I i II kwartał 2012

IV KONFERENCJA CZT AERONET DOLINA LOTNICZAi PANELE EKSPERTÓW PROJEKTU 25 – 26 Czerwca 2012 r.

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”

PROJEKT W SPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZW OJU REGIONALNEGO

ZB13. Opracowanie technologii przetapiania stopów niklu z zastosowaniem modyfikowania nanocząstkami proszków

RT 13. Development of the technology of remelting nickel alloys with the use of nanopowder modifications

Liderzy projektu: prof. dr hab. inż. Franciszek Binczyk, p.o lidera projektu

dr hab. Krzysztof Kubiak, prof. P.Rz.prof. dr hab. inż. Józef Śleziona

Jednostki realizujące zadanie:Politechnika Śląska

Politechnika RzeszowskaPolitechnika WarszawskaPartner przemysłowy:

WSK-PZL Rzeszów

Zadanie 4: 4.4. Określenie właściwości mechanicznych oraz odporności na wysokotemperaturowe pełzanie Zadanie 5: 5.1. Opracowanie założeń i wytycznych technologii przetapiania odzyskowego żarowytrzymałych stopó na osnowie niklu i warunków odlewania.

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

Celem badan było sprawdzenie wpływu sposobu modyfikowania (tylko objętościowego oraz łącznego powierzchniowego i objętościowego)

na kształtowanie makrostruktury i właściwości mechaniczne odlewów próbnych.

Łączny zabieg modyfikowania powierzchniowego i objętościowego wymaga umieszczenia w zbiorniku wlewowym dodatkowego filtra, zawierającego glinian kobaltu i dodatki aktywnych składników (proszek Al lub Hf).

Dodatkowym efektem rozwiązania jest podwójna filtracja stopu.

Wykonano 6 eksperymentów

1. Wytop IN-713C (1) (N, N), (forma niebieska, filtr niebieski - modyfikujący)2. Wytop IN-713C (1) (B, N), (forma biała, filtr niebieski- modyfikujący)3. Wytop MAR-247 (N, N), (forma niebieska, filtr niebieski - modyfikujący)4. Wytop MAR-247 (B, N), (forma biała, filtr niebieski- modyfikujący)5. Wytop IN-713C (2) (N, B), (forma niebieska, filtr biały - zwykły)6. Wytop IN-713C (2) (B, B), (forma niebieska, filtr biały - zwykły)

Schemat układów badawczych

Forma ceramiczna (N, N) Forma ceramiczna (B, N)

Forma ceramiczna (N, B) Forma ceramiczna (B, B)

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

Wytopy prowadzono w indukcyjnym piecu próżniowym typu IS 5/III, firmy Leybold – Heraeus. Topienie prowadzono w próżni (1,33 Pa). Ilość wsadu 8,5 kg. Temperaturę kąpieli w tyglu mierzono termoelementem zanurzeniowym Pt-PtRh10. Formy, ocieplone watą izolacyjną, przed umieszczeniem w komorze pieca podgrzewano w elektrycznym piecu oporowym do temperatury 1000oC. Temperatura odlewania wynosiła 1500oC.

Makrostruktura odlewów

IN-713C (1) (N, N)

IN-713C (1) (B, N)

MAR-247 (N, N)

MAR-247 (B, N)

IN-713C (2) (N, B)

IN-713C (2) (B, B)

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

0,382

0,062

0,868

0,085

0,245

0,042

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Lic

zba

ziar

en,

mm

-2

IN-713C(1)-(N, N)

IN-713C(1)-(B, N)

MAR-247(1)-(N, N)

MAR-247(1)-(B, N)

IN-713C(2)-(N, B)

IN-713C(2)-(B, B)

Stop

Ocena podstawowych parametrów stereologicznych makrostruktury

2,58

14,52

1,51

12,42

3,22

18,42

0

5

10

15

20

Śre

dn

ia p

ow

ierz

chn

ia z

iare

n,

mm

2

IN-713C(1)-(N, N)

IN-713C(1)-(B, N)

MAR-247(1)-(N, N)

MAR-247(1)-(B, N)

IN-713C(2)-(N, B)

IN-713C(2)-(B, B)

Stop

0,450,41

0,520,5

0,43 0,43

0,2

0,4

0,6

0,8

Ws

pó

łczy

nn

ik k

szt

ałt

u

IN-713C(1)-(N, N)

IN-713C(1)-(B, N)

MAR-247(1)-(N, N)

MAR-247(1)-(B, N)

IN-713C(2)-(N, B)

IN-713C(2)-(B, B)

Stop

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

Ocena właściwości mechanicznych w temperaturze pokojowej

895

864

965

945

885

850

800

850

900

950

1000

Rm

, M

Pa

IN-713C(1)-(N, N)

IN-713C(1)-(B, N)

MAR-247(1)-(N, N)

MAR-247(1)-(B, N)

IN-713C(2)-(N, B)

IN-713C(2)-(B, B)

Stop

775

736

868

840

775

740

700

750

800

850

900

R02

, MP

a

IN-713C(1)-(N, N)

IN-713C(1)-(B, N)

MAR-247(1)-(N, N)

MAR-247(1)-(B, N)

IN-713C(2)-(N, B)

IN-713C(2)-(B, B)

Stop

335330

360

345

335

325

300

320

340

360

380

Tw

ard

oś

ć H

B

IN-713C(1)-(N, N)

IN-713C(1)-(B, N)

MAR-247(1)-(N, N)

MAR-247(1)-(B, N)

IN-713C(2)-(N, B)

IN-713C(2)-(B, B)

Stop

R02Rm

HB

MAR-247 (B, N)

IN-713C (1) (N, N)

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

Badania odporności na wysokotemperaturowe pełzanie(Politechnika Rzeszowska)

25,35 26,72

250,25

317,38

28,2750,28

0

50

100

150

200

250

300

350

Cza

s (

tim

e),

h

IN-713C(1)-(N, N)

IN-713C(1)-(B, N)

MAR-247(1)-(N, N)

MAR-247(1)-(B, N)

IN-713C(2)-(N, B)

IN-713C(2)-(B, B)

Wytop (melt)

Porównanie wyników

Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych

Główne wnioski

1. Z przeprowadzonych badań wynika jednoznacznie, że połączenie modyfikowania powierzchniowego (powłoka modyfikująca na powierzchni licowej formy) z objętościowym (modyfikator jako składnik filtra), wpływa na uzyskanie w całej objętości odlewu struktury kryształów równoosiowych.

2. Modyfikacja tylko objętościowa sprzyja powstawaniu struktury gruboziarnistej, natomiast jednoczesna (kompleksowa) modyfikacja objętościowa i powierzchniowa wpływają korzystnie na kształtowanie struktury drobnoziarnistej.

3. Konsekwencją modyfikowania jest widoczne podwyższenie właściwości mechanicznych, zwłaszcza granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie.

4. Zbyt „silny” efekt modyfikowania niekorzystnie wpływa na wysokotemperaturową odporność na pełzanie. Próbki o strukturze drobnoziarnistej (łączna modyfikacja powierzchniowa i objętościowa) wykazują krótszy czas do momentu zniszczenia, poniżej dopuszczalnego poziomu.

5. W stosunku do poprzednich wyników stwierdzono pozytywny efekt podwójnej filtracji na właściwości wytrzymałościowe, plastyczne oraz odporność na pełzanie.

Dane do wskaźników realizacji celów projektu

Dane do wskaźników realizacji celów projektu (produktu i rezultatu) uzyskanychw pierwszym i drugim kwartale 2012:

A. Publikacje1. Binczyk F. Gradoń P, Mańka M.: Mechanical properties and creep resistance of nickel alloys

after complex modification and double filtration, Archives of Foundry Engineering, vol.12, Issue 2, 2012, pp.5-9.

W przygotowaniu:2. Binczyk F.: Ocena jakości metalurgicznej wlewków wsadowych stopów niklu, Archives of

Foundry Engineering, vol.12, Issue 4, 2012, pp. 3. Cieśla M., Mańka M., Binczyk F.: „Analiza procesów pękania w warunkach

wysokotemperaturowego pełzania próbek ze stopu IN-713C, Archives of Foundry Engineering, vol.12, Issue 4, 2012

B. Referaty1. XII Międzynarodowa Konferencja „Optymalizacja systemów Produkcji w Odlewniach”, 18. 06. 2012, Łódź. Binczyk F. „Właściwości mechaniczne i odporność na pełzanie stopów niklu po

kompleksowej modyfikacji i podwójnej filtracji” 2. Seminarium Wydziałowe (Katedra Technologii Materiałów): Binczyk F.: „Zastosowanie analizy termicznej ATD dla oceny jakości metalurgicznej wlewków

wsadowych („master heat”) ze stopów niklu IN-713c, MAR-247, M-509, CMSX-4 i IN-100”, styczeń 2012r, Katowice.

C. Prace magisterskie:C.1. Prace magisterskie ukończone: 1 (obrona 28. 06. 2012)1. Wit Piotr: „Wpływ kompleksowej modyfikacji i podwójnej filtracji na makrostrukturę,

właściwości mechaniczne i odporność na pełzanie wybranych stopów niklu”promotor: prof. dr hab. inż. Franciszek Binczyk,

Dane do wskaźników realizacji celów projektu

Dane do wskaźników realizacji celów projektu (produktu i rezultatu) uzyskanychw pierwszym i drugim kwartale 2012:

C.1. Prace magisterskie zgłoszone do realizacji: 1. „Analiza termiczna ATD jako narzędzie oceny jakości metalurgicznej odlewów i wlewków

wsadowych ze stopów niklu”: promotor: prof. dr hab. inż. Franciszek Binczyk2. „Opracowanie próby technologicznej oceny lejności i skurczu stopów niklu odlewanych

w warunkach próżni w piecu indukcyjnym”” . promotor: prof. dr hab. inż. Franciszek Binczyk3. „Analiza procesów pękania w warunkach pełzania nadstopów niklu IN713C i MAR-247”:promotor: dr hab. inż. Marek Cieśla

D. Prace doktorskie: 1. Otwarty przewód doktorski: mgr inż. Paweł Gradoń: „Procesy fizykochemiczne w układzie

forma- modyfikator-ciekły stop, kształtujące makro- i mikrostrukturę wybranych nadstopów niklu”. Przewód otwarty 15. 11. 2011r.

2. W przygotowaniu: mgr inż. Marcin Manka: Zjawiska strukturalne i mechaniczne prowadzące do pękania próbek w warunkach wysokotemperaturowego pełzania. Przewidywany termin otwarcia przewodu: 02. 2013r.

D. Prace habilitacyjne : nie planuje się

E. Liczba pracowników naukowych, realizujących zadanie badawcze: 9

F. Liczba pracowników technicznych: 3

G. Udział studentów / doktorantów / innych wykonawców (liczbowo): 5

Dane do wskaźników realizacji celów projektu

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

Lp. Wskaźnik projektu Jedn. 2009 2010 2011 2012 Suma

1Liczba instytucji (jednostek naukowych) objętych wsparciem

szt. 3 3 3 3 3 (3)

2Liczba pracowników naukowych zaangażowanych w realizację projektu (w tym kobiety)

osoby 8(1) 9(1)

+1

10(2)

+2

11(2)

+3(-2)

14(3)

14(3)

3Liczba doktorantów zaangażowanych w realizację projektu (w tym kobiety)

osoby 1 1 1 2 2 (1)

4Liczba nowych miejsc pracy (EPC) związanych z działalnością B+R powstałych w trakcie realizacji projektu (w tym kobiety)

szt. 0 0 0 0 0 (0)

5Liczba przedsiębiorstw współpracujących z jednostką naukową w trakcie realizacji projektu

szt. 1 1 1 1 1 (1)

6Liczba aparatury naukowo-badawczej zakupionej w związku ze realizowanym projektem

szt. 0 4 0 0 4 (4)

7Liczba publikacji powstałych w efekcie realizacji projektu

szt. 2 5 4 1 12 (8)

8 Liczba wygłoszonych referatów szt. 2 5 9 2 22 (10)

9 Zgłoszenia patentowe szt. 0 1 0 0 1 (1)

10 Otwarte przewody doktorskie 0 0 1 0 1 (1)

11 Liczba wykonanych prac dyplomowych (zgłoszonych) osoby 4 1 3 1 9 (6)

12 Liczba studentów zaangażowanych w realizację projektu osoby 4 3 3 3 13 (10)

Podsumowanie wskaźników (wykonane- plan) – do 30. 05. 2012r.

Stan współpracy z przedsiębiorstwami Doliny Lotniczej

Współpraca z WSK PZL Rzeszów (wspólnie ZB.13 i ZB.12)Ocena jakości metalurgicznej wlewków wsadowych „master heat”

Wyniki analizy ATD stopu MAR-M-509 - 6V6239

Tmax A 17 s 1408 °C

Tlik B 31 s 1387 °C

C 50 s 1370 °C

TEut D 70 s 1350 °C

E 109 s 1293 °C

TEut2 F 114 s 1283 °C

TEut3 G 123 s 1262 °C

Tsol H 128 s 1253 °C

Tpst I 178 s 1163 °C

Δt = tsol - tEut = 58 s

ΔT = TE – Tsol = 97oC

Wyniki analizy ATD stopu IN713C - 6V5580

Tmax A 13 s 1412 °C

Tlik B 33 s 1350 °C

C 41 s 1348 °C

? D 84 s 1312 °C

TEut E 104 s 1287 °C

Tsol F 126 s 1250 °C

Tpst G 178 s 1163 °C

Δt = tsol - tEut = 22 sΔT = TE – Tsol = 37oC

Stan współpracy z przedsiębiorstwami Doliny Lotniczej

Współpraca z WSK PZL Rzeszów (wspólnie ZB.13 i ZB.12)

Opracowanie koncepcji adaptacji pieca indukcyjnego Balzers do oceny jakości metalurgicznej wlewków „master heat” w warunkach WSK Rzeszów – kontynuacja..

Wnętrze komory z cewką indukcyjna z systemem pomiaru temperatury

The interior chamber of the induction coil temperature measurement system

Proponowane zmiany adaptacyjne pieca The proposed changes to adapt the furnace

1. Zmniejszyć objętość tygla do 1,4-1,8 litra (tygiel w tyglu),2. Zainstalować dwa dodatkowe przepusty do

pomiaru temperatury metalu w tyglu i próbniku ATD.1.Reduce the volume to 0.2 liters crucible (crucible in the crucible),

2 Install two additional culverts to measure the temperature of metal in the crucible and the sampler ATD.

0,14-0,18 litr~1,2 kg stopu

Tygiel Al2O3 (φz 60x80mm)

Stan współpracy z przedsiębiorstwami Doliny Lotniczej

Propozycje uszczegółowienia badań w ZB.13 na rok 2012 i 2013

Określenie podstawowych właściwości odlewniczych najczęściej stosowanych stopów niklu:

Determination of the basic casting properties of nickel alloys”

1. Skurcz liniowy (linear change).2. Skłonność do tworzenia jam skurczowych i porowatości

(tendency to form contraction cavity and porosity).3. Lejność (castability).

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ