Уфимская научная школа по технологии модифицирования, упрочнения и защиты поверхности деталей авиационных двигателей

Научная школа в Уфимском авиационном институте (ныне Уфимский государст­венный авиационный технический университет) зарождалась в шестидесятые годы прошлого столетия, когда аспиранты ее основателя д.т.н., проф. Макарова А.Д., изу­чая физико-механические и химические явления в зоне контакта инструмент - де­таль, установили, что эти явления, с одной стороны, определяют интенсивность из­носа инструмента, а с другой - приводят к кардинальным изменениям свойств ме­талла поверхностного слоя детали. В своем развитии она прошла путь от изучения закономерностей изменения шероховатости, наклепа, технологических напряжений до раскрытия причинно-следственных связей технологии с прочностными и пласти­ческими свойствами, изменением химического и структурно-фазового состава, мо­дуля упругости, коэффициента термического расширения, подповерхностным разру­шением и др. В широком диапазоне эксплуатационных условий (температура, напря­жение, среда, ресурс) найдены и аналитически описаны «температурно-ресурсные» зоны работоспособности материала в зависимости от технологии обработки.

Исследования развивались не только и не столько в направлении раскрытия за­кономерностей износа инструмента, сколько в направлении оценки физико-механи­ческих и химических свойств поверхностного слоя и эксплуатационных свойств де­талей машин. В этом направлении, наряду с многочисленными кандидатскими дис­сертациями, в 1975 г. B.C. Мухиным в Московском авиационном институте была за­щищена докторская диссертация на тему «Качество поверхностного слоя при меха­нической обработке жаропрочных сплавов и влияние его на эксплуатационные свойства материалов и деталей авиационных двигателей». В диссертации, примени­тельно к жаропрочным сплавам с интерметаллидным упрочнением, раскрыт дисло­кационный механизм пластической деформации, упрочнения, повреждаемости и разрушения, определяемый температурно-скоростными условиями технологичес­кого воздействия. Раскрыт механизм изменения химического и структурно-фазово­го состава металла поверхностного слоя в процессе механической обработки. Уста­новлено, что в условиях высоких контактных температур, давлений, скоростей деформации создается физический контакт между инструментом и получаемой по­верхностью. Последнее обстоятельство приводит к протеканию диффузионных процессов, растворению фаз, химическим реакциям с образованием новых фаз в металле поверхностного слоя. Вследствие этого меняются прочностные, пластиче­ские и упругие свойства металла.

В развитие этого направления В 1994 г. доцентом A.M. Смысловым в Уфимском государственном авиацион­ном техническом университете (УГАТУ) была защищена докторская диссертация на тему «Комбинированные технологии на базе ионно-имплантационного модифици­рования поверхности, обеспечивающие повышение ресурса и надежности лопаток компрессора и турбины ГТД». Впервые в отечественной науке и практике показано, что ионной имплантацией специальных веществ в поверхность деталей достигают­ся кардинальные изменения (повышение) усталостной прочности материала. Число циклов до разрушения натурных деталей газотурбинных двигателей (ГТД) увеличи­вается в десятки раз. Имплантация веществ из группы лантаноидов в поверхность деталей ГТД на никелевой основе значительно повышает окалиностойкость и жаро­прочность. Установлено, что после имплантации итербия в поверхность лопаток турбины в процессе их высокотемпературной эксплуатации, в поверхностном слое создаются защитные (барьерные) слои, препятствующие окислению поверхности и диффузии кислорода в глубь металла. В дальнейшем в области технологии авиадвигателестроения были защищены шесть докторских диссертаций и более двадцати кандидатских.

Успешные защиты докторских диссертаций позволили открыть докторский дис­сертационный совет по четырем специальностям:

- технологии машиностроения (05.02.08);

- технологии и оборудование механической и физико-технической обработки (05.03.01);

- металловедение и термическая обработка металлов (05.16.01);

- организация производства (промышленность, 05.02.22) (по техническим наукам).

Актуальность выполняемых исследований подтверждается тем, что они относят­ся к числу приоритетных направлений развития науки, технологий и техники РФ и перечню критических технологий РФ.

В 2000 - 2006 гг. Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ) и Департаментом фундаментальных и поисковых исследований Министерства промы­шленности, науки и технологий Российской Федерации коллектив ученых УГАТУ во главе с B.C. Мухиным признан как ведущая научная школа в области фундаменталь­ных исследований высоких технологий.

Научно-технической общественности России хорошо известны научные школы: Брянская (руководитель А.Г. Суслов), Воронежская (руководитель В.П. Смоленцев), Ижевская (руководитель Федоров Б.Ф.), научная школа МГТУ им. Н.Э. Баумана по технологической наследственности (руководитель А.И. Дальский), научная школа МАМИ (руководитель В.М. Смелянский), Рыбинская, Самарская, Тульская, Ульяновская, Челябинская и многие другие.