Яндекс.Метрика

Люди практической науки

07.11.2014

«Теперь у нас есть возможность взглянуть на материал с новой стороны…»

Интервью с начальником сектора ВИАМ Михаилом Горбовцом.

Михаил Александрович Горбовец – начальник сектора лаборатории №33. По итогам работы в первом полугодии 2010 г. ему присвоено звание «Лучший работник ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ». Активно участвует в тематических и хоздоговорных работах, в инвестиционных программах, исследованиях по гранту РФФИ. Являлся ответственным исполнителем темы 6П-4 контракта «Перспектива», научным руководителем раздела 1Бп-3 контракта «Безопасность». Автор ряда научных публикаций и докладов, в том числе в изданиях, включенных в рекомендованный перечень ВАК.

«Мне нравилось работать с детскими конструкторами….»

С раннего детства я интересовался техническими энциклопедиями, книгами по истории техники, которые были дома – обложки и картинки помню до сих пор. Машины разных эпох – автомобили, тракторы, космическая, лазерная и прочая техника – сотни картинок и схемы-чертежи. Я старался разобраться, как машины устроены, как работают? Листал эти книги с интересом, еще когда не умел читать, а когда научился, то и читал с большим увлечением.

Мне нравилось работать с детскими конструкторами. Был у меня, в частности, электроконструктор, и года в четыре я уже собрал электрический звонок, потом вентилятор, делал простые схемы. Любил взять какую-нибудь машинку, разобрать и посмотреть, как она устроена. Да и настоящий автомобиль было интересно с отцом ремонтировать и изучать, как там что работает.

Детство пришлось на 1990-е годы (родился я в 1987-м, в семье инженеров, потом и брат по этой стезе пошел). После 6-го класса перевелся в школу, где имелся физико-математический класс и где поначалу была налажена традиционная связь с Московским авиационным технологическим институтом (МАТИ). Но к моменту окончания школы столь плотной связи с МАТИ уже не было, поэтому сдавал экзамены в этот вуз на общих основаниях. В итоге – поступил на факультет материаловедения и технологии новых материалов, где учился с 2004 по 2010 годы, закончил бакалавриат, потом магистратуру. Из преподавателей особенно запомнился Георгий Евгеньевич Никулин – учитель физики, который при всей своей строгости очень доступно рассказывал и объяснял свой предмет. В плане специальных предметов с особой теплотой вспоминаю Олега Евгеньевича Осинцева – профессора с 45-летним преподавательским стажем. Он вел материаловедение, термодинамику, и мы с большим интересом постигали вроде бы скучные диаграммы состояний, тройные системы, тонкости создания новых материалов... Этот преподаватель запомнился тем, что умел подробно объяснить сложные вещи, которые, казалось, словами вообще невозможно описать – как, например, представить себе тройную диаграмму, отражающую изменение состава твердой и жидкой фазы материала при изменении температуры, ее разрезы, или какие могут быть полиморфные переходы…

Про Осинцева было известно, что его учили те, кто стоял у основ материаловедения в нашей стране. Олег Евгеньевич написал несколько учебников, кстати, очередной – «Металловедение тугоплавких металлов и сплавов на их основе» – вышел буквально год назад.

А свою магистерскую работу я делал на базе МАТИ под руководством Дмитрия Евгеньевича Гусева, тема диплома – «Исследование биосовместимости материалов, используемых для остеосинтеза грудины». Есть нержавеющие медицинские стали, которые применяются для скальпелей, шовных нитей, есть титановые сплавы, которые используются в виде нитей и скоб при операциях на грудине. Основная часть моей работы была посвящена исследованию влияния предварительно нанесенной деформации на то, как материал будет себя вести в теле человека. Раньше исследования проводили просто: брали скобу для грудины или кусок титановой либо стальной нити, которой сшивают грудину, помещали в биологический раствор и смотрели, не выделяются ли какие-либо вещества, вредные для человека. Но дело в том, что в процессе установки скобы или сшивания грудины нитью происходит ее деформация и нарушение поверхностного слоя; и тогда было неизвестно, как скоба или нить после этого будет себя вести в теле человека.

Так, титан и его сплавы образуют оксидную пленку, которая защищает его от окружающей среды (а организм защищает от титана). Но в состав титановых сплавов, применяемых для скоб, входит никель, а он вреден для организма, однако, поскольку этот сплав покрывается оксидной пленкой, вредных выделений не происходит. Однако, что будет с этой защитной пленкой при деформации? Я проводил деформирование образцов, вслед за этим погружал их в раствор, чтобы зафиксировать, насколько повреждена поверхностная пленка и что с ней происходит с течением времени, при этом одни погружал сразу, а другие некоторое время выдерживал на воздухе перед погружением. И выяснилось, что у стали после деформации биологическая совместимость ухудшается, а у титановых сплавов практически никаких изменений нет. То есть на них оксидная пленка после деформации восстанавливается очень быстро… Тогда же я получил первый небольшой опыт обращения с испытательным оборудованием: в этой работе мы также проводили испытания на растяжение с установленной на макет грудины скобой или нитью, чтобы оценить физическое воздействие на ткани.

Именно в ходе этой работы я определился с тем, что мне интересно. Раньше колебался, куда пойти, в чисто материаловедческую область или связанную с какими-то механическими исследованиями. А тогда четко принял решение: мне интересно заниматься механическими испытаниями, связанными с материаловедением. Поскольку здесь есть возможность и с техникой поработать, к чему у меня всегда склонность была, и использовать материаловедческие знания, полученные в вузе.

«Понял, что в ВИАМе есть возможность расширить свои знания…»

Стал искать работу, в число вариантов входил и ВИАМ. Что показало сравнение вариантов? У меня не было больших требований по зарплате, в первую очередь рассчитывал на получение опыта. Посмотрел последние виамовские статьи своей тематики и понял, что в ВИАМе есть возможность расширить свои знания, поучаствовать в интересных работах, есть что посмотреть и чему научиться. Да и социальные гарантии были очень привлекательными.

В марте 2009-го меня приняли в 33-ю лабораторию инженером, поскольку тогда я имел бакалаврский диплом. Некоторое время работал на полставки. Попал в сектор усталости, где в то время работали четыре человека, я был единственный молодой специалист. Техника в основном была устаревшая, но уже тогда проводилось техническое перевооружение института…

Я сразу понял, что здесь есть возможность многому научиться. И в этом мне помогала ведущий инженер института Татьяна Ильинична Комарова, а кандидат технических наук Михаил Сергеевич Беляев стал моим наставником. С самого начала он меня по полной программе подключил к исследованиям, да и сам я проявлял инициативу, поскольку было интересно научиться работать на имевшемся оборудовании. Кстати, я считаю, система наставничества в ВИАМе очень многое дает молодым сотрудникам.

Начал трудиться на машинах Sсhenсk 1986 года производства для испытаний на малоцикловую усталость при мягком нагружении при одноосном пульсирующем растяжении. Быстро освоил эту технику, в чем Татьяна Ильинична Комарова мне активно помогала. К тому времени ставший начальником сектора усталости Сергей Борисович Кошкин привлек меня еще к одной интересной и масштабной работе: руководством было принято решение о модернизации испытательных машин МВИ, и меня подключили к составлению технического задания. Это не новые машины, еще советского производства, сделанные на заводе в Иваново. Но в нашем направлении надо четко понимать, как работает техника, которая имеется, что от нее требуется и как можно ее правильно и эффективно улучшить и использовать. Так вот, результаты эта техника давала приемлемые, но все процессы: управление температурой и другими параметрами, шли по аналоговым принципам. Были огромные шкафы с потенциометрами, и постоянно надо было ходить, наблюдать за показаниями, корректировать режимы. Число циклов считалось вручную, поэтому надо было внимательно засекать время начала и конца испытаний… Да и система нагружения у этих машин была старая. Наш коллектив предложил решение – модернизировать эти машины. Руководство ВИАМ нас поддержало и приняло решение модернизировать машины на средства института.

В итоге прием данных об испытании со всех машин мы завели на единый сервер, и системы управления хоть и остались ручными, но стали более автоматизированными. Например, теперь мы можем задать температуру, и она будет автоматически поддерживаться в определенных рамках. За параметрами можно следить на мониторе компьютера, нет необходимости каждые 10 минут ходить к машинам и что-то подправлять. А машин немало, 22, так что наша модернизация позволила существенно сократить «механическую» часть нашей работы и тем самым повысить общую эффективность.

«Инженерная мысль помогла найти выход…»

Тогда же меня подключили к реконструкции и переоснащению сектора новым оборудованием. Сначала анализировал проектную документацию, подготовленную по нашему техническому заданию, вносил корректировки, а вскоре ставший начальником лаборатории Константин Константинович Хвацкий доверил мне работу по контролю и организации проектов по модернизации сектора. Я отвечал за выбор оборудования: должен был проанализировать наши потребности и подобрать для работы по задачам лаборатории технику, притом высокого качества. Предложения по оборудованию утверждало руководство, так что предложения эти нужно было всесторонне аргументировать.

Генеральный директор ВИАМ, академик РАН Евгений Николаевич Каблов сам изначально специализировался по металлам и хорошо знает толк в испытательной технике. К слову, могу с гордостью отметить, что Евгений Николаевич собирал экспериментальный материал для своей диссертации именно на базе нашей лаборатории! В наших делах он разбирается досконально, и всегда можно рассчитывать на его понимание и помощь, но и спрашивает Евгений Николаевич очень строго…

Я подключился к инвестиционному проекту уже на стадии его практического выполнения, реализации в жизнь. Мы много контактировали с поставщиками оборудования, прорабатывали варианты с несколькими фирмами, смотрели, насколько их оборудование соответствует нашим задачам, как они могут его доработать под наши цели. Узнал очень много нового, ведь до тех пор у меня был только опыт работы с техникой фирмы Sсhenсk 80-х годов. А в ходе переоснащения мы общались с представителями компаний Zwick GmbH (Германия), Walter+Bai AG (Швейцария), MTS (США). У нас была задача закупить современное оборудование для испытаний на малоцикловую усталость при жестком нагружении (растяжении и сжатии с управлением деформацией цикла нагружения) при высоких температурах, которого у ВИАМа на тот момент не было. Это оборудование универсальное, при необходимости мы можем перенастроить его и для других видов усталостных испытаний.

Для нас особенно важны были характеристики нагревательных элементов, то есть печей. Обычный диапазон их работы – от 300 до 900 градусов Цельсия, но у нас тогда стояла задача повысить температуру до 1100 градусов Цельсия. Это могли обеспечить только те три фирмы, которые я упомянул.

Но мало того. Сейчас в ВИАМе разрабатывают новые материалы, которые должны работать при температурах 1200–1300 градусов, и для них тоже надо определять усталостные характеристики, в том числе в условиях растяжения-сжатия с частотой до 50 Гц. Как их испытывать? Ведь для этого нужна соответствующая оснастка, которая по определению должна быть прочнее, чем испытываемый материал при этих температурах. Та же оснастка, которая сейчас находится в печах, выдерживает 1050–1100 градусов, да и вообще при очень высоких температурах не может долго работать.

Мы долго думали, как добиться того, чтобы оснастка могла при частоте 50 Гц не разрушаться и работать при высоких температурах долго – такое испытание может длиться пять суток без перерывов. Оснастка и при 1100 градусах может такого долгого времени не выдержать, а нам нужно 1300! Инженерная мысль помогла найти выход: мы подумали и приняли решение, что оснастку надо вынести за пределы высокотемпературной зоны, то есть печи. И по заказу ВИАМ компания Walter+Bai AG, которая поставляла это оборудование, максимально укоротила размер печи, чтобы несильно удлинять образец. В печи теперь находится только рабочая часть образца, который испытывается.

Сейчас пробуем это оборудование. Под работу на таких машинах запланировано уже несколько перспективных исследовательских тем. Да, кстати, и частота 50 Гц тоже не просто так взята, именно с такой частотой много лет проводили испытания образцов на изгиб с вращением на машинах МВИ. Это позволит сопоставлять новые результаты с огромным объемом знаний, полученных ранее.

«От лопаток требуется жаропрочность, но и характеристики усталости тоже очень важны...»

Разработанные ВИАМ жаропрочные сплавы применяются, в частности, для изготовления лопаток, дисков и других элементов конструкций газотурбинных двигателей. Да, от них требуется жаропрочность, но и характеристики усталости не менее важны. Поэтому разработчики материала вынуждены искать компромисс между высокими статическими характеристиками и хорошим сопротивлением усталости. Такое внимание к усталости связано с циклом работы двигателя: запуск – работа – остановка, снова запуск – работа, и снова остановка, и так множество раз. Основная нагрузка во время работы – статическая, но запуск-остановку моделируют испытания на малоцикловую усталость с небольшой частотой, а высокочастотное нагружение с маленькими амплитудами во время работы – испытания на многоцикловую усталость. Нагрузки при таких циклах вроде бы малые, но в том и проявляется феномен усталости: даже небольшие, гораздо ниже предела прочности, часто в упругой области, но многократно повторяющиеся нагрузки через несколько тысяч или миллионов циклов вызывают разрушение. Усталость накапливается, и наши испытания призваны установить, каковы «пределы выносливости» жаропрочных сплавов.

Мы работаем совместно не только с коллегами, которые создают новые материалы, но и с теми, кто предлагает новые виды обработки – определяем, как влияют их новые идеи на характеристики прочности. Проводим исследования для других организаций и производств, в данный момент участвуем в проведении квалификационных испытаний материалов для нового перспективного двигателя ПД 14, разработанного пермским «Авиадвигателем». Наша задача – получить характеристики прочности в соответствии с международными нормами.

Также мы проводим исследования по определению значений характеристик прочности для материалов, которые планируются к применению в вертолетном двигателе ВК 2500 М, который разрабатывает ОАО «Климов». Работаем и с другими организациями, которые заказывают нам проверить качество их продукции или провести исследования. Бывают просто испытания, бывает определение характеристик расчетным путем, то есть мы проводим испытания партии образцов и определяем по результатам этой партии характеристики усталости. Или определяем результаты для каждого образца, то есть делаем все, что нужно конкретному заказчику.

Сейчас проводим исследования в рамках Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ). Это стало возможным благодаря новому оборудованию. Выиграли грант на исследование, в котором оно используется в полной мере. Теперь у нас есть возможность всесторонне взглянуть на материал, испытать его в новых условиях, посмотреть, как он ведет себя при управлении деформацией. Раньше только нагрузками управляли, а теперь управляем именно деформацией рабочей части образца, что позволяет получить новые результаты, понять, как меняются свойства материала в процессе испытаний.

Мы регулярно участвуем в научно-практических конференциях и других форумах. Так, некоторые производители оборудования ежегодно организуют форумы по испытательному оборудованию, и представители ВИАМа участвуют в них, чтобы ознакомиться с новыми тенденциями в разработках. Меня в 2010 и 2012 годах командировали на такие форумы в Германии. Тогда занимался инвестиционными проектами и получил возможность ознакомиться на месте с новинками. Такие командировки дают ценную возможность пообщаться с разработчиками напрямую, выяснить, понимают ли они, что от них требуется, и насколько понимаем мы, что они могут сделать. Производитель представляет свои достижения, а потенциальный заказчик, исследователь приходит со своими задачами: вот, надо решить то-то и то, а производитель оборудования отвечает: это я могу предложить для решения одних задач, вот это – для решения других, а для решения таких-то задач пока ничего нет...

Ненужного не приобретаем, потому что оборудование очень дорогое, и сначала нужно не семь, а сто семь раз отмерить, а потом уже покупать. Затраты впустую непростительны, надо очень четко проработать вопрос, досконально понять, какие у этой техники возможности?

Конечно, участвуем в российских конференциях по исследованию свойств материалов. Например, это научные чтения имени И.А. Одинга в ИМЕТе (Институте металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН) и конференции «Тестмат» в ВИАМе. Раз в два года проходят научно-технические конгрессы двигателестроения, и на последнем конгрессе, «Двигатель–2013», наша лаборатория участвовала с докладом.

Сейчас ведем собственную исследовательскую работу, где я являюсь руководителем, в рамках контракта «Безопасность». Исследуем малоцикловую усталость при жестком и мягком нагружении двух, разработанных в ВИАМе, никелевых сплавов, деформируемого ВЖ175 и литейного ВКНА 1 ВР. Отчасти при мягком нагружении мы проводили испытания и раньше, а жесткое позволяет реализовывать наше новое оборудование. Хотим не только получить новые результаты, но и сравнить, что получается при жестком нагружении, а что при мягком.

Кстати, в этом году был разработан стандарт организации на методику испытаний на малоцикловую усталость при «жестком» цикле нагружения жаропрочных сплавов для авиационных ГТД при температурах до 1100°С, а в дальнейшем у нас запланирована разработка первой редакции проекта национального стандарта по методике испытаний на малоцикловую усталость. Причем стоит задача разработать его именно в соответствии с зарубежными стандартами, чтобы учитывались требования и иностранных, и российских нормативов. Мы выяснили, в каких случаях наши требования жестче, а в каких зарубежные. Убедились: зарубежные стандарты более детально прописывают требования и к самой процедуре проведения испытания, и к оборудованию. Я считаю, что это правильный подход, поскольку он позволяет исключить посторонние факторы, получить более корректные результаты для сравнения. Строгость, четкость и детализация – не формальные требования, а важнейшие условия успеха нашей работы.

Основные публикации М.А. Горбовца последних лет:

Беляев М.С., Терентьев В.Ф., Бакрадзе М.М., Горбовец М.А., Гольдберг М.А. Малоцикловая усталость жаропрочного сплава ВЖ175 в условиях упругопластической деформации // Деформация и разрушение материалов. 2014. № 7. С. 27-33.

Горбовец М.А., Базылева О.А., Беляев М.С., Ходинев И.А. Малоцикловая усталость монокристаллического интерметаллидного сплава типа ВКНА в условиях «жесткого» нагружения // Металлург. 2014. № 8. С. 111-114.

Беляев М.С., Горбовец М.А., Кашапов О.С., Ходинев И.А. Механические свойства и структура титанового сплава ВТ41 // Цветные металлы. 2014. № 8 (860). С. 66-71.

Беляев М.С., Горбовец М.А., Кашапов О.С., Ходинев И.А. Скорость роста трещины усталости в жаропрочном титановом сплаве ВТ41 // Проблемы безопасности полетов. – 2013. №8. С. 36-45.

Горбовец М.А., Беляев М.С., Ходинев И.А. Влияние эксплуатационной температуры на скорость роста трещины усталости в интерметаллидном титановом сплаве // Авиационные материалы и технологии. – 2013. №3.

Горбовец М.А., Кошкин С.Б., Беляев М.С. Определение предела усталости жаропрочного сплава способом ступенчатого изменения нагрузки // Авиационные материалы и технологии. –2011. № 1.

Беляев М.С., Горбовец М.А., Базылева О.А. Малоцикловая усталость сплава типа ВКНА в зависимости от кристаллографической ориентации монокристаллической структуры // Сборник материалов научных чтений им. чл.-корр. РАН И.А. Одинга «Механические свойства современных авиационных материалов», 2012.

Горбовец М.А., Беляев М.С., Ходинев И.А. Методика испытаний на скорость роста трещины усталости нового жаропрочного интерметаллидного титанового сплава // ТестМат-2012. Материалы конференции. Электронное издание. 2012.

Хвацкий К.К., Горбовец М.А. Современные методы исследования высокотемпературной прочности металлических материалов // ТестМат-2013. Материалы конференции. Электронное издание, 2013.

Светлов И.Л., Петрушин Н.В., Хвацкий К.К., Беляев М.С., Горбовец М.А. Ориентационная зависимость механических свойств монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов // Международная конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». Материалы конференции. Электронное издание, 2013.

Беляев М.С., Горбовец М.А., Хвацкий К.К. Испытательное оборудование для определения механических свойств // Сборник лекций. Всероссийская научная школа для молодежи «Материалы и энергосберегающие технологии для производства ответственных деталей высокоэффективных газотурбинных двигателей, промышленных энергетических силовых установок и приводов», 2010.

Беляев М.С., Горбовец М.А., Кошкин С.Б. Определение предела выносливости жаропрочного сплава двумя различными способами // Сборник тезисов Научно-технического конгресса по двигателестроению (НТКД-2012) на 12-м международном салоне «Двигатели-2012», 2012.

Интервью провёл и подготовил для публикации кандидат филологических наук, доцент М.И. Никитин.