Transcript ZB.13. 06. 2012 - pkaero

IV KONFERENCJA CZT AERONET DOLINA LOTNICZA
i PANELE EKSPERTÓW PROJEKTU 25 – 26 Czerwca 2012 r.
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
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
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.
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 Rzeszowska
Politechnika Warszawska
Partner przemysłowy:
WSK-PZL Rzeszów
I i II kwartał 2012
P R O JE K T W S P Ó ŁFIN A N S O WA N Y PR ZEZ U N IĘ EU R O P E JS K Ą ZE ŚR O D K Ó W EU R O P E JS K IE G O FU N D U S ZU R O ZW O JU R E G IO N A LN E G O
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)
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
Schemat układów badawczych
Forma ceramiczna (N, N)
Forma ceramiczna (N, B)
Forma ceramiczna (B, N)
Forma ceramiczna (B, B)
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.
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
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
Ocena podstawowych parametrów stereologicznych makrostruktury
1
Średnia powierzchnia ziaren, mm 2
0,8
0,6
0,382
0,4
0,245
0,2
0,085
0,062
0,042
0
14,52
15
12,42
10
5
3,22
2,58
1,51
0
IN-713C(1)(N, N)
IN-713C(1)- MAR-247(1)- MAR-247(1)- IN-713C(2)(B, N)
(N, N)
(B, N)
(N, B)
IN-713C(2)(B, B)
IN-713C(1)(N, N)
IN-713C(1)- MAR-247(1)- MAR-247(1)- IN-713C(2)(B, N)
(N, N)
(B, N)
(N, B)
Stop
Stop
0,8
Współczynnik kształtu
Liczba ziaren, mm-2
18,42
20
0,868
0,6
0,52
0,45
0,5
0,43
0,43
IN-713C(1)- MAR-247(1)- MAR-247(1)- IN-713C(2)(B, N)
(N, N)
(B, N)
(N, B)
IN-713C(2)(B, B)
0,41
0,4
0,2
IN-713C(1)(N, N)
Stop
IN-713C(2)(B, B)
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
Ocena właściwości mechanicznych w temperaturze pokojowej
1000
900
868
Rm
965
945
840
850
R02, MPa
895
885
900
864
850
850
800
775
775
740
736
750
800
IN-713C(1)(N, N)
IN-713C(1)- MAR-247(1)- MAR-247(1)- IN-713C(2)(B, N)
(N, N)
(B, N)
(N, B)
700
IN-713C(2)(B, B)
IN-713C(1)(N, N)
Stop
IN-713C(1)- MAR-247(1)- MAR-247(1)- IN-713C(2)(B, N)
(N, N)
(B, N)
(N, B)
Stop
380
HB
360
360
Twardość HB
Rm, MPa
950
R02
345
340
335
335
330
325
320
300
IN-713C(1)(N, N)
IN-713C(1)- MAR-247(1)- MAR-247(1)- IN-713C(2)(B, N)
(N, N)
(B, N)
(N, B)
Stop
IN-713C(2)(B, B)
IN-713C(2)(B, B)
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
Badania odporności na wysokotemperaturowe pełzanie
(Politechnika Rzeszowska)
IN-713C (1) (N, N)
MAR-247 (B, N)
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
Porównanie wyników
350
317,38
300
250,25
Czas (time), h
250
200
150
100
50
50,28
25,35
28,27
26,72
0
IN-713C(1)(N, N)
IN-713C(1)- MAR-247(1)- MAR-247(1)- IN-713C(2)(B, N)
(N, N)
(B, N)
(N, B)
Wytop (melt)
IN-713C(2)(B, B)
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) uzyskanych
w pierwszym i drugim kwartale 2012:
A. Publikacje
1. 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. Referaty
1. 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) uzyskanych
w 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 Binczyk
2. „Opracowanie próby technologicznej oceny lejności i skurczu stopów niklu odlewanych
w warunkach próżni w piecu indukcyjnym”” . promotor: prof. dr hab. inż. Franciszek Binczyk
3. „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
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Dane do wskaźników realizacji
celów projektu
Podsumowanie wskaźników (wykonane- plan) – do 30. 05. 2012r.
Lp.
Wskaźnik projektu
Jedn.
2009
2010
2011
2012
Suma
1
Liczba instytucji (jednostek naukowych) objętych
wsparciem
szt.
3
3
3
3
3 (3)
2
Liczba 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)
3
Liczba doktorantów zaangażowanych w realizację
projektu (w tym kobiety)
osoby
1
1
1
2
2 (1)
Liczba nowych miejsc pracy (EPC) związanych z
działalnością B+R powstałych w trakcie realizacji
projektu (w tym kobiety)
szt.
0
0
0
0
0 (0)
4
5
Liczba przedsiębiorstw współpracujących z jednostką
naukową w trakcie realizacji projektu
szt.
1
1
1
1
1 (1)
6
Liczba aparatury naukowo-badawczej zakupionej w
związku ze realizowanym projektem
szt.
0
4
0
0
4 (4)
7
Liczba 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)
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
D
70 s
1350 °C
E
109 s
1293 °C
F
114 s
1283 °C
G
123 s
Tsol
H
Tpst
I
TEut
TEut
Tma
A
13 s
1412 °C
B
33 s
1350 °C
C
41 s
1348 °C
?
D
84 s
1312 °C
TEut
E
104 s
1287 °C
1262 °C
Tsol
F
126 s
1250 °C
128 s
1253 °C
Tpst
G
178 s
1163 °C
178 s
1163 °C
2
TEut
Wyniki analizy ATD stopu IN713C - 6V5580
x
Tlik
3
Δt = tsol - tEut = 58 s
ΔT = TE – Tsol = 97oC
Δt = tsol - tEut = 22 s
ΔT = 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.
Tygiel Al2O3 (φz 60x80mm)
0,14-0,18 litr
~1,2 kg stopu
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