Projekt kluczowy Nowoczesne technologie materia³owe...
1
INNOWACYJNA GOSPODARKA NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŒCI UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Opracowanie technologii przetapiania stopów niklu z zastosowaniem modyfikowania nanocz¹stkami proszków PROJEKT WSPÓ£FINANSOWANY PRZEZ UNIÊ EUROPEJSK¥ ZE ŒRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO Nowoczesne technologie materia³owe stosowane w przemyœle lotniczym II KONFERENCJA 14-15 Grudnia 2009 ZB 13 Projekt kluczowy Badania kalorymetryczne komponentów i mieszanin modyfikuj¹cych w celu wyznaczenia charakterystyk termicznych. Dobór sk³adu i wykonanie pastylek modyfikuj¹cych Przeprowadzenie prób przetapiania stopów niklu w stanie wyjœciowym i modyfikowanym. Obiekt prób-piec pró¿niowy Baltzers Metod¹ DSC (differential scanning calorimetry), mo¿na okreœliæ efekty cieplne reakcji chemicznych, przemian fazowych oraz procesów rozpuszczania i ogrzewania substancji czystych. Metoda jest stosowana przez bezpoœredni pomiar przep³ywu ciep³a lub jako kompensacyjna. Wyniki rejestrowane s¹ w postaci zmian przep³ywu ciep³a w jednostce czasu w zale¿noœci od temperatury. Rezultaty tej metody przedstawia siê za pomoc¹ krzywych obrazuj¹cych zale¿noœæ mierzonych w³asnoœci od temperatury. Uzyskane krzywe okreœlaj¹ szybkoœæ zmiany zadanego parametru oraz u³atwiaj¹ one rozró¿nienie efektów termicznych i precyzyjne wyznaczenie temperatury punktów przejœæ fazowych. Mikroanalityczn¹ metod¹ DSC mo¿na badaæ próbki o masie rzêdu miligramów, ró¿nych substancji organicznych i nieorganicznych. Schemat kalorymetru ró¿nicowego Multi HTC S60 przedstawia rysunek. Kalorymetr wyposa¿ony jest w oporowy piec grafitowy (1) umo¿liwiaj¹cy bezpieczn¹ pracê do 1500°C oraz powtarzalnoœæ warunków doœwiadczalnych. Wewn¹trz izolowanego termicznie pieca znajduje siê komora badawcza (2), do której opuszcza siê g³owicê pomiarow¹ HFDSC (3) z próbk¹ materia³u badanego. Obudowa g³owicy ma kszta³t wydr¹¿onego walca. Wewn¹trz komory umieszczono pionowo obok siebie dwa tygle z bezpoœrednio do nich przylegaj¹cym uk³adem termoelementów PtRh6%/PtRh30% (4). Rozmieszczenie czujników i ich charakterystyka pozwalaj¹ na analizê zmiany temperatury w zakresie od 300 do 1600°C. W pierwszym tyglu (5) umieszcza siê próbkê badanego materia³u, w drugim (6) - próbkê wzorcow¹, w której w badanym zakresie temperatury nie zachodz¹ ¿adne przemiany fazowe (proszek Al2O3). Wszystkie elementy aparatu wykonane s¹ z nieaktywnej chemicznie w wysokiej temperaturze ceramiki alundowej (Al2O3). Objêtoœæ tygli wynosi 0,45 cm3. Analiza kalorymetryczna DSC umo¿liwia bardziej dok³adna analizê krzepniêcia osnowy oraz przemian i proces ów wydzieleniowych w stanie sta³ym. Wykresy DSC umo¿liwiaj¹ wyznaczenie ciep³a zachodz¹cych przemian oraz obserwacjê przemian fazowych podczas nagrzewania i topnienia. Wykresy DSC wskazuj¹ na wydzielanie siê pierwotnych faz miêdzymetalicznych, lub wêglików, które mog¹ stanowiæ podk³adki do zarodkowania i wzrostu kryszta³ów osnowy. Zaproponowano nastêpuj¹ce sk³ady mieszanin modyfikuj¹cych, dla których zmiana entalpii swobodnej procesu redukcji Co rokuje powodzenie podczas zabiegu modyfikowania: 1. 10% (CoO・Al2O3) + 20% proszek Al + 75% m¹czka cyrkonowa + 5% krzemionka koloidalna (spoiwo) 2. 10% (CoO・Al2O3) + 10% proszek Al + 10% proszek Ti + 65% 75% m¹czka cyrkonowa + 5% krzemionka koloidalna (spoiwo). 3. 10% (CoO・Al2O3) + 10% Hf ( proszek) + 75% m¹czka cyrkonowa + 5% krzemionka koloidalna (spoiwo) 4. 20% (CoO・Al2O3) + 10% miszmetal ( wiórki) + 65% 75%m¹czka cyrkonowa + 5% krzemionka koloidalna (spoiwo). Pastylki modyfikuj¹ce Wykonano seriê obliczeñ zmian entalpii swobodnej reakcji glinianu kobaltu CoAl2O4 z 9 podstawowymi sk³adnikami stopów niklu: Cr, Al, Ti, Ni, Mo, Nb, Ta, Zr i Hf oraz dla Si, Mg, Fe, La, Ce 1-P 1-O 1-C 1-B 1-E 1-F 1-G 1-D 1-K 1-N 1-L 1-M 1-A 1-I 1-J 1-H -300 -270 -240 -210 -180 -150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90 Entalpia swobodna ÄG, kJ -300 -270 -240 -210 -180 -150 -120 -90 -60 -30 0 Entalpia swobodna ? G, kJ -300 -270 -240 -210 -180 -150 -120 -90 -60 -30 0 Entalpia swobodna ? G, kJ -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 Entalpia swobodna ? G, kJ -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 Entalpia swobodna ? G, kJ CoO · Al 2 O 3 + Mg ? Co + MgO + Al 2 O 3 2(CoO · Al 2 O 3 ) + Si ? 2Co + SiO 2 + Al 2 O 3 4(CoO · Al 2 O 3 ) + 3Fe ? 4Co + Fe 3 O 4 + 4Al 2 O 3 3(CoO · Al 2 O 3 ) + 2Ce ? 3Co + Ce 2 O 3 + 3Al 2 O 3 2(CoO · Al 2 O 3 ) + Ce ? 2Co + CeO 2 + 2Al 2 O 3 3(CoO · Al 2 O 3 ) + 2La ? 3Co + La 2 O 3 + 3Al 2 O 3 CoO · Al 2 O 3 + 1/2Hf ? Co + 1/2HfO 2 + Al 2 O 3 CoO · Al 2 O 3 + 1/2Zr ? Co + 1/2ZrO 2 + Al 2 O 3 CoO · Al 2 O 3 + Ti ? Co + TiO + Al 2 O 3 1,5(CoO · Al 2 O 3 ) + 3/2Al ? Co + 2Al 2 O 3 3(CoO · Al 2 O 3 ) + 2Ti ? 3Co + Ti 2 O 3 + 3Al 2 O 3 5(CoO · Al 2 O 3 ) + 3Ti ? 5Co + Ti 3 O 5 + Al 2 O 3 7(CoO · Al 2 O 3 ) + 4Ti ? 7Co + Ti 4 O 7 + 7Al 2 O 3 2(CoO · Al 2 O 3 ) + Ti ? 2Co + TiO 2 + 2Al 2 O 3 CoO·Al 2 O 3 + Nb ? Co + NbO + Al 2 O 3 1100 do 1200 o C Najsilniejsze dzialanie redukujace w procesie uwalniania czastek (jonów) Co odgrywaja Al, Ti, Nb i Hf (skladniki stopów niklu) oraz Ce, La i Mg. Wykres DSC -CoAl2O4 Wykres DSC -CoAl2O4 + proszek Al I efekt egzotermiczny II efekt egzotermiczny Wykres DSC - Almetal + powloka(10% CoAl2O4+ZrSiO4 2 efekty egzotermiczne Wykonanie analiz chemicznych przygotowanych preparatów Weight % Al-K Si-K Co-K Zr-K Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(5)_pt1 85.82 8.18 0.68 5.32 Atom % Al-K Si-K Co-K Zr-K Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(5)_pt1 89.81 8.22 0.33 1.65 Weight % Al-K Si-K Co-K Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(4)_pt1 64.73 2.44 32.83 Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(4)_pt2 100.00 Atom % Al-K Si-K Co-K Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(4)_pt1 78.84 2.85 18.31 Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(4)_pt2 100.00 Weight % Al-K Si-K Fe-K Co-K Zr-K Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(2)_pt1 40.31 5.61 54.08 Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(2)_pt2 64.07 1.84 0.85 33.24 Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(2)_pt3 100.00 Wykonano: 1. Ocene wp³ywu czterokrotnego przetopu wlewków „master heat” ze stopów IN-713C, IN-100 i MAR-247 na zmiany sk³adu chemicznego. 2. Analizê ATD po ka¿dorazowym przetopie. 3. Badania makro- i mikrostruktury próbek po kolejnych przetopach. 4. Mikroanalizê sk³adu chemicznego osnowy i innych sk³adników fazowych po ka¿dym przetopie. 5. Zgromadzone wymagan¹ iloœæ odpadów poprodukcyjnych (odlewy wadliwe, uk³ady wlewowe) do badañ nad wp³ywem przetapiania na zmianê sk³adu chemicznego i struktury odlewów. 6. Przygotowano formy ceramiczne do dalszych badañ. IN-713C – Heat 7V1532 0,01 0,001 0,07 <0,05 2,19 0,001 0,06 <0,1 <0,5 4,21 0,83 <0,1 6,13 13,52 reszta O,102 0,01 0,001 0,07 <0,05 2,19 0,001 0,06 <0,1 <0,5 4,21 0,83 <0,1 6,13 13,52 reszta O,102 Si Cu Fe Ta Nb Mn Zr W Hf Mo Ti Co Al Cr Ni C 0,35 0,5 1,0 - 3,0 0,35 0,12 - - 5,5 1,25 1,0 6,50 15,00 reszta 0,20 Max - - - - 1.0 - 0,05 - - 3,5 0,75 - 5,50 13,00 reszta - Min 0,35 0,5 1,0 - 3,0 0,35 0,12 - - 5,5 1,25 1,0 6,50 15,00 reszta 0,20 Max - - - - 1.0 - 0,05 - - 3,5 0,75 - 5,50 13,00 reszta - Min MAR-247 – Heat 3V4253 0,01 <0,001 0,047 3,17 <0,05 0,001 0,032 9,98 1,40 0,65 1.00 10,0 5,59 8,33 reszta 0,15 0,01 <0,001 0,047 3,17 <0,05 0,001 0,032 9,98 1,40 0,65 1.00 10,0 5,59 8,33 reszta 0,15 Si Cu Fe Ta Nb Mn Zr W Hf Mo Ti Co Al Cr Ni C 0,15 0,1 0,25 3,30 0,1 0,2 0,08 10,50 1,60 0,80 1,20 11,0 5,70 8,80 reszta 0,17 Max - - - 2,80 - - 0,03 9,50 1,20 0,50 0,90 9,0 5,30 8,00 reszta 0,13 Min 0,15 0,1 0,25 3,30 0,1 0,2 0,08 10,50 1,60 0,80 1,20 11,0 5,70 8,80 reszta 0,17 Max - - - 2,80 - - 0,03 9,50 1,20 0,50 0,90 9,0 5,30 8,00 reszta 0,13 Min IN-100 – Heat 3V4101 0,01 0,001 0,04 <0,05 <0,05 0,001 0,03 0,80 <0,5 3,01 4,66 13,41 5,66 8,56 reszta 0,161 0,01 0,001 0,04 <0,05 <0,05 0,001 0,03 0,80 <0,5 3,01 4,66 13,41 5,66 8,56 reszta 0,161 Si Cu Fe Ta Nb Mn Zr V Hf Mo Ti Co Al Cr Ni C 0,2 - 0,3 - - 0,2 0,09 1,2 - 4,00 5,00 17,00 6,00 11,00 reszta 0,20 Max - - - - - - 0,03 0,7 - 2,00 4,50 13,00 5,00 8,00 reszta 0,15 Min 0,2 - 0,3 - - 0,2 0,09 1,2 - 4,00 5,00 17,00 6,00 11,00 reszta 0,20 Max - - - - - - 0,03 0,7 - 2,00 4,50 13,00 5,00 8,00 reszta 0,15 Min Wytopy prowadzono w indukcyjnym piecu typu VSG-02 (firmy Balzers), w tyglu z Al203. Masa wsadu – 1,2 kg (masa odlewu 0,8kg). Po pobraniu próbek na sk³ad chemiczny i badania struktury, odlew ponownie przetapiano. Przeprowadzono 4 przetopy. Formy, przed umieszczeniem w komorze pieca podgrzewano do 750oC. Temperaturê ciek³ego metalu oraz temperaturê formy ceramicznej kontrolowano termoelementem zanurzeniowym Pt-PtRh10. Temperatura odlewania stopu do formy wynosi³a oko³o 1480oC. 0,779 0,542 0,105 0,086 0,786 0,539 0,102 0,033 0,776 0,589 0,097 0,029 0,782 0,554 0,096 0,032 0,761 0,54 0,102 0,03 0 0,25 0,5 0,75 1 Zawartoœæ, % Wlewek Przetop 1 Przetop 2 Przetop 3 Przetop 4 Operacja technologiczna V Si Nb C Prace mgr, dr, hab • Damian Broda : „Wp³yw modyfikacji i intensywnoœci stygniêcia na twardoœæ odlewów oraz mikrotwardoœæ sk³adników fazowych stopu IN-713C”, Promotor: prof. dr hab. iný. Franciszek Binczyk • Marcin Milewski: „Wp³yw modyfikacji i intensywnoœci stygniêcia na mikrostrukturê nadstopu niklu IN-713C” Promotor: prof. dr hab. iný. Franciszek Binczyk • Pawe³ Gradoñ: „Obliczenia termodynamiczne i pomiary kalorymetryczne w uk³adach: modyfikator - sk³adniki nadstopu niklu IN-713C” , Promotor: prof. dr hab. iný. Franciszek Binczyk • Ma³gorzata Czy¿o: Wp³yw modyfikowania i intensywnoœci stygniêcia na makrostrukturê odlewów ze stopu IN-713C”, Promotor: prof. dr hab. iný. Franciszek Binczyk Publikacje • Binczyk F., Œleziona J.: Phase transformations and microstructure of IN-713C nickel superalloy. Archives of Foundry Engineering, vol. 9, Issue 2, str.109-113. • Binczyk F., Œleziona J.: Macrostructure of IN-713C superalloy after volume modification Archives of Foundry Engineering, vol. 9, Issue 2, str.105-109 • Binczyk F., Œleziona J., Przeliorz R.: Calorimetric examination of mixtures for modification of nickel and cobalt superalloys, Archives of Foundry Engineering, vol. 9, Issue 2, str.97-101. • Binczyk F., Œleziona J.: Macro- and microhardness of IN-713C nickel superalloy constituents, Archives of Foundry Engineering, vol. 9, issue 4, str.9-13. • Binczyk F., Œleziona J., Koœcielna A.: Effect of modification and cooling rate on the macrostructure of IN-713C alloy, Archives of Foundry Engineering, vol. 9, issue 3, str.13-17. • Binczyk F., Œleziona J., Koœcielna A.: Effect of modification and cooling rate on the microstructure of IN-713C alloy, Archives of Foundry Engineering, vol. 9, issue 4, str.5-9. 9,83 7,16 5,99 10,7 7,15 5,92 10,7 7,29 5,93 10,5 7,35 5,92 10,6 7,19 5,87 4 6 8 10 12 Zawartoœæ, % Wlewek Przetop 1 Przetop 2 Przetop 3 Przetop 4 Operacja technologiczna Co Cr Al. 4,39 3,04 4,26 2,95 4,24 2,92 4,21 2,93 4,18 2,99 2 3 4 5 6 Zawartoœæ, % Wlewek Przetop 1 Przetop 2 Przetop 3 Przetop 4 Operacja technologiczna Ti Mo 13,0 6,82 4,12 13,1 6,68 4,13 13,2 6,71 4,24 13,1 6,74 4,13 13,0 6,73 4,18 0 5 10 15 Zawartoœæ, % Wlewek Przetop 1 Przetop 2 Przetop 3 Przetop 4 Operacja technologiczna Cr Al. Mo 2,22 0,824 0,165 2,22 0,857 0,413 2,26 0,846 0,404 2,21 0,841 0,413 2,2 0,825 0,404 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Zawartoœæ, % Wlewek Przetop 1 Przetop 2 Przetop 3 Przetop 4 Operacja technologiczna Nb Ti Co Wyniki badan dla stopu IN-713C Wyniki badan dla stopu MAR-247 1,92 1,06 0,495 1,71 1,06 0,482 1,68 1,04 0,466 1,55 1,05 0,478 1,46 1,06 0,485 0,2 0,6 1 1,4 1,8 2,2 Zawartoœæ, % Wlewek Przetop 1 Przetop 2 Przetop 3 Przetop 4 Operacja technologiczna Hf Ti Mo 9,83 9,56 10,7 9,51 10,7 9,58 10,5 9,89 10,6 9,76 8 9 10 11 12 Zawartoœæ, % Wlewek Przetop 1 Przetop 2 Przetop 3 Przetop 4 Operacja technologiczna Co W 6,56 6,17 3,84 6,51 6,11 3,62 6,54 6,2 3,52 6,44 6,18 3,61 6,45 6,15 3,7 0 3 6 9 Zawartoœæ, % Wlewek Przetop 1 Przetop 2 Przetop 3 Przetop 4 Operacja technologiczna Cr Al. Ta Wyniki badan dla stopu IN-100 0,0546 0,0523 0,02 0,002 0,0544 0,0467 0,02 0,002 0,0548 0,0466 0,02 0,002 0,0545 0,0499 0,02 0,002 0,0536 0,0484 0,02 0,002 0 0,02 0,04 0,06 Zawartoœæ, % Wlewek Przetop 1 Przetop 2 Przetop 3 Przetop 4 Operacja technologiczna Zr Fe W C 1. Kolejne przetopy nie wplywaja istotnie na zmiane skladu chemicznego. 2. Nieznacznemu obnizeniu (zgarowi) ulega jedynie Al. 1. Kolejne przetopy wplywaja na zmiane skladu chemicznego. 2. Obnizeniu (zgarowi) ulegaja Cr, Ta, Hf, a zwlaszcza C! 1. Kolejne przetopy nie wplywaja istotnie na zmiane skladu chemicznego. 2. Nieznacznemu obnizeniu (zgarowi) ulegaja Al ,Ti, a zwlaszcza C! Politechnika Œl¹ska, Politechnika Warszawska, Politechnika Rzeszowska WskaŸniki relizacji celów projektu Warunki procesu
Transcript of Projekt kluczowy Nowoczesne technologie materia³owe...
INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŒCI
UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Opracowanie technologii przetapiania stopów niklu z zastosowaniem modyfikowania nanocz¹stkami proszków
PROJEKT WSPÓ£FINANSOWANY PRZEZ UNIÊ EUROPEJSK¥ ZE ŒRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO
Nowoczesne technologie materia³owe stosowane w przemyœle lotniczym
II KONFERENCJA 14-15 Grudnia 2009 ZB 13
Projekt kluczowy
Badania kalorymetryczne komponentów i mieszanin modyfikuj¹cych w celu wyznaczenia charakterystyk termicznych. Dobór sk³adu i wykonanie pastylek modyfikuj¹cych
Przeprowadzenie prób przetapiania stopów niklu w stanie wyjœciowym i modyfikowanym. Obiekt prób-piec pró¿niowy Baltzers
Metod¹ DSC (differential scanning calorimetry), mo¿na okreœliæ efekty cieplne reakcji chemicznych, przemian fazowych oraz procesów rozpuszczania i ogrzewania substancji czystych. Metoda jest stosowana przez bezpoœredni pomiar przep³ywu ciep³a lub jako kompensacyjna. Wyniki rejestrowane s¹ w postaci zmian przep³ywu ciep³a w jednostce czasu w zale¿noœci od temperatury. Rezultaty tej metody przedstawia siê za pomoc¹ krzywych obrazuj¹cych zale¿noœæ mierzonych w³asnoœci od temperatury. Uzyskane krzywe okreœlaj¹ szybkoœæ zmiany zadanego parametru oraz u³atwiaj¹ one rozró¿nienie efektów termicznych i precyzyjne wyznaczenie temperatury punktów przejœæ fazowych. Mikroanalityczn¹ metod¹ DSC mo¿na badaæ próbki o masie rzêdu miligramów, ró¿nych substancji organicznych i nieorganicznych.Schemat kalorymetru ró¿nicowego Multi HTC S60 przedstawia rysunek.Kalorymetr wyposa¿ony jest w oporowy piec grafitowy (1) umo¿liwiaj¹cy bezpieczn¹ pracê do 1500°C oraz powtarzalnoœæ warunków doœwiadczalnych. Wewn¹trz izolowanego termicznie pieca znajduje siê komora badawcza (2), do której opuszcza siê g³owicê pomiarow¹ HFDSC (3) z próbk¹ materia³u badanego. Obudowa g³owicy ma kszta³t wydr¹¿onego walca.
Wewn¹trz komory umieszczono pionowo obok siebie dwa tygle z bezpoœrednio do nich przylegaj¹cym uk³adem termoelementów PtRh6%/PtRh30% (4). Rozmieszczenie czujników i ich charakterystyka pozwalaj¹ na analizê zmiany temperatury w zakresie od 300 do 1600°C. W pierwszym tyglu (5) umieszcza siê próbkê badanego materia³u, w drugim (6) - próbkê wzorcow¹, w której w badanym zakresie temperatury nie zachodz¹ ¿adne przemiany fazowe (proszek Al2O3). Wszystkie elementy aparatu wykonane s¹ z nieaktywnej chemicznie w wysokiej temperaturze ceramiki alundowej (Al2O3). Objêtoœæ tygli wynosi 0,45 cm3.
Analiza kalorymetryczna DSC umo¿liwia bardziej dok³adna analizê krzepniêcia osnowy oraz przemian i proces ów wydzieleniowych w stanie sta³ym.Wykresy DSC umo¿liwiaj¹ wyznaczenie ciep³a zachodz¹cych przemian oraz obserwacjê przemian fazowych podczas nagrzewania i topnienia.Wykresy DSC wskazuj¹ na wydzielanie siê pierwotnych faz miêdzymetalicznych, lub wêglików, które mog¹ stanowiæ podk³adki
do zarodkowania i wzrostu kryszta³ów osnowy.
Zaproponowano nastêpuj¹ce sk³ady mieszanin modyfikuj¹cych, dla których zmiana entalpii swobodnej procesu redukcji Co rokuje powodzenie podczas zabiegu modyfikowania:
1. 10% (CoO・Al2O3) + 20% proszek Al +75%m¹czka cyrkonowa + 5% krzemionka koloidalna (spoiwo)
2. 10% (CoO・Al2O3) + 10% proszek Al + 10% proszek Ti + 65%
75%m¹czka cyrkonowa + 5% krzemionka koloidalna (spoiwo).
3. 10% (CoO・Al2O3) + 10% Hf (proszek) + 75%m¹czka cyrkonowa + 5% krzemionka koloidalna (spoiwo)
4. 20% (CoO・Al2O3) + 10% miszmetal (wiórki) + 65% 75%m¹czka cyrkonowa + 5% krzemionka koloidalna (spoiwo).
Pastylki modyfikuj¹ce
Wykonano seriê obliczeñ zmian entalpii swobodnej reakcji glinianu kobaltu CoAl2O4 z 9 podstawowymi sk³adnikami stopów niklu: Cr, Al, Ti, Ni, Mo, Nb, Ta, Zr i Hf oraz dla Si, Mg, Fe, La, Ce
1-P
1-O
1-C
1-B
1-E
1-F
1-G
1-D
1-K
1-N
1-L
1-M
1-A
1-I
1-J
1-H
-300 -270 -240 -210 -180 -150 -120 -90 -60 -30 0 30 60 90
Entalpia swobodna ÄG, kJ
-300 -270 -240 -210 -180 -150 -120 -90 -60 -30 0
Entalpia swobodna ? G, kJ
-300 -270 -240 -210 -180 -150 -120 -90 -60 -30 0
Entalpia swobodna ? G, kJ
-350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0
Entalpia swobodna ? G, kJ
-350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0
Entalpia swobodna ? G, kJ
CoO · Al2O3 + Mg ? Co + MgO + Al2O3
2(CoO · Al2O3) + Si ? 2Co + SiO2 + Al2O3
4(CoO · Al2O3) + 3Fe ? 4Co + Fe3O4 + 4Al2O3
CoO · Al2O3 + Mg ? Co + MgO + Al2O3
2(CoO · Al2O3) + Si ? 2Co + SiO2 + Al2O3
4(CoO · Al2O3) + 3Fe ? 4Co + Fe3O4 + 4Al2O3
3(CoO · Al2O3) + 2Ce ? 3Co + Ce2O3 + 3Al2O3
2(CoO · Al2O3) + Ce ? 2Co + CeO2 + 2Al2O3
3(CoO · Al2O3) + 2La ? 3Co + La2O3 + 3Al2O3
3(CoO · Al2O3) + 2Ce ? 3Co + Ce2O3 + 3Al2O3
2(CoO · Al2O3) + Ce ? 2Co + CeO2 + 2Al2O3
3(CoO · Al2O3) + 2La ? 3Co + La2O3 + 3Al2O3
CoO · Al2O3 + 1/2Hf ? Co + 1/2HfO2 + Al2O3
CoO · Al2O3 + 1/2Zr ? Co + 1/2ZrO2 + Al2O3
CoO · Al2O3 + Ti ? Co + TiO + Al2O3
1,5(CoO · Al2O3) + 3/2Al ? Co + 2Al2O3
3(CoO · Al2O3) + 2Ti ? 3Co + Ti2O3+ 3Al2O3
5(CoO · Al2O3) + 3Ti ? 5Co + Ti3O5 + Al2O3
7(CoO · Al2O3) + 4Ti ? 7Co + Ti4O7 + 7Al2O3
2(CoO · Al2O3) + Ti ? 2Co + TiO2 + 2Al2O3
CoO·Al2O3 + Nb ? Co + NbO + Al2O3
CoO · Al2O3 + 1/2Hf ? Co + 1/2HfO2 + Al2O3
CoO · Al2O3 + 1/2Zr ? Co + 1/2ZrO2 + Al2O3
CoO · Al2O3 + Ti ? Co + TiO + Al2O3
1,5(CoO · Al2O3) + 3/2Al ? Co + 2Al2O3
3(CoO · Al2O3) + 2Ti ? 3Co + Ti2O3+ 3Al2O3
5(CoO · Al2O3) + 3Ti ? 5Co + Ti3O5 + Al2O3
7(CoO · Al2O3) + 4Ti ? 7Co + Ti4O7 + 7Al2O3
2(CoO · Al2O3) + Ti ? 2Co + TiO2 + 2Al2O3
CoO·Al2O3 + Nb ? Co + NbO + Al2O3
CoO · Al2O3 + 1/2Hf ? Co + 1/2HfO2 + Al2O3
CoO · Al2O3 + 1/2Zr ? Co + 1/2ZrO2 + Al2O3
CoO · Al2O3 + Ti ? Co + TiO + Al2O3
1,5(CoO · Al2O3) + 3/2Al ? Co + 2Al2O3
3(CoO · Al2O3) + 2Ti ? 3Co + Ti2O3+ 3Al2O3
5(CoO · Al2O3) + 3Ti ? 5Co + Ti3O5 + Al2O3
7(CoO · Al2O3) + 4Ti ? 7Co + Ti4O7 + 7Al2O3
2(CoO · Al2O3) + Ti ? 2Co + TiO2 + 2Al2O3
CoO·Al2O3 + Nb ? Co + NbO + Al2O3
1100 do 1200oC
Najsilniejsze dzialanie redukujace w procesie uwalniania czastek (jonów) Co odgrywaja Al, Ti, Nb i Hf (skladniki stopów niklu) oraz Ce, La i Mg.
Wykres DSC -CoAl2O4
Wykres DSC -CoAl2O4 + proszek Al
I efekt egzotermicznyI efekt egzotermicznyII efekt egzotermicznyII efekt egzotermiczny
Wykres DSC - Almetal + powloka(10% CoAl2O4+ZrSiO4
2 efekty egzotermiczne2 efekty egzotermiczne
Wykonanie analiz chemicznych przygotowanych preparatów
Weight % Al-K Si-K Co-K Zr-K
Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(5)_pt1 85.82 8.18 0.68 5.32
Atom %
Al-K Si-K Co-K Zr-K
Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(5)_pt1 89.81 8.22 0.33 1.65
Weight % Al-K Si-K Co-K
Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(4)_pt1 64.73 2.44 32.83 Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(4)_pt2 100.00
Atom % Al-K Si-K Co-K
Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(4)_pt1 78.84 2.85 18.31 Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(4)_pt2 100.00
Weight % Al-K Si-K Fe-K Co-K Zr-K
Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(2)_pt1 40.31 5.61 54.08 Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(2)_pt2 64.07 1.84 0.85 33.24 Al+(CoAl2O3+ZrSiO4)(2)_pt3 100.00
Wykonano:1. Ocene wp³ywu czterokrotnego przetopu wlewków „master heat” ze stopów IN-713C, IN-100 i MAR-247 na zmiany sk³adu chemicznego.2. Analizê ATD po ka¿dorazowym przetopie.
3. Badania makro- i mikrostruktury próbek po kolejnych przetopach.
4. Mikroanalizê sk³adu chemicznego osnowy i innych sk³adników fazowych po ka¿dym przetopie.
5. Zgromadzone wymagan¹ iloœæ odpadów poprodukcyjnych (odlewy wadliwe, uk³ady wlewowe) do badañ nad wp³ywem przetapiania na zmianê sk³adu chemicznego i struktury odlewów.
6. Przygotowano formy ceramiczne do dalszych badañ.
IN-713C – Heat 7V1532
0,010,0010,07<0,052,190,0010,06<0,1<0,54,210,83<0,16,1313,52resztaO,102
SiCuFeTaNbMnZrWHfMoTiCoAlCrNiC
0,010,0010,07<0,052,190,0010,06<0,1<0,54,210,83<0,16,1313,52resztaO,102
SiCuFeTaNbMnZrWHfMoTiCoAlCrNiC
0,350,51,0-3,00,350,12--5,51,251,06,5015,00reszta0,20Max
----1.0-0,05--3,50,75-5,5013,00reszta-Min
0,350,51,0-3,00,350,12--5,51,251,06,5015,00reszta0,20Max
----1.0-0,05--3,50,75-5,5013,00reszta-Min
MAR-247 – Heat 3V4253
0,01<0,0010,0473,17<0,050,0010,0329,981,400,651.0010,05,598,33reszta0,15
SiCuFeTaNbMnZrWHfMoTiCoAlCrNiC
0,01<0,0010,0473,17<0,050,0010,0329,981,400,651.0010,05,598,33reszta0,15
SiCuFeTaNbMnZrWHfMoTiCoAlCrNiC
0,150,10,253,300,10,20,0810,501,600,801,2011,05,708,80reszta0,17Max
---2,80--0,039,501,200,500,909,05,308,00reszta0,13Min
0,150,10,253,300,10,20,0810,501,600,801,2011,05,708,80reszta0,17Max
---2,80--0,039,501,200,500,909,05,308,00reszta0,13Min
IN-100 – Heat 3V4101
0,010,0010,04<0,05<0,050,0010,030,80<0,53,014,6613,415,668,56reszta0,161
SiCuFeTaNbMnZrVHfMoTiCoAlCrNiC
0,010,0010,04<0,05<0,050,0010,030,80<0,53,014,6613,415,668,56reszta0,161
SiCuFeTaNbMnZrVHfMoTiCoAlCrNiC
0,2-0,3--0,20,091,2-4,005,0017,006,0011,00reszta0,20Max
------0,030,7-2,004,5013,005,008,00reszta0,15Min
0,2-0,3--0,20,091,2-4,005,0017,006,0011,00reszta0,20Max
------0,030,7-2,004,5013,005,008,00reszta0,15Min
Wytopy prowadzono w indukcyjnym piecu typu VSG-02 (firmy Balzers), w tyglu z Al203.
Masa wsadu – 1,2 kg (masa odlewu 0,8kg). Po pobraniu próbek na sk³ad chemiczny i badania struktury, odlew ponownie przetapiano. Przeprowadzono 4 przetopy.
Formy, przed umieszczeniem w komorze pieca podgrzewano do 750oC.
Temperaturê ciek³ego metalu oraz temperaturê formy ceramicznej kontrolowano termoelementem zanurzeniowym Pt-PtRh10.
Temperatura odlewania stopu do formy wynosi³a oko³o 1480oC.
0,779
0,542
0,105
0,086
0,786
0,539
0,102
0,033
0,776
0,589
0,097
0,029
0,782
0,554
0,096
0,032
0,761
0,54
0,102
0,03
0
0,25
0,5
0,75
1
Zaw
art
oϾ,
%
Wlewek Przetop 1 Przetop 2 Przetop 3 Przetop 4
Operacja technologiczna
V
Si
Nb
CPrace mgr, dr, hab·Damian Broda : „Wp³yw modyfikacji i intensywnoœci
stygniêcia na twardoœæ odlewów oraz mikrotwardoœæ sk³adników fazowych stopu IN-713C”, Promotor: prof. dr hab. iný. Franciszek Binczyk
·Marcin Milewski: „Wp³yw modyfikacji i intensywnoœci stygniêcia na mikrostrukturê nadstopu niklu IN-713C”Promotor: prof. dr hab. iný. Franciszek Binczyk
·Pawe³ Gradoñ: „Obliczenia termodynamiczne i pomiary kalorymetryczne w uk³adach: modyfikator -sk³adniki nadstopu niklu IN-713C” ,Promotor: prof. dr hab. iný. Franciszek Binczyk
·Ma³gorzata Czy¿o: Wp³yw modyfikowania i intensywnoœci stygniêcia na makrostrukturê odlewów ze stopu IN-713C”, Promotor: prof. dr hab. iný. Franciszek Binczyk
Publikacje·Binczyk F., Œleziona J.: Phase transformations and
microstructure of IN-713C nickel superalloy. Archives of Foundry Engineering, vol. 9, Issue 2, str.109-113.
·Binczyk F., Œleziona J.: Macrostructure of IN-713C superalloy after volume modification Archives of Foundry Engineering, vol. 9, Issue 2, str.105-109
·Binczyk F., Œleziona J., Przeliorz R.: Calorimetric examination of mixtures for modification of nickel and cobalt superalloys, Archives of Foundry Engineering, vol. 9, Issue 2, str.97-101.
·Binczyk F., Œleziona J.: Macro- and microhardness of IN-713C nickel superalloy constituents, Archives of Foundry Engineering, vol. 9, issue 4, str.9-13.
·Binczyk F., Œleziona J., Koœcielna A.: Effect of modification and cooling rate on the macrostructure of IN-713C alloy, Archives of Foundry Engineering, vol. 9, issue 3, str.13-17.
·Binczyk F., Œleziona J., Koœcielna A.: Effect of modification and cooling rate on the microstructure of IN-713C alloy, Archives of Foundry Engineering, vol. 9, issue 4, str.5-9.
9,83
7,16
5,99
10,7
7,15
5,92
10,7
7,29
5,93
10,5
7,35
5,92
10,6
7,19
5,87
4
6
8
10
12
Za
wa
rto
Ͼ
,%
Wlewek Przetop 1 Przetop 2 Przetop 3 Przetop 4
Operacja technologiczna
Co
Cr
Al.
4,39
3,04
4,26
2,95
4,24
2,92
4,21
2,93
4,18
2,99
2
3
4
5
6
Zaw
art
oϾ,
%
Wlewek Przetop 1 Przetop 2 Przetop 3 Przetop 4
Operacja technologiczna
Ti
Mo
13,0
6,82
4,12
13,1
6,68
4,13
13,2
6,71
4,24
13,1
6,74
4,13
13,0
6,73
4,18
0
5
10
15
Zaw
art
oϾ,%
Wlewek Przetop 1 Przetop 2 Przetop 3 Przetop 4
Operacja technologiczna
Cr
Al.
Mo
2,22
0,824
0,165
2,22
0,857
0,413
2,26
0,846
0,404
2,21
0,841
0,413
2,2
0,825
0,404
0
0,5
1
1,5
2
2,5
Zaw
arto
Ͼ,%
Wle w e k Prze top 1 Prze top 2 Prze top 3 Prze top 4
Operacja technologiczna
Nb
Ti
Co
Wyniki badan dla stopu IN-713C Wyniki badan dla stopu MAR-247
1,92
1,06
0,495
1,71
1,06
0,482
1,68
1,04
0,466
1,55
1,05
0,478
1,46
1,06
0,485
0,2
0,6
1
1,4
1,8
2,2
Za
wa
rto
Ͼ
,%
Wlewek Przetop 1 Przetop 2 Przetop 3 Przetop 4
Operacja technologiczna
Hf
Ti
Mo
9,83
9,56
10,7
9,51
10,7
9,58
10,5
9,89
10,6
9,76
8
9
10
11
12
Za
wa
rto
Ͼ
,%
Wlewek Przetop 1 Przetop 2 Przetop 3 Przetop 4
Operacja technologiczna
Co
W
6,56
6,17
3,84
6,516,11
3,62
6,54
6,2
3,52
6,446,18
3,61
6,456,15
3,7
0
3
6
9
Za
wa
rto
Ͼ
,%
Wlewek Przetop 1 Przetop 2 Przetop 3 Przetop 4
Operacja technologiczna
Cr
Al.
Ta
Wyniki badan dla stopu IN-100
0,0546
0,0523
0,02
0,002
0,0544
0,0467
0,02
0,002
0,0548
0,0466
0,02
0,002
0,0545
0,0499
0,02
0,002
0,0536
0,0484
0,02
0,002
0
0,02
0,04
0,06
Zaw
arto
Ͼ,%
Wlew ek Prze top 1 Prze top 2 Prze top 3 Prze top 4
Operacja technologiczna
Zr
Fe
W
C
1. Kolejne przetopy nie wplywaja istotnie na zmianeskladu chemicznego.
2. Nieznacznemu obnizeniu (zgarowi) ulega jedynie Al.
1. Kolejne przetopy wplywaja na zmiane skladu chemicznego.2. Obnizeniu (zgarowi) ulegaja Cr, Ta, Hf, a zwlaszcza C!
1. Kolejne przetopy nie wplywaja istotnie na zmiane skladu chemicznego.
2. Nieznacznemu obnizeniu (zgarowi) ulegajaAl ,Ti, a zwlaszcza C!
Politechnika Œl¹ska, Politechnika Warszawska, Politechnika Rzeszowska
WskaŸniki relizacji celów projektu
Warunki procesu
