В Московском Политехе исследуют металл с памятью для гашения вибраций в станках

Исследование ведётся в рамках конкурса на получение грантов имени П.Л. Капицы для молодых учёных — постдоков Московского Политеха. Конкурс направлен на поддержку перспективных научных проектов, результаты которых соответствуют стратегическим направлениям развития университета. Научным руководителем проекта выступает кандидат технических наук Сергей Володько — специалист в области порошковой металлургии и функциональных металлических материалов.

«Сплавы на основе интерметаллида NiTi обладают особой кристаллической структурой, состоящей из двойникованных кристаллов мартенсита. Именно эта структура позволяет материалу эффективно рассеивать механическую энергию колебаний — в десятки раз лучше, чем традиционно применяемые в станкостроении сталь 40Х или твёрдые сплавы», — поясняет учёный.

Вибрация при механической обработке деталей — одна из ключевых проблем современного станкостроения. Она возникает при работе токарных, фрезерных и других металлообрабатывающих станков и не позволяет добиться высокого качества поверхности — особенно там, где требуется шероховатость нанометрового диапазона, критичная для оптических приборов и прецизионных систем. Сегодня проблему частично решают за счёт оптимизации режимов резания и программ обработки, однако применение специальных демпфирующих материалов непосредственно в конструкции станка остаётся в России практически неисследованным направлением. Потребность в таких материалах для создания высокоточных металлообрабатывающих комплексов подтвердили в МГТУ «СТАНКИН».

Исследовательская группа Московского Политеха сосредоточилась на порошковой металлургии как основном методе получения сплавов NiTi. В отличие от традиционного литья, технология позволяет создавать заготовки с контролируемой пористостью — от 0,5 до 45%, — что напрямую влияет на демпфирующие свойства и жёсткость материала. Учёные планируют систематически исследовать, как меняется способность сплава гасить колебания в зависимости от пористости, структуры и режимов термической обработки. Для синтеза порошков используется метод кальциетермии — технология, которую Сергей Володько отработал в рамках кандидатской диссертации и которая доказала свою эффективность для получения компактных заготовок NiTi с уровнем свойств, сопоставимым с литыми аналогами.

Практическая цель проекта — создание демпфирующих устройств для металлообрабатывающих станков: втулок, муфт, державок резца. Особенно востребованы подобные решения при обработке в труднодоступных местах деталей сложной формы с использованием длинномерных державок — именно там вибрация наиболее критична и сложнее всего поддаётся контролю традиционными методами. Актуальность исследования усиливается общей ситуацией в отрасли: развитие собственного производства высокоточных станков в России стало приоритетной задачей, а демпфирующие материалы — одним из ключевых элементов этого направления.

Помимо научной составляющей, проект включает образовательный блок на базе Московского Политеха: студенты по специальностям «технолог» и «инженер» будут участвовать в лабораторных исследованиях — от синтеза порошков до испытания готовых образцов методом механической спектроскопии. Проектная работа рассчитана на два семестра и призвана сформировать практические компетенции в области функциональных материалов и порошковой металлургии.

Проект рассчитан на три года. По его итогам планируется опубликовать не менее девяти статей в международных журналах уровня Q2 и выше, а также передать опытные образцы заинтересованным организациям машиностроительной отрасли для дальнейших испытаний.

Фото: Trophim Laptev, unsplash.com