INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŒCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

Odlewanie precyzyjne stopów Ni na krytyczne czêœci silników lotniczych

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 12

Projekt kluczowy

Politechnika Œl¹ska, Politechnika Warszawska, Politechnika Rzeszowska

Wyniki analizy ATD w stopach wsadowych (master heat) z nadstopu MAR M-247Stopy wsadowe o sk³adzie chemicznym zgodnym z norm¹ mog¹ mieæ istotnie ró¿ne temperatury krytyczne.

Konieczny jest indywidualny dobór parametrów przetapiania i odlewania dla poszczególnych stopów wsadowychna podstawie wyników analizy ATD

Wykres analizy DSC podczas nagrzewania i ch³odzenia próbki

stopu IN 713C

Zgar na powierzchni tygla

Cia³o obce z formy technologicznej

Powierzchnia tygla po zalaniu

Popió³ po teœcie spalania wosku modelarskiego

0,0000

0,0050

0,0100

0,0150

0,0200

0,0250

Se B Zn Pb Bi Cu Al. Cd Ba Co Tl Fe Mn Mg Cr Ca Sr

pierwiastek

zaw

art

oϾ

mg

/kg

PCC

Remet

Australia

Analiza pierwiastków œladowych proszków ZrSiO4

Mieszanka ZrSiO /Al O /LudoxSK – lepkoœæ w teœcie kubka zahna4 2 3

oraz test ciê¿aru p³yty – pozwala oszacowaæ gruboœæ warstwy

60.91°C

43.70°C57.43J/g

56.46°C

63.64°C51.82J/g

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

He

at

Flo

w (

W/g

)

20 40 60 80 100 120

Temperature (°C)Exo Up Universal V4.1D TA Instruments

Krzywa DSC dla wosku B405Dyfraktogram dla wosku A7FR60

Zmiany ciep³a w³aœciwego w funkcji temperatury dla pierwszej warstwy formy

ceramicznej na bazie elektrokorundu

Rozk³ad œredniej wielkoœci cz¹stek proszku ZrSiO - Zircosil4

Charakterystyka w³asnoœci cieplnych elementów form ceramicznych - symulacja procesów odlewniczych

Aparatura - LFA 427Opracowanie metodyki badañ

Dyfuzyjnoœæ cieplnaCiep³o w³aœciwe

Gêstoœæ

Przewodnictwo cieplneWspó³czynniki wymiany ciep³a

Stan wyjœciowy Stan po uwzglêdnieniu symulacji Po optymalnym ociepleniu form

PLATE WEIGHT

2535

02 wrz09

3 wrz09

4 wrz09

5 wrz09

6 wrz09

7 wrz09

8 wrz09

9 wrz09

10 wrz09

11 wrz09

12 wrz09

13 wrz09

14 wrz09

15 wrz09

16 wrz09

17 wrz09

18 wrz09

VISCOSITY

172737

16 sier

09

17 sier

09

18 sier

09

19 sier

09

20 sier

09

21 sier

09

22 sier

09

23 sier

09

24 sier

09

25 sier

09

26 sier

09

27 sier

09

28 sier

09

29 sier

09

30 sier

09

31 sier

09

01 wrz 09

Wyniki pomiaru lepkoœci materia³ów formy

Wyniki testu ciê¿aru p³yty materia³ów formy

ZADANIE Nr 12.1: Opracowanie bazy danych materia³owych do symulacji numerycznej procesu zalewania, krzepniêcia i krystalizacji odlewów precyzyjnych krytycznych czêœci silników lotniczych z nadstopów niklu

Nr i nazwa podzadania badawczego (Wykonawca) Zadania wykonane do 14.12.2009

1.1 (PŒl) Wykonanie analizy DTA i badañ kalorymetrycznych procesów krystalizacji i krzepniêcia nadstopów niklu stosowanych w przemyœle krajowym oraz wyznaczenie w³aœciwoœci cieplnych wielowarstwowych form ceramicznych

1. Zaprojektowano i wykonano stanowisko do analizy DTA procesów krzepniêcia nadstopów niklu. 2. Zaprojektowano wielowarstwow¹ formê ceramiczn¹ do wyznaczania w³aœciwoœci cieplnych oraz

uk³ad do pomiaru rozk³adu temperatury na przekroju formy. 3. Ustalono warunki metodyczne otrzymywania powtarzalnych wyników badañ w³aœciwoœci cieplnych

form na urz¹dzeniu LFA 427 firmy Netzsch. 4. Opracowano metodykê i wyznaczono w³aœciwoœci cieplne waty izolacyjnej stosowanej do

ocieplania form ceramicznych, mis wlewowych i filtrów ceramicznych na urz¹dzeniu LFA 427 firmy Netzsch.

5. Wykonano analizê termiczn¹ ATD 4 stopów wsadowych IN-713C i 4 stopów MAR M247.

1.2 (PW) Opracowanie bazy danych materia³owych dla wosków modelarskich i form ceramicznych w kontekœcie wytworzenia modelowych, wirtualnych form odlewniczych

1. Opracowano metodykê pomiaru temperatur charakterystycznych wosków modelarskich technik¹ DSC.

2. Opracowano metodykê pomiaru sk³adu fazowego wosków modelarskich technik¹ RTG. 3. Opracowano metodykê wyznaczania ciep³a w³aœciwego materia³u pierwszej warstwy formy

odlewniczej.

1.3 (PRz) Wykonanie symulacji komputerowych procesu zalewania, krystalizacji i krzepniêcia wybranych odlewów precyzyjnych krytycznych czêœci silników lotniczych z nadstopów niklu oraz weryfikacja wyników badañ symulacyjnych w badaniach doœwiadczalnych odlewów precyzyjnych krytycznych czêœci silników lotniczych z nadstopów niklu

1. Wykonano symulacje komputerowe procesu zalewania, krystalizacji i krzepniêcia odlewu czêœci silnika odrzutowego PZL – 10W w komercyjnych programach ProCAST i MAGMA i ustalono zalety i wady obydwu programów.

2. Na podstawie wyników symulacji komputerowej opracowano technologiê i wykonano odlewy

doœwiadczalne kad³uba (element konstrukcyjny silnika odrzutowego PZL – 10W) i wirnika turbiny

(ìSO-1).

Model CAD wykonany w

wirnika turbiny ìSO-1 Unigraphics Nx 4)

Zestaw modelowydla wirnika turbiny ìSO-1

Jeden z odlewów doœwiadczalnychwirnika turbiny ìSO-1

ZADANIE Nr 12.2: Ocena wp³ywu czynników materia³owych i technologicznych na jakoœæ ciek³ego metalu

Nr i nazwa podzadania badawczego (Wykonawca) Zadania wykonane do 14.12.2009

2.1 (PW) Analiza zjawisk zachodz¹cych na granicy tygiel-ciek³y metal w procesie przetapiania stopów wsadowych

1. Przeprowadzono analizê termodynamiczn¹ procesu przetapiania w tyglu cyrkonowym stabilizowanym MgO

2. Przeprowadzono badania tygla cyrkonowego oraz jednorazowego korundowego po procesie przetopu nadstopów niklu i kobaltu.

2.2 (PRz) Analiza wp³ywu materia³u tygla oraz wp³ywu parametrów przetapiania stopów wsadowych na jakoœæ doœwiadczalnych odlewów precyzyjnych krytycznych czêœci silników lotniczych z nadstopów niklu

1. Przygotowano do badañ: eksploatowany wielorazowy tygiel cyrkonowy ZrO2 stabilizowany tlenkiem magnezu MgO firmy REMET; nieeksploatowany wielorazowy tygiel cyrkonowy ZrO2 stabilizowany tlenkiem magnezu MgO firmy REMET; eksploatowany jednorazowy tygiel z Al2O3; zgar z tygli ceramicznych: wielorazowego tygla cyrkonowego ZrO2 stabilizowanego tlenkiem magnezu MgO firmy REMET, jednorazowy tygiel z SiO2 i z Al2O3.

2. Wykonano badania SEM i analizy sk³adu chemicznego przy u¿yciu spektrometru EDS prze³omu i przekroju poprzecznego tygla cyrkonowego stabilizowanego tlenkiem magnezu wielokrotnego u¿ytku firmy REMET.

Przyk³adowy spektrogram sk³adu chemicznego (EDS) oraz obraz mikrostruktury materia³u tygla odlewniczego REMET

ZADANIE NR 12.3: Ocena wp³ywu czynników materia³owych i technologicznych na jakoœæ modeli i zestawów modelowych

Nr i nazwa podzadania badawczego (Wykonawca) Zadania wykonane do 14.12.2009

3.1 (PW) Ocena wybranych wosków modelarskich pod k¹tem kszta³towania jakoœci modeli i zestawów modelowych oraz mo¿liwoœci ich recyclingu

1. Zbadano zawartoœci popio³ów w woskach modelarskich. 2. Opracowano metodykê badania w³aœciwoœci wytrzyma³oœciowych modeli z wosków

modelarskich. 3. Opracowano metodykê pomiaru k¹ta zwil¿ania w uk³adzie model woskowy/spoiwo

formierskie. 3.2 (PRz)

Ustalenie wp³ywu parametrów wytwarzania modeli i zestawów modelowych na ich jakoœæ, determinowan¹ wymagan¹ dok³adnoœci¹ wykonania ceramicznych form odlewniczych przeznaczonych do precyzyjnego odlewania czêœci lotniczych z nadstopów niklu

1. Przygotowano do badañ woski modelarskie stosowane w technologii precyzyjnego odlewania w WSK „PZL Rzeszów: jasnozielony A7FR/60 firmy BLAYSON – do wytwarzania elementów krytycznych silników lotniczych; ciemnozielony KC 4017B firmy KINDT COLLINS – do wytwarzania modeli elementów krytycznych silników lotniczych i czerwony B405 firmy REMET – do wytwarzania uk³adów wlewowych.

2. Wykonano badania strukturalne i ocenê chropowatoœci wosków.

ZADANIE NR 12.4: Ocena wp³ywu czynników materia³owych i technologicznych na jakoœæ form ceramicznych

Nr i nazwa podzadania badawczego (Wykonawca) Zadania wykonane do 14.12.2009

4.1 (PW) Badanie wp³ywu sk³adu chemicznego mineralogicznego i granulometrycznego proszków ceramicznych, wype³niaczy i posypek oraz wybranych czynników technologicznych na w³aœciwoœci wielowarstwowych form ceramicznych do precyzyjnego odlewania krytycznych czêœci silników lotniczych z nadstopów niklu

1. Opracowanie metodyki wyznaczani sk³adu chemicznego i fazowego proszków ceramicznych do wytwarzania form.

2. Opracowanie metodyki wykonywania pomiarów wielkoœci cz¹stek proszków technik¹ laserow¹.

3. Opracowanie metodyki wyznaczani pierwiastków œladowych w proszkach formierskich na 1 warstwê formy i w spoiwie.

4.2 (PW)

Opracowanie metodyki i wykonanie badañ w³aœciwoœci reologicznych i technologicznych mieszanek stosowanych do wytwarzania wielowarstwowych form ceramicznych do precyzyjnego odlewania krytycznych czêœci silników lotniczych z nadstopów niklu

1. Opracowanie wytycznych dla mieszanek ceramicznych na pierwsz¹ warstwê i warstwy konstrukcyjne formy

2. Opracowanie kompozycji i wytworzenie mieszanki na pierwsz¹ warstwê w uk³adzie ZrSiO4/Al2O3/LudoxSK

Powierzchnia wosków modelarskich: obrazy z mikroskopu stereoskopowego (a,b) oraz SEM (c) dla wosku czerwonego B405 firmy REMET (a), wosku jasnozielonego A7FR/60 firmy BLAYSON (b) oraz wosku ciemnozielonego KC 4017B firmy KIND COLLINS (c).

Misa wlewowa

Zasilacz

Ramiêdoprowadzaj¹ce

Wirnik

1.1

1.2

1.1

1.1

1.3

2.1 2.2

3.1

3.2

4.1 4.2