Лаборатория металлургии в машиностроении

Направления деятельности

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К КОНКРЕТНОМУ ОБОРУДОВАНИЮ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ТРЕБУЕМОЕ КАЧЕСТВО ДЕТАЛЕЙ СИЛОВЫХ ПЕРЕДАЧ ДЛЯ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ

На основе программного обеспечения на этапе проектирования назначается марка стали, технические требования к эффективной толщине и качеству микроструктуры упрочненных слоев, разрабатываются технологические режимы химико-термической обработки.

Методы контроля качества материала (патенты № 14748, 15273) позволяют идентифицировать дефекты микроструктурного состояния, которые не выявляются общепринятыми в машиностроении методами, но оказывают существенное влияние на работоспособность изделий.

Технология соответствует лучшим мировым аналогам ("Катерпиллер", "Мерседес-Бенц", "Вольво", "Комацу", "Юнит-Риг", «Дженерал Электрик» и др.)

Работы по освоению прогрессивных технологий ХТО выполнены на Минском заводе колесных тягачей, Белорусском автозаводе, Минском тракторном заводе.

Результаты исследований позволяют снизить до 30 % энергетические и материальные затраты за счет использования экономно легированных сталей, в 1,2–1,5 раза повысить долговечность деталей вследствие увеличения пределов выносливости материала и качества упрочнения.

Программный комплекс проектирования технологических процессов ХТО зубчатых колес трансмиссий включает:

программный комплекс по расчету и прогнозированию на стадии проектирования показателей надежности зубчатых колес трансмиссий (рис. 1) с учетом условий эксплуатации и конструктивного исполнения передачи, геометрических параметров зубчатого зацепления, марки стали, технологии изготовления и качества химико-термической обработки, а также базы данных по влиянию качества структуры упрочненных слоев и особенностей применяемого термического оборудования на характеристики изгибной и контактной усталости зубчатых колес. Выходными данными на данном этапе являются конструктивные параметры зубчатой передачи и технические требования к марке стали, распределению микротвердости по толщине упрочненного слоя (эффективной толщине) и качеству микроструктуры, обеспечивающих заданную долговечность;
программный комплекс по расчету режимов химико-термической обработки, состоящий из программы расчета прокаливаемости стали (рис. 2) и программы расчета процесса диффузии углерода в сталь в зависимости от марки стали, параметров науглероживания и закалки (рис. 3). Выходными данными расчета являются концентрация углеродного потенциала и температурно-временные интервалы каждой стадии техпроцесса ХТО.

Рис. 1. Программа расчета долговечности зубчатых колес

Рис. 2. Программа расчета прокаливаемости конструкционных сталей

Рис. 3. Программа расчета процесса диффузии углерода в сталь

Увеличить фото

Применение программного комплекса по управлению технологическим процессом ХТО позволяет на этапе проектирования для обеспечения требуемого уровня надежности не только выбирать конструктивные параметры зубчатых передач, но и в зависимости от уровня нагруженности и требуемой долговечности назначать марку стали, технические требования к эффективной толщине и качеству микроструктуры упрочненных слоев, разрабатывать технологические режимы химико-термической обработки для каждого конкретного типа передачи. Более того, при изменении условий термообработки и изменении номенклатуры деталей появляется возможность быстрой перенастройки технологического процесса, что повышает производительность производственных процессов ХТО.

МАГНИТНАЯ СТРУКТУРОСКОПИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ

Исследования направлены на анализ особенностей связей структурного и фазового состава, физико-механических свойств сталей и чугунов с их магнитными параметрами. Установленные особенности и закономерности позволили разработать новые высокопроизводительные методы неразрушающего контроля качества структуры стальных и чугунных изделий, в том числе движущихся в процессе производства.

Результаты:

Обобщены физические принципы использования понятия «размагничивающий фактор» в расчетах процесса и результата намагничивания ферромагнитного тела. Построена логическая цепочка от классических расчетов размагничивающего фактора эллипсоидов к интерполяционным формулам для расчета коэффициентов размагничивания неоднородно намагничиваемых тел. Установлены особенности намагничивания чугунов под влиянием внутреннего размагничивания графитовых включений.
Установлены особенности связи структуры и физико-механических свойств чугунов с их магнитными параметрами. Например, установлена количественная связь между содержанием феррита и остаточным магнитным потоком Фd (в мкВб) в отливах из ковкого чугуна КЧ30-6. При этом появление ледебурита и вторичного цементита (отбела) в структуре отливки повышает показания прибора.

Результаты исследований и технические решения по обеспечению заданной структуры не обточенных отливок ниппелей из ковкого чугуна переданы на Минский завод отопительного оборудования по лицензионным договорам и внедрены в цехе ковкого и серого чугуна МЗОО в составе автоматизированной линии контроля и автоматической разбраковки по обрабатываемости отливок ниппелей из ковкого чугуна КЧ 30-6.

Эксплуатация линии повысила рентабельность производства ниппелей, обеспечила потребность завода, позволила отказаться от замены чугунных ниппелей на импортные стальные, обеспечить их экспортные поставки.

Увеличить фото

Получены аналитические выражения для расчета релаксационных магнитных параметров сталей по параметрам предельной петли гистерезиса, оценки максимальной магнитной проницаемости сталей и чугунов по коэрцитивной силе, расчета поля максимальной магнитной проницаемости сталей и погрешности ее измерения, формулы для расчета остаточной намагниченности сталей как среднего значения достоверного диапазона ее изменения.

Установленные закономерности позволяют разрабатывать достоверные и производительные методы контроля качества структуры стальных и чугунных изделий, в том числе движущихся в процессе производства. На разработанные технические решения получено более 20 патентов Республики Беларусь.
Результатом работы стала совершенствованная методика контроля механических свойств термообрабатываемых болтов дизельных двигателей. Способ электромагнитного контроля механических свойств движущегося ферромагнитного изделия передан по лицензионному договору на филиал Минского моторного завода в г. Столбцы и внедрен в производство. Применение способа, реализуемого разработанным прибором МАКСИ-У, гарантирует заданный предел прочности болтов, повышает надежность всех выпускаемых Минским моторным заводом дизельных двигателей.
Ее использование приносит и непосредственный экономический эффект заводу – в производство возвращены тысячи дорогостоящих болтов.

Увеличить фото

Разработанная методика магнитного контроля толщины поверхностно-упрочненных слоев протяженных изделий передана ОАО «Минский моторный завод» и внедрена в автоматном цехе ОАО «Минский моторный завод», филиал в г. Столбцы. Повышение достоверности контроля достигается благодаря тому, что информационный параметр методики при высокой чувствительности к толщине поверхностно-упрочненного слоя практически не подвержен влиянию не стабильности положения изделий при намагничивании и измерении. Работает в цехе и разработанный автоматизированный сортировщик малогабаритных стальных изделий по качеству локальной поверхностной закалки.

Применение методик предотвратило попадание на сборочный конвейер Минского моторного завода ответственных осей с низким уровнем механических свойств, повысило надежность всех выпускаемых заводом дизельных двигателей.

Реализация результатов и исследований позволяет гарантировать заданный уровень физико-механических свойств ответственных изделий машиностроения и металлургии.

Увеличить фото

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ КОЛЬЦЕРАСКАТКИ ДЕТАЛЕЙ ТИПА КОЛЕЦ

На предприятиях Беларуси (МПЗ, МТЗ, МАЗ, БелАЗ, МЗКТ и др.) общее количество изготавливаемых деталей, имеющих форму колец, составляет более 100 наименований при программе выпуска около 160 000 шт. Коэффициент использования металла при этом составляет около 0,6. Образуется около 4 000 тонн стружки. Опыта использования кольцераскатных комплексов отечественные заводы не имеют, однако прорабатывается вопрос о закупке таких комплексов МПЗ и БелАЗ.

Предполагается, что новая технология позволит повысить коэффициент использования металла до 0,8. Выполняемые в Институте исследования направлены на научное сопровождение внедрения нового оборудования.

Увеличить фото

Увеличить фото

Продукция

Сортировщик магнитный
Автоматизированная линия контроля и автоматической разбраковки по обрабатываемости необточенных отливок ниппелей из ковкого чугуна на базе приборов МАКСИ-П
Магнитные анализаторы качества структуры изделий МАКСИ
Ресурсосберегающая технология химико-термической обработки новых экономно-легированных сталей для зубчатых колес трансмиссии трактора «Беларус»

Монографии, публикации

Сандомирский, С.Г. Расчет и анализ размагничивающего фактора ферромагнитных тел. / С.Г. Сандомирский – Минск: Беларус. навука, 2015. – 243 с.
Сандомирский, С.Г. Расчет и анализ релаксационных магнитных параметров сталей / С.Г. Сандомирский // Palmarium academic publishing. Saarbrucken, Germany. – 2012. – 100 с.
Производство стальной литой термообработанной дроби в условиях машиностроительных предприятий / П.С. Гурченко [и др.]. – Минск: Беларус. навука, 2014. – 113 с.
Руденко, С.П. Контактная усталость зубчатых колес трансмиссий энергонасыщенных машин / С.П.Руденко, А.Л.Валько. – Минск: Беларус. навука, 2014. – 126 с.
Кольцераскатка в производстве деталей машиностроения / В.Е. Антонюк [и др.]. – Минск: Беларус. навука, 2013. – 188 с.

Увеличить фото

Sandomirski, S.G. Analysis of the Distribution of Magnetization Along a Rod Made of a Material with a High Magnetic Susceptibility / S.G. Sandomirski // Measurement Techniques. June 2016, Volume 59, Issue 3, pp 272–276.
Sandomirski, S.G. Analysis of the structural sensitivity of the permeability of steels / S.G. Sandomirski // Reports the 19th WCNDT 2016 in Munich, Germany. ISBN 978-3-940283-78-8. Report P41. P. 1 – 8.
Sandomirski, S.G. Structural and Phase Sensitivity of the Maximum Differential Susceptibility of Steel / S.G. Sandomirski // Russian Metallurgy (Metally)/ Vol. 2016. № 7. рр. 619 – 624.
Sandomirski, S.G Coercive Force and Strength of Carbon Steel/ S.G. Sandomirski // Steel in Translation, 2016, Vol. 46, No. 9, pp. 671 – 674.
Sandomirski, S.G. Calculation and analysis the Magnetic Parameters of the Minors Hysteresis Loop for Steels from the Basic Magnetic Parameters / S.G. Sandomirski // Reports the 19th WCNDT 2016 in Munich, Germany. ISBN 978-3-940283-78-8. Report P42. P. 1 – 8.

Основные патенты

Способ электромагнитного контроля механических свойств движущегося ферромагнитного изделия: пат. 12436 Респ. Беларусь, МПК (2006) G01N 27/72 / С.Г. Сандомирский, Э.Б. Синякович; заявитель Государственное научное учреждение «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси». – № а20080179; заявл. 19.02.09; опубл. 30.10.09 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2009. – № 5.
Способ магнитного контроля толщины поверхностно – упрочненного слоя протяженного ферромагнитного изделия: пат. № 12437 Респ. Беларусь, МПК (2006) G01N 27/72 / С.Г. Сандомирский, Э.Б. Синякович; заявитель Государственное научное учреждение «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси». – N a20080609; заявл. 14.05.2008; опубл. 30.10.09 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2009. – № 5.
Способ сортировки отливок из ковкого чугуна: пат. № 12438 Респ. Беларусь, МПК (2006) G01N 27/72 / С.Г. Сандомирский; заявитель Государственное научное учреждение «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси». – № а20080775; заявл. 13.06.08; опубл. 30.10.09 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2009. – № 5.
Способ магнитного контроля структуры материала с размагничивающим фактором более 0,04: пат. 13520 Респ. Беларусь, МПК (2006) G01N 27/72 / С.Г. Сандомирский; заявитель Государственное научное учреждение «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси». – N a20081193; заявл. 30.04.2010; опубл. 30.08.10 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2010. – № 4.
Способ магнитного контроля температуры отпуска изделия из среднеуглеродистой стали: пат. 13913 Респ. Беларусь, МПК (2009) G01N 27/72 / С.Г. Сандомирский; заявитель Государственное научное учреждение «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси». – № а20090023; заявл. 30.08.2010; опубл. 30.12.10 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2010. – № 6.
Способ определения релаксационной коэрцитивной силы ферромагнитного материала: пат. 16474 Респ. Беларусь, МПК G01R 33/12 (2006.01) / С.Г. Сандомирский; заявитель Государственное научное учреждение «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси». – № а20110084; заявл. 30.08.2012; опубл. 30.10.12 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2012. – № 5.
Способ определения начальной магнитной проницаемости материала стального изделия: пат. 16475 Респ. Беларусь, МПК G01R 33/12 (2006.01)/ Сандомирский С.Г.; заявитель Государственное научное учреждение «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси». – N a20110185 заявл. 14.02.2011; опубл. 30.10.2012 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2012. – № 5.
Способ контроля физико-механических свойств движущегося стального изделия, подвергнутого отпуску после закалки: пат. 19899 Респ. Беларусь, МПК G01N 27/72 (2006.01) / С.Г. Сандомирский; заявитель: Государственное научное учреждение «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси». № а 20130058; заявл. 17.01.2013; опубл. 28.02.2016. // Афiцыйны бюл./ Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2016. - № 1.
Способ контроля механических свойств движущегося стального изделия, подвергнутого отпуску после закалки: пат. 20075 Респ. Беларусь, МПК G01N 27/72 (2006.01) / С.Г. Сандомирский; заявитель: Государственное научное учреждение «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси». № а 20131385; заявл. 25.11.2013; опубл. 30.04.2016. // Афiцыйны бюл./ Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. - 2016. - № 2.
Металлографический реактив для выявления границ действительного зерна стали: пат. 14748 Респ. Беларусь : МПК С23F 1/28 (2006.01) / А.Л Валько., С.П Руденко., А.А.Шипко, Е.И.Мосунов; заявитель Государственное научное учреждение «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси». – N a20100154 заявл. 04.02.2010; опубл. 30.08.2011 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2011. – № 4.
Металлографический реактив для выявления микроструктуры цементованной конструкционной стали: пат. 15273 Респ. Беларусь: МПК С 23 F 1/28 (2006.01) / А.Л. Валько, С.П Руденко., Е.И Мосунов., А.И Михлюк.; заявитель Государственное научное учреждение «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси». – N a20101136 заявл. 23.07.2010; опубл. 30.12.2011 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2011. – № 6.

Контакты

	Сандомирский Сергей Григорьевич, заведующий лабораторией металлургии в машиностроении, д-р техн. наук, доц.
	+375 (17) 378 94 82; +375 (17) 284 23 51; +375 (44) 709 98 58
	ул. Академическая, 12, 220012 г. Минск, Республика Беларусь
	sand@iaph.bas-net.by