Transcript ZB 11 Materiały lotnicze o zaawansowanej strukturze

INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
ZB 11
Materiały lotnicze o zaawansowanej strukturze
(monokryształ, kierunkowa krystalizacja)
Partnerzy:
Politechnika Śląska – prof. Jan Cwajna
Politechnika Warszawska – prof. Krzysztof J. Kurzydłowski
Politechnika Rzeszowska – dr hab. inż. Krzysztof Kubiak
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Wytworzenie rdzeni ceramicznych przeznaczonych do
rdzeniowanych monokrystalicznych odlewów ze stopów
niklu.
Analiza wpływu składu surowcowego oraz udziału
masowego plastyfikatorów na właściwości fizyczne
i mechaniczne wytworzonych rdzeni.
Badania wytworzonych rdzeni ceramicznych.
Materiały na rdzenie:
-topiona krzemionka SiO2 – średnia średnica ziarna – 120 µm (120
mesh),
-krzemian cyrkonu – ZrSiO4 – średnia średnica ziarna – 48 µm (300
mesh),
- tlenek aluminium Al2O3 – średnia średnica ziarna – 44µm (325 mesh),
- szkło kwarcowe – skład chemiczny: SiO2 – 99,9%
- szkło boro-krzemianowe: SiO2 – 71,8%, B2O3 – 10,5%, Al2O3 – 6%,
BaO – 2,8%, CaO – 0,8%, MgO – 0,2%, Na2O – 6,7%, K2O – 1,1%, Fe2O3
– 0,03%, TiO2 - śladowe
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
- wosk naturalny - Blayson - B0210,
- wosk naturalny - Blayson - B0220,
- parafina R56 - gęstość – 0,96 g/cm3,
- wosk pszczeli - gęstość – 0,90 g/cm3,
- wosk termoplastyczny - DEUREX MA7080 (mikronizowany),
- wosk termoplastyczny - DEUREX MA7150 (mikronizowany),
- wosk termoplastyczny - DEUREX A73 (granulowany).
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Skład materiału „1-s” na rdzenie ceramiczne
Szkło kwarcowe Szkło borowe łącznie 84,5% mas.
Parafina R56 15,3% mas.
Wosk pszczeli 0,2% mas.
Skład materiału „1” na rdzenie ceramiczne
SiO2 (120 mesh),
SiO2 (mielony)
ZrSiO4 (300 mesh)
Al2O3 (325 mesh)
Parafina R56 –
Wosk pszczeli –
- łącznie 75,73% mas.
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
24,12% mas.
0,15% mas.
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Skład materiału „2” na rdzenie ceramiczne
SiO2 (120 mesh)
SiO2 (mielony)
ZrSiO4 (300 mesh)Al2O3 (325 mesh)
Parafina R56 –
Wosk pszczeli –
łącznie 80,84% mas.
19,43% mas.
0,13% mas
Skład materiału „3” na rdzenie ceramiczne
SiO2 (120 mesh)
SiO2 (mielony)
ZrSiO4 (300 mesh)łącznie 82,34%
Al2O3 (325 mesh)
Parafina R56 –
17,55% mas.
Wosk pszczeli –
0,11% mas
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Skład materiału „4” na rdzenie ceramiczne
SiO2 (120 mesh)
SiO2 (mielony) –
łącznie 83,26 % mas.
ZrSiO4 (300 mesh)
Al2O3 (325 mesh)
Parafina R56 – 0,637 kg
16,57% mas.
Wosk pszczeli – 0,004 kg
0,15% mas.
Wytwarzanie rdzeni ceramicznych:
-mielenie szkła kwarcowego i borowego- uzyskano uziarnienie, w którym
pozostałość na sicie o boku oczka 0,063 mm nie przekraczała 16%
masowych,
-wsypanie odważonej parafiny i wosku do konwektora ,
-podgrzewanie do temperatury topnienia,
- wsypanie szkła boro-krzemianowego i mieszanie w temperaturze
termoplastyfikatorów wraz ze szkłem do ujednorodnienia,
- wtryskiwanie masy do formy (uzyskano 30 rdzeni),
- spiekanie w temperaturze 1060°C.
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
Rdzeń w stanie surowym
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Rdzeń w skrzyni do spiekania
Właściwości rdzeni z materiału „1s”:
Nasiąkliwość wodą [%] Gęstość pozorna [g/cm3] Porowatość otwarta [%] Wytrzymałość na zginanie [MPa] –
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
22,20
1,54
31,14
6,93
(14 - 16)
(1,8 – 1,9)
(27 – 29)
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Linie
pierwiastkowe
OK
Na K
Al K
Si K
Total
Udział masowy %
Udział atomowy %
53.11
1.40
3.19
42.30
100.00
66.33
1.22
2.36
30.09
100.00
Rdzeń „1s”
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Z materiału o składzie chemicznym
„1”, „2” i „3” wykonano po ok. 40
rdzeni ceramicznych. Wypalano je w
temperaturze 1060-1300°C.
Debinding prowadzono w piecu
(zakupionym w ramach zadania).
Wykonano obserwacje metodą SEM
oraz analizy składu chemicznego.
Skład
Nasiąkliwość
Gęstość
Porowatość
Wytrzymałość
Skurcz
wodą
pozorna
otwarta
na zginanie
spiekania
[%]
[g/cm3]
[%]
[MPa]
[%]
I
23,41
1,52
35,70
6,54
2,30
II
20,07
1,60
32,05
8,52
1,63
III
19,85
1,61
32,02
5,73
0,67
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Wnioski
1. Dobrano wstępne składy surowców ceramicznych.
2. Przebadano i dobrano odpowiedni skład parafiny i wosku jako
spoiwa organicznego.
3. Opracowano proces odprowadzania spoiwa (debindowania) oraz
wypalania rdzeni ceramicznych wykonanych metodą wtrysku
niskociśnieniowego.
4. Uzyskano rdzenie o mikronowych rozmiarach porów oraz
jednorodnej mikrostrukturze, małym skurczu spiekania (1,64% w
1350°C dla składu nr IV) oraz bez deformacji oraz uszkodzeń.
5. Wytworzono rdzenie ceramiczne metodą wtrysku
niskociśnieniowego.
6. Wytworzone próbki metodą prasowania termoplastycznego z
wykorzystaniem wosków firmy Blayson posiadają dobre właściwości
fizyczne, małe deformacje po prasowaniu oraz nie posiadają wad
powierzchniowych.
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Plan dalszych badań
1. Zaprojektowanie i wykonanie formy do wtrysku niskociśnieniowego na
rdzenie ceramiczne o kształcie zapewniającym stabilne mocowanie w formie
ceramicznej (belka poprzeczna o podstawie kwadratu).
2. Zastosowanie do wytwarzania rdzeni metodą wtrysku niskociśnieniowego
składu o zwiększonym udziale masowym składników ogniotrwałych tj. tlenku
glinu oraz krzemianu cyrkonu.
3. Zaprojektowanie i wykonanie formy do wtrysku wysokociśnieniowego na
rdzenie ceramiczne o kształcie pozwalającym na zbadanie struktury stopu w
zależności od odległości od krawędzi oraz płaszczyzny rdzenia.
4. Zastosowanie do wykonywania rdzeni nowego rodzaju wosków
termoplastycznych.
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Opracowanie metodyki wytwarzania rdzeniowanych elementów i
modeli woskowych. Wykonanie rdzeniowanych modeli woskowych
Wykonanie modelu wzorcowego
Model 3D-CAD rdzenia
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
Model 3D-CAD wzorca do
wykonania formy silikonowej
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Sposób umieszczenia rdzenia w
modelu woskowym
Modele wzorcowe wykonane
metodą SLA
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Wykonanie form i matryc silikonowych
Modele wzorcowe w
pojemnikach
Rozcięta forma z
usuniętym modelem
wzorcowym
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Forma silikonowa z rdzeniem ceramicznym
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Zalewanie formy ciekłym woskiem
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Modele woskowe z rdzeniem
ceramicznym
Rdzeniowany woskowy zestaw
modelowy
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Wykonanie form ceramicznych
Materiały: tlenek aluminium, mulit, spoiwo - Ludox AM-30.
Nałożono 12 warstw: 1-sza i 2-ga - tlenek aluminium #80, pozostałe 10
warstw wykonano z mulitu.
Suszenie - 48 h w temperaturze 22oC i wilgotności
43%.
Usunięcie wosku w autoklawie pod ciśnieniem
6 bar i temperaturze około 170oC.
Wyżarzanie w temperaturze 760oC przez 2 h.
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Wykonanie rdzeniowanych odlewów monokrystalicznych
Zalanie formy ciekłym stopem CSMX-4.
Operację wykonano w piecu ALD
w próżni 10-4 Tr w temperaturze 1520°C.
Formy wyciągano z obszaru grzejnego pieca
z prędkością 3mm/min. Wystudzoną formę
poddano operacji usunięcia masy
ceramicznej i czyszczenia odlewu.
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Plany na III i IV kwartał 2010
1. Usunięcie rdzeni z odlewów – trawienie.
2. Ocena geometrii, mikrostruktury, orientacji odlewów.
3. Projekt form metalowych do wtryskiwania wosku z rdzeniami.
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWPJU REGIONALNEGO
III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
Dziękuję za uwagę
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ
EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW
EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONAL NEGO