На обычном токарном станке резцом без дополнительных устройств можно производить поверхностную закалку стальных деталей. Это не предположение. Это – утверждение. Профессор кафедры «Инструментальная техника и технологии» Николай Зубков с учениками не только запатентовали это изобретение, но уже и воплотили его.
Деформация под градусом
– Это одно из наших последних запатентованных изобретений, и мы им очень гордимся, – говорит Николай Николаевич. – Трудно представить, что закалка происходит вовсе без использования термического оборудования. Это полностью противоречит устоявшимся классическим представлениям. Мы их перевернули – у нас только резец и токарный станок. Никто никогда ничего подобного не делал.
Все дело в неограниченных возможностях деформирующего резания. Используя его, можно из металлических листов делать микросетки с числом отверстий до 400 штук на каждом квадратном миллиметре. Можно одним ударом молотка или пресса соединять детали прочнее, чем сваркой. Можно под поверхностью цельной пластины сделать часто расположенные герметичные микроканалы для охлаждения, хоть метровой длины. Для поверхностей кипения можно сделать медную «мохнатую» поверхность с сотнями волосков-микроштырьков на каждый квадратный миллиметр. Площадь поверхности после такой обработки увеличивается до 50 раз, что невозможно ни при каком ином методе и очень важно для улучшения теплообмена.
Наш приоритет непререкаем – он защищен патентами. Метод получил и весомое международное признание. Изделия по технологии деформирующего резания шесть раз удостаивались золотых медалей международных выставок и салонов изобретений и инноваций: в Женеве, Брюсселе, Нюрнберге, Сеуле, Москве, Куала-Лумпуре.
На выставке изобретений и инноваций ITEX в Малайзии технология завоевала Гран-при и Кубок Азии за лучшее изобретение 2010 года. Только в 2017 году у Николая Николаевича вышло 17 публикаций, посвященных деформирующему резанию, пять из которых включены в международную базу цитирования Web of Science.
Долгое время изобретателям не давала покоя вроде бы простая идея – для закалки использовать деформирующее резание. Теория это допускала, но на практике получить закаленный за секунды поверхностный слой удалось благодаря многочисленным экспериментам аспиранта Виктора Попцова под руководством доцента Сергея Васильева.
– Использовать серьезную мощность токарного станка, чтобы нагревать поверхностный слой в заданном микрообъеме до закалочных температур, да еще без отделения стружки, – абсолютно новая идея, приведшая к созданию совершенно новой технологии. Шесть киловатт мощности токарного станка «загоняем» в маленькую зону пластических деформаций. В ней скорость нагрева стали составляет более двух миллионов градусов в секунду. Плюс к этому 400-процентная степень деформации. Она тоже идет со сверхвысокими скоростями.
Это очень необычные условия воздействия на материал заготовки. Они соизмеримы со взрывными процессами как по мощности, так и по развиваемым давлениям и скоростям нагрева. Ни лазерная закалка, ни электромеханическая обработка, ни плазменное упрочнение даже близко не стояли.
У нового метода есть западный аналог – закалочное шлифование при форсированных режимах процесса. Но у него есть существенные недостатки. Во-первых, удаляется много металла. Во-вторых, свойства закаленного слоя резко падают по глубине: на поверхности большое закаливание, а чуть глубже – существенно меньше. Получается экспоненциальное падение твердости по глубине закаленного слоя. При использовании метода, предложенного бауманцами, твердость одинакова на всю толщину упрочненного слоя.
– Так происходит потому, – объясняет Зубков, – что одинаковы условия нагрева и охлаждения по всей толщине. Нет у нас и отходов – стружки. И, наконец, очень важно, что для закалки используется тот же токарный станок, на котором делали деталь.
И невозможное возможно
Студентов учат, что для структурно-фазовых превращений материал необходимо выдерживать определенное время при высоких температурах. У Зубкова закаленный слой получается за сотые доли секунды.
– Нашим способом мы можем закалить даже сталь 20 до 45 единиц Роквелла, хотя считается, что она не калится, потому что в ней недостаточно углерода. Материаловеды, прознав о таком, тут же взяли к себе аспиранта, чтобы изучить, как такое возможно: почему происходит закалка, как это объяснить?
А помимо этого, закалка деформирующим резанием позволяет получать композиционную структуру с чередованием наклонных очень твердых и пластичных слоев на поверхности детали. Это полный аналог булатной или дамасской стали только не в объеме, а на поверхности. Очень твердые сверхтонкие пластины сверхзакаленной стали чередуются с прослойками пластичной стали меньшей твердости. Это не единственное «чудо» нового метода. В этом слое образуются очень твердые белые прослойки.
Ни один ныне существующий технологический процесс абсолютно неконкурентоспособен с новым – он попросту не обладает ни такими условиями, ни такими возможностями.
Торгующих мало в нашем храме
Бауманский университет – храм науки. И наши «апостолы», в том числе и Николай Зубков – созидатели и проводники нового, а не торговцы, которые в свое время из Храма были изгнаны.
– Да, – соглашается Николай Николаевич, – беда, что ученые не коммерсанты. Я занимаюсь научным творчеством не ради денег. Мне доставляет огромное удовлетворение после решения многочисленных проблем получить образец, который никто ранее во всем мире не делал. А вот для реализации уже достигнутого нужен другой склад ума. Для этого необходим коммерсант и технарь «в одном флаконе», то есть человек, владеющий знанием возможностей и ограничений деформирующего резания. Есть вопросы и с патентованием. В Университете получить международный патент, за который надо заплатить тысячи долларов, нереально, а жаль, поскольку отдача от продажи лицензии на порядки превзойдет первоначальные затраты.
На счету профессора Зубкова немало и других, не менее интересных и перспективных решений и изобретений, готовых для широкого использования. Мало-помалу они находят свой путь в жизнь – внедряются то здесь, то там. А хочется, чтобы было «и здесь, и там, и повсюду».
Елена Емельянова
