Назад

---

Становлення відділу акустики твердого тіла пов'язане з ім'ям проф. І. Г. Полоцького - провідного вченого в галузі фізичної акустики. У 1935 р. І. Г. Полоцький почав дослідження з ультраакустики в Україні і виконав ряд оригінальних робіт з дослідження механізмів фізичної і хімічної дії потужних ультразвукових коливань на речовину. У 1940 р. І. Г. Полоцький організував лабораторію ультразвуку в Інституті чорної металургії (м. Харків). Тут вивчалися ефекти впливу ультразвуку на процес кристалізації розплавів. У 1952 р. І. Г. Полоцький з співробітниками перейшов працювати в Лабораторію металофізики (м. Київ), а потім очолив в 1966 р. відділ ультразвукових методів дослідження металів у новоствореному Інституті металофізики АН УРСР.

З 1966 р. у відділі було виконано великий обсяг фундаментальних і прикладних робіт, розроблені акустичні методи досліджень і створені експериментальні установки для вивчення дефектів кристалічної будови в широкому діапазоні частот і температур. При вивченні амплітудно-залежного внутрішнього тертя (АЗВТ) визначено закономірності впливу домішок на рухливість дислокацій, розроблено методику дослідження мікродеформації металів, розраховано енергію взаємодії дислокацій з атомами домішок (І.Г. Полоцький, Г.Я. Бенієва, В.С. Скопін) .

Експериментальній перевірці були піддані різні теорії загасання коливань на дислокаціях, що дало можливість визначити термоактиваційні параметри їх руху в металах з різним типом гратки (І.Г. Полоцький, Г.І. Прокопенко). При експериментальній перевірці теорії М.О. Кривоглаза встановлено механізм поглинання енергії пружних коливань при фазових перетвореннях в сплавах на основі міді та кобальту (І.Г. Полоцький, М.С. Мордюк).

Відомий цикл робіт, присвячених механізмам генерації точкових дефектів під впливом потужного ультразвуку при гелієвих і азотних температурах (І.Г. Полоцький, В.Ф. Білостоцький). Сформульовано принципи зміни структури, підвищення міцності і пластичності тугоплавких металів VIA групи при обробці їх ультразвуковими і низькочастотними коливаннями (С.О. Фірстов, Г.І. Прокопенко).

За допомогою прецизійних вимірювань швидкості і загасання пружних хвиль вивчені критичні явища в кристалах при фазових переходах в умовах зовнішніх впливів. На моно-і полікристалічному хромі досліджено вплив термоциклічної та ультразвукової обробок, одновісного стиску і легування на пружні властивості в області температури Нееля (О.І. Запорожець).

У відділі постійно проводяться роботи по створенню та вдосконаленню експериментальної бази. Створені ультразвукові установки для вимірювань швидкості і загасання коливань в МГц-діапазоні частот (В.Ф. Таборов, Г.І. Прокопенко, О.І. Запорожець) і на низьких звукових частотах (В.Ф. Таборов, В.С. Скопін ). Розроблено та виготовлено лабораторний варіант багатофункціональної ультразвукової установки, яка використовується для прецизійних досліджень та діагностики металевих матеріалів ядерної енергетики та інших конструкційних і функціональних матеріалів (О.І. Запорожець, М.О. Дордієнко, В.А. Михайлівський). Проводиться також робота по створенню унікальних ультразвукових установок для неруйнівного контролю матеріалів. Розроблено і впроваджено на підприємствах України та країнах СНД установки для контролю надтвердих матеріалів і ріжучого інструменту, а також для визначення щільності напівфабрикатів та дроту з вольфраму (О.І. Запорожець). Створено методику та апаратура для реєстрації сигналів акустичної емісії (Г.І. Прокопенко, Ю.В. Ганопольський, Г.І. Кузьмич). Розроблено способи, пристрої і установки для ультразвукової ударної обробки зразків (Г.І. Прокопенко, В.П. Кривко, Б.М. Мордюк).

До істотних досягнень відносяться дослідження закономірностей поведінки пружних і непружних властивостей сплавів на основі металів з ГЦК-і ГПУ-гратками з різним типом розпаду твердого розчину. Вони покладені в основу нових уявлень про використання акустичних методів для вивчення кінетики і стадійності розпаду пересичених твердих розчинів (Т.В. Голуб, О. М. Кашевська).

Розроблено феноменологічна теорія акустопластичного  ефекту (АПЕ), що дозволила описати амплітудну, частотну і швидкісну залежності АПЕ, а також передбачити ряд екстремальних точок на температурній і швидкісний залежностях зниження деформуючих зусиль в ультразвуковому полі (О.В. Козлов, С.І. Селіцер, М.С. Мордюк).

Вивчено дислокаційні механізми виникнення сигналів акустичної емісії, які базуються на бар'єрній концепції формування локальних внутрішніх напружень з їх подальшою лавиноподібною релаксацією за рахунок акомодаційного ковзання або утворення мікротріщин. Зазначені уявлення пояснюють структурну чутливість параметрів АПЕ, залежність її активності від розміру зерна, кількості частинок другої фази, енергії дефекту упаковки, тощо (Л.В. Тіхонов, Г.І. Прокопенко).

При багаторазовій ударній дії з частотою 1–3 кГц на чисті метали (Al, Ti, Fe) і деякі сплави виявлено ефект істотного зниження межі текучості. Розроблено реологічна модель непружної поведінки пластичних матеріалів в цих умовах (Г.І. Прокопенко).

Вивчено також явище аномального масоперенесення при багаторазовому ударному навантаженні (Г.І. Прокопенко, Д.С. Герцрікен). Протягом останніх років проведені систематичні фундаментальні дослідження структуроутворення в поверхневих шарах металевих матеріалів з різним типом кристалічної гратки при інтенсивній пластичній деформації, викликаної високочастотним ударним вантаженням за допомогою ультразвукової ударної обробки (УЗУО) (Б.М. Мордюк, Г.І. Прокопенко). Результати цих досліджень лягли в основу докторської дисертації Б.М. Мордюка. Показано, що основним структуроутворюючим фактором є розмноження і перерозподіл дислокацій, яке в цілому веде до формування дезорієнтованих пористих структур в умовах динамічного повернення або рекристалізації при підвищеній концентрації вакансій. Показана суттєва роль мультисистемного двійникування і ініційованих деформацією фазових перетворень в утворенні ультрадисперсних зерен структур в матеріалах з обмеженим числом систем ковзання (ГЩУ - Ті, Zr). Встановлено, що додатковими факторами подрібнення зерен структур до нано масштабного рівня можуть бути дисперсні частинки другої фази, дисперсні порошки, введені в деформаційну зону, або дисперсні виділення фаз - продуктів розпаду метастабільною матричної фази.

Розроблено феноменологічну модель комбінованих ультразвукових впливів, яка враховує різні мікромеханізми деформаційного зміцнення. Досліджено зниження деформуючих напружень при акустопластичному ефекті, при одночасній дії ультразвуку і магнітного або електричного полів (Б.М. Мордюк). Формування ультрадисперсних і нанорозмірних зерен структур за допомогою високочастотного ударного впливу (УЗУО) дозволяє істотно підвищити демпфуючу здатність, втомну міцність, твердість, а також стійкість до корозії і зносостійкість різних металевих матеріалів (Б.М. Мордюк, Г.І. Прокопенко).

Отримані у відділі результати фундаментальних досліджень стали основою для створення різних технологій зміцнення, релаксаційної обробки та формозміни конструкційних матеріалів. Так, наприклад, запропонований спосіб поверхневого зміцнення деталей з титанових сплавів, гартованих на δ-фазу (Г.І. Прокопенко, В.Л. Свєчніков). На відміну від традиційної технології отримання металевої стрічки прокаткою, запропоновано ультразвуковий спосіб для плющення дроту і створено установку, що дозволяє отримувати якіснішу стрічку товщиною до 10 мкм, в тому числі з вольфраму та інших матеріалів (М.С. Мордюк, О.В. Козлов, Б.М. Мордюк).

У 1986 р. колективом авторів (Л.В. Тіхонов, В.А. Кононенко, Г.І. Прокопенко, В.А. Рафаловський) видано довідник «Механические свойства металлов», в якому вперше найбільш повно представлені фізико-механічні властивості практично всіх чистих металів і монокристалів, а також сталей, кольорових і тугоплавких металів і сплавів.

Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова та Інститут електрозварювання ім. Є.О.Патона Національної академії наук України, починаючи з початку 70-х років минулого сторіччя, проводили спільні роботи з впливу ультразвукової ударної обробки (УЗУО) на рівень залишкових напружень в зварних з'єднаннях. Згодом цей напрямок наукових і прикладних досліджень став базою для створення технології підвищення втомної міцності відповідальних зварних конструкцій за допомогою УЗУО. У відділі спільно Фізико-технічним науково-навчальним центром НАН України (член кор. НАН України В.Т. Черепін, Т.А. Красовський) ведуться роботи зі створення ультразвукової апаратури і потужних ультразвукових випромінювачів на п'єзокераміці до 1 кВт.

Розвивається співробітництво з закордонними дослідниками, зокрема, з Інститутом зварювання ім. Едісона (м. Колумбус, США). З 1998 року починається плідна співпраця українських інститутів з канадською компанією Integrity Testing Laboratory Inc. (ITL). За фінансової підтримки Canadian International Development Agency (CIDA) виконано ряд партнерських проектів між ITL та українськими організаціями. Були створені нові способи та обладнання для УЗУО, що сприяло прогресу у поширенні даних розробок у всьому світі. У виконанні роботи брали участь співробітники Інститутів металофізики (Г.І. Прокопенко, Б.М. Мордюк) і електрозварювання НАН України (П.П. Міхєєв, В.В. Книш), а також Національного технічного університету «КПІ» (А.Ф. Луговський, А.М. Мовчанюк). В результаті роботи було розроблено і виготовлено дослідний зразок, а потім і промислове обладнання. Фірма SINTEC Inc. налагодила збірку цих приладів в Канаді за переданої українською стороною конструкторською документацією. Обладнання використовується для обробки різноманітних конструкцій і споруд, машин і механізмів у різних країнах світу - Канаді, США, Італії, ФРН, Японії, Австралії.

В останні роки співробітниками відділу особлива увага приділяється вдосконаленню і розробці методів ультразвукового неруйнівного контролю (УЗНК) матеріалів і конструкцій ядерної енергетики. У рамках програми НАН України «Ресурс» (2004–2006 рр..) теоретично і експериментально обгрунтовано метод контролю термомеханічних навантажень на виділених ділянках корпусів ядерних реакторів типу ВВЕР в нестаціонарних теплових умовах (О.І. Запорожець, М.О. Дордієнко, В. А. Михайлівський В.В. Немошкаленко, А.І. Носарь, В.Б. Молодкін, А.П. Шпак). Метод базується на залежності від температури пружних модулів і відповідних швидкостей УЗ в матеріалах в пружно неоднорідному стані.

У рамках державної ядерної цільової програми «ЯМЯРТ» (2009–2010 рр..) співробітниками відділу (О.І. Запорожець, М.О.  Дордієнко, В.А. Михайлівський) спільно з представниками ННЦ ХФТІ (Україна) удосконалено метод ультразвукової діагностики текстури в пластинах і трубах із сплавів Zr–Nb та інших металів з ГПУ гратами. Хоча метод є менш точним, ніж нейтронографічний і рентгенівський, він є значно більш швидкодіючим і дешевшим. Через це УЗ метод більш ефективний для застосування в умовах виробництва. Дуже перспективним застосуванням даного методу є, зокрема, УЗНК тонкостінних труб-оболонок ТВЕЛ, текстура в яких суттєво впливає на їх експлуатаційні властивості.