23 июля 2025 г.

Наша страна всегда славилась своим металлургическим и промышленным комплексом: богатая полезными ископаемыми земля и отлаженный технологический процесс - от добычи и обогащения сырья до получения металлов, сплавов и изделий - выводят Россию в мировые лидеры отрасли. Ученые и инженеры всего мира работают над созданием новых технологий, стимулируя научно-технический прогресс. И особую роль в развитии промышленности, а следовательно, и экономики нашей страны играют научные институты. Одной из ведущих научно-исследовательских организаций соответствующего профиля в Дальневосточном регионе является обособленное подразделение Хабаровского Федерального исследовательского центра ДВО РАН - Институт машиноведения и металлургии. О работе института и проводимых фундаментальных научных исследованиях рассказал директор ИМиМ ДВО РАН, кандидат технических наук, доцент Олег Николаевич Комаров.

- Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН был создан в Комсомольске-на-Амуре более 35 лет назад. За эти годы, наверное, достигнуто немало значимых результатов.

- Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН был создан в 1988 году, в тот период, когда в стране и, в частности, в Дальневосточном регионе возникла острая необходимость модернизации и разработки принципиально новых производственных процессов, способных конкурировать с зарубежными товаропроизводителями. Изучение возможности решения этих задач и определило деятельность института, направленную на организацию и проведение фундаментальных, поисковых и прикладных научных исследований, опытно-конструкторских работ, внедрение достижений науки и передового опыта, а также подготовку высококвалифицированных кадров в области металлургии, машиностроения, материаловедения, механики и других смежных наук. За 37-летнюю историю института совершенствовалась его структура, преобразовывались научные направления, пополнялась материально-техническая база, менялся кадровый состав. В настоящее время институт входит в состав Хабаровского Федерального исследовательского центра ДВО РАН и является одной из ведущих научно-исследовательских организаций соответствующего профиля в Дальневосточном регионе. Основной объем экспериментальных исследований проводится на материально-технической базе ИМиМ ДВО РАН, обладающего регулярно пополняемым и модернизируемым современным аналитическим, испытательным, технологическим и специальным оборудованием.

Удачное сочетание компетенций научных сотрудников института, являющимися специалистами в разных областях знаний, позволяет проводить комплексные исследования изучаемых технологических процессов, включающие моделирования, получение экспериментальных данных и лабораторных образцов изделий. Институт занимает лидирующие позиции по уровню исследований и публикационной активности в своих направлениях. Только за последние 5 лет сотрудниками института опубликовано более 200 печатных работ, зарегистрировано более 70 патентов РФ,ыполнено 4 проекта по грантам различных фондов и бюджетов. Сотрудники института принимают активное участие в заседаниях государственных аттестационных комиссий, а также в составе диссертационных советов по защите кандидатских и докторских диссертаций. Ведут экспертную деятельность.

- Какие значимые разработки ИМиМ ДВО РАН уже используются на предприятиях?

- За время работы института были достигнуты значительные результаты в области металлургии, материаловедения, механики и в других смежных науках, используемые при модернизации известных и разработке новых технологических приемов обработки материалов и изделий. Разрабатываемые и совершенствуемые институтом технологические процессы направлены на повышение качества производства, снижение себестоимости продукции, улучшение экологической и социально-экономической ситуации, а также обеспечение необходимого уровня импортозамещения. Разработки обладают определенной практической значимостью, внедрение которых на предприятиях способствует появлению положительного производственного эффекта. Вовлечение в рассматриваемые технологические процессы вторичных материалов с одновременной переработкой техногенных образований, а также оптимизация циклов производства изделий определяет их энергоэффективность и ресурсобережливость. Наиболее значимыми прикладными результатами, полученными в рамках выполнения научно-исследовательских работ, можно назвать следующие: технология совмещенного литья и деформации металлов для получения профильных заготовок; технология электродуговой сварки порошковой проволокой с активным компонентом; технология высокоточного литья методом ЛВМ по пористым моделям; технологии получения алюмотермитного литья и сплавов и, наконец, технология разливки стали на машине непрерывного литья заготовок (сокращенно – МНЛЗ). Некоторые из этих разработок были опробованы или внедрены на производстве, а некоторые имеют высокий потенциал внедрения.

Предлагаемый запатентованный технологический процесс получения непрерывнолитых слябовых заготовок на МНЛЗ заключался в изменении способа подвода жидкой стали в кристаллизатор машины непрерывного литья заготовок. В ходе исследований получены результаты по разливке сталей 09Г2С и Ст3сп через разливочный погружной стакан, конструкция которого отличается от традиционного эксцентрически расположенными выходными отверстиями. По результатам металлографических исследований и механических испытаний проката технология была внедрена в производство.

Другим примером заинтересованности со стороны предприятия реального сектора экономики является реализация неисключительных прав на использование одного из запатентованных способов получения стальных отливок методом алюмотермии. Данный способ использовался строительной фирмой для получения наконечников винтовых свай, в виде конусов, для возведения различных конструкций, в том числе жилых домов.  Метод алюмотермии позволил создать ряд технологических процессов получения литых изделий и сплавов. В основу данных технологий положена окислительно-восстановительная реакция, протекающая в термитных смесях. Основными компонентами термитных смесей являются оксиды металлов и восстановитель в различных соотношениях. В данном случае речь идет о металлургической окалине (комплексе оксидов железа), металлотходе, образующейся при прокате и непрерывном литье заготовок, а в качестве восстановителя используется стружка алюминиевых сплавов, являющейся отходом машиностроительных предприятий. В результате протекания экзотермической реакции в термитных смесях образуются жидкие фазы металла и шлака, температура которых при использовании химически чистых исходных компонентов достигает 3000 °C. При этом металлическая фаза представляет собой железоуглеродистый сплав, а шлаковая фаза до 90% состоит из оксида алюминия. Для регулирования химического состава сплавов и управления параметрами экзотермической реакции (температурой и скоростью) в состав смесей вводятся различные наполнители, руды, лигатуры и другие материалы. Исследованиями установлено, что с применением данных процессов возможно получать стали различных марок, в том числе высоколегированные, чугуны, ферросплавы, интерметаллидные и высокоэнтропийные сплавы, металлические порошки, а побочный продукт в виде алюмотермитных шлаков может использоваться в качестве огнеупорных и абразивных материалов, а также в качестве сырья при производстве алюминия на соответствующих комбинатах вместо бокситовых и нефелиновых руд.

На сегодняшний день продолжается совершенствование процессов алюмотермии и поиск вариантов частичной замены алюминия на более дешевые и доступные восстановители.

Алюмотермия в сварочных процессах нашла свое применение при автоматической дуговой сварке и наплавке порошковой проволокой с активным наполнителем. Метод позволяет получать улучшенные характеристики сварных соединений за счет образующегося электродного металла, способствующего равномерному наполнению сварочной ванны, и теплоизоляционным свойствам формирующегося шлака, которые приводят к более медленному и, соответственно, равномерному затвердеванию материала шва, что позволяет получать неразъемные соединения повышенного качества с глубоким проваром без коробления конструкции. Такой способ получения свариваемых конструкций считается перспективным для дальнейшего развития с большим экономическим потенциалом внедрения и импортозамещения.

Еще одно направление деятельности института - исследование и совершенствование технологических процессов получения профильных заготовок методом одновременного литья и деформации металла в твердожидком состоянии. При внедрении на предприятиях этот метод может использоваться параллельно с основным технологическим процессом, например, для выпуска профильной продукции из сплавов, не входящих в план массового производства. 

Кроме того, нами совершенствуется технология получения литья повышенной размерно-геометрической точности, при осуществлении которой используются пористые прессованные выплавляемые модели. Такие модели, в отличие от традиционных, формируются путем уплотнения воскообразных порошковых модельных материалов в стальных пресс-формах, адаптированных для выполнения последовательности операций дозирования порошка, снабженных прессующими элементами. Формируемая выплавляемая пористая модель позволяет упразднить ряд неблагоприятных явлений, сопровождающих применение моделей, полученных традиционным способом.

- Над какими перспективными исследованиями сейчас работают ученые института?

- Продолжаются работы над перспективными разработками, связанными с изучением сварочных процессов толстостенных конструкций, с эффективным применением побочных продуктов алюмотермии, с улучшением комплексных характеристик железоалюминиевых сплавов, со способами получения изделий с высоким комплексом характеристик, обеспечиваемым применением интенсивной пластической деформации с кручением и другие направления работ.

Разработан и совершенствуется новый способ интенсивного пластического деформирования металлических заготовок в виде полусферического слоя, выполненных из высокочистого алюминия. Упрочнение материалов интенсивным пластическим деформированием - это широко используемый способ улучшения механических характеристик материалов и изделий, в том числе не упрочняемых термической обработкой. Известно, что воздействие высокого всестороннего давления существенно повышает предел прочности большинства материалов. Эта идея позволяет достигать огромных величин деформации в материалах без разрушения, посредством, например, кручения при высоком давлении (high pressure torsion – HPT) и ряда схожих техник. HPT активно используется как инструмент исследования комбинированного воздействия давления и необратимой деформации на фазовые и структурные переходы в различных материалах. Однако применение этого метода для получения готовых изделий ограничено формой и размером образца (используются, как правило, небольшие диски, с большим отношением диаметра к толщине). Использование разработанного способа интенсивного холодного пластического деформирования металлических заготовок в виде полусферического слоя из высокочистого алюминия А99 (Al4N) за одну операцию, позволяет расширить номенклатуру изделий, которые могут быть упрочнены сдвигом при высоком давлении.

А также работаем над другими способами, связанными с упрочнением материалов методом автофретирования (вращения), с изучением соединений горячей посадкой, с исследованием свойств льда и разработкой способов его упрочнения, удаления и разрушения, с получением комбинированных металлокерамических изделий, с совершенствованием характеристик интерметаллидных сплавов системы «железо-алюминий».

- Работа институтом ведется большая. А насколько ваши технологии востребованы реальным сектором экономики?

- Первостепенной нашей задачей является выполнение государственного задания, а также внедрение наиболее востребованных, значимых и перспективных результатов исследований института на производстве. При этом не менее важно для нас сотрудничество с предприятиями реального сектора экономики по решению их актуальных научно-технических задач. Как правило, эта работа связана с выборочным контролем качества выпускаемой продукции, необходимостью отладки технологических процессов получения изделий и определения причин разрушения металлических деталей в процессе эксплуатации и иных задач, путем изучения физико-механических свойств, структуры и химического состава сплавов. С рядом организаций мы работаем на постоянной основе. 

- Насколько охотно идет в науку молодежь?

- К сожалению, присутствует неблагоприятная динамика последних лет оттока молодежи из Комсомольска-на-Амуре. В университеты, согласно статистике их ректоров, поступает всего около 20% выпускников школ города, из остальных 80% большинство сразу покидают его. Более активные и перспективные люди после окончания университета либо устраиваются на заводы, которые предлагают лучшие условия, либо уезжают работать в другой регион. Так что очень сложно расширить и омолодить научный коллектив. К тому же не каждый выпускник в силу своих индивидуальных способностей подходит для исследовательской деятельности.

Со своей стороны, мы стараемся заинтересовать молодежь научно-исследовательской деятельностью. Например, молодые люди имеют возможность поступить в аспирантуру. Мы проводим подготовку по трем направлениям лицензированной деятельности: механика деформируемого твердого тела; сварка, родственные процессы и технологии; литейное производство. И аспирантура для нас - настоящая кузница кадров, удовлетворяющая потребности института в заинтересованной в научном результате талантливой молодежи, которая перенимает опыт и является продолжателем традиций научных коллективов.

Для популяризации результатов исследований и обмена опытом в ИМиМ ДВО РАН регулярно раз в два года проводится конференция с международным участием. Мероприятие собирает представителей со всех регионов страны и зарубежья. Ежегодно наш институт становится площадкой для проведения дней открытых дверей, в рамках которых в научно-популярной форме знакомим всех желающих с последними достижениями науки и техники. 

- В прошлом году в рамках национального проекта «Наука и университеты» в институте была открыта молодежная лаборатория механики материалов и конструкций. Над чем работают ученые?

- Действительно, в 2024 году в ИМиМ ДВО РАН была создана молодежная лаборатория механики материалов и конструкций по направлению «Развитие Дальневосточного федерального округа». Руководит лабораторией ведущий научный сотрудник, кандидат физико-математических наук Георгий Мамиевич Севастьянов, известный ученый в области механики деформируемого твердого тела.

Деятельность молодежной лаборатории направлена на получение научно-практических результатов, связанных с разработкой энергоэффективных технологических процессов и созданием новых сварочных и наплавочных материалов; с разработкой технологий упрочнения материалов пластическим деформированием при высоком давлении; с разработкой способов получения и управления свойствами алюмотермитных сплавов – для применения в широком диапазоне температур и сложных условиях агрессивного внешнего воздействия.

Предпосылкой для создания лаборатории стала постоянно возрастающая потребность в материалах с совершенными свойствами, способными функционировать в условиях Арктической зоны. Интенсивное освоение Арктики и развитие Северного морского пути (СМП) открывает новые перспективы экономического роста и формирует актуальные задачи для целого ряда отраслей промышленности и науки. Смещение вектора внимания в сторону полярных и северных областей обусловливается сосредоточением там богатейших природных запасов, способных удовлетворить существующие и прогнозные потребности, а также возможностью транзитной перевозки грузов по СМП, сокращающего расстояние между Европой и Азией примерно на треть. Добыча ресурсов, транспортировка грузов, а также иные сопутствующие мероприятия в условиях арктического холода требуют применения объектов инфраструктуры, машин и механизмов, инструмента, оснастки и т.д., выполненных из специальных материалов, способных безаварийно функционировать в сложных условиях отрицательных температур. Деятельность нашей молодежной лаборатории позволяет надеяться на положительные сдвиги в сторону повышения доли молодых сотрудников в составе коллектива и общее расширение штата.

- Олег Николаевич, какими Вы видите перспективы развития научного института?

- Сегодня ведется активная деятельность, направленная на расширение спектра проводимых научно-исследовательских, консультационных и иных работ, развитие научных направлений ИМиМ ДВО РАН и наращивание взаимовыгодного сотрудничества с промышленными предприятиями Хабаровского края путем проведения совместных исследований и внедрения разработок института, имеющих высокий уровень готовности. Это, безусловно, способствует решению части существующих проблем производства, а у института появляется возможность модернизации и пополнения материально-технической базы, а также увеличения кадрового состава. Мы открыты для сотрудничества.

Пресс-служба ХФИЦ ДВО РАН
Фото из архива ИМиМ ДВО РАН и Светланы Шакировой

Вернуться к списку новостей раздела