных и фрикционных покрытий и модифицированных поверхностных слоев на различных элементах узлов трения
  • Изучение основных методов расчета сил, моментов и величин коэффициентов трения, а также методов оценки интенсивности изнашивания твердых тел при различных видах трения
  • Ознакомление с основными методиками триботехнических испытаний и методами моделирования триботехнических процессов

Назад