Transcript ZB [numer zadania] [Tytuł zadania]

III KONFERENCJA RADY PARTNERÓW CZT AERONET
i PANELE EKSPERTÓW PROJEKTU 12 – 13 Grudnia 2011 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
Liderzy projektu:
prof. dr hab. inż. Józef Śleziona
dr hab. Krzysztof Kubiak, prof. P.Rz.
prof. dr hab. inż. Franciszek Binczyk, p.o lidera projektu
Jednostki realizujące zadanie:
Politechnika Śląska
Politechnika Rzeszowska
Politechnika Warszawska
Partner przemysłowy:
WSK-PZL Rzeszów
III i IV kwartał 2011
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
Part I
OCENA WPŁYWU PARAMETRÓW TECHNOLOGICZNYCH FORMY ODLEWANIA NA WŁASCIWOŚCI MECHANICZNE (Rm i HB)
EVALUATION OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS FORMS AND CASTING ON MECHANICAL PROPERTIES (Rm and HB)
Independent variable
Melt
A
B
C
D
1
(-)
(-)
(-)
(-)
2
(+)
(-)
(-)
(+)
3
(-)
(+)
(-)
(+)
4
(+)
(+)
(-)
(-)
5
(-)
(-)
(+)
(+)
6
(+)
(-)
(+)
(-)
7
(-)
(+)
(+)
(-)
8
(+)
(+)
(+)
(+)
Parameter
A: Mould surface, (-), white (without
inoculant), (+) blue (with inoculant
coating),
B: ceramic filter, (-) white, without modifier,
(+) blue, with the inoculant coating,
C: casting temperature, (-) 1420oC, (+)
1480oC,
D: casting cooling conditions, (-) mould
without thermal insulation, (+) mould
with an insulating material.
Results of calculations
Rm
bo
HB
p
bo
p
Absolute
term
1150
0,0218
406
0,0133
A
34
0,0197
7,48
0,0422
B
26,5
0,0403
1,55
0,5383
C
-0,22
0,2511
-0,082
0,1679
D
0,10
0,4952
0,062
0,2020
R2
0,7393
0,0218
1. The value of the adjusted coefficient of determination R2 = 0,8395 indicates
that approximately 84% of the results can be explained with a model described
by the following relationship:
Rm = 1150 -/+ (34)·A –/+ (26,5)·B – 0,22·Todl + 0,1·Tf, [MPa]
2. The value of the adjusted coefficient of determination R2 = 0,7393 indicates
that only approximately 74% of the results can be explained with a model
described by the following relationship:
HB = 406 -/+ (7,48)·A -/+ (1,55)·B – 0,082·Todl + 0,062·Tf, MPa]
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
Part II
MODYFIKACJA POWIERZCHNIOWA I OBJĘTOŚCIOWA STOPOW IN-713C i MAR-247
SURFACE AND VOLUME MODIFICATION IN-713C AND MAR-247 ALLOYS
1. Wytop IN-713C (forma niebieska, filtr
niebieski)
1. Melt IN-713C (a form of blue, blue filter)
2. Wytop IN-713C (forma biała, filtr
niebieski)
2. Melt IN-713C (a form of white, blue filter)
3. Wytop MAR-247 (forma niebieska, filtr
niebieski)
3. Melt MAR-247 (a form of blue, blue filter)
4. Wytop MAR-247 (forma biała, filtr
niebieski)
4. Melt MAR-247 (a form of white, blue filter)
Badania prowadzono dla nadstopów niklu IN-713C i MAR-247 (odpady poprodukcyjne, braki,
elementy układów wlewowych itp.)). Wytopy prowadzono w indukcyjnym piecu próżniowym typu IS
5/III, firmy Leybold – Heraeus.
Studies were conducted on an IN-713C nickel and MAR-247 superalloy (post-production waste: rejects,
parts of the gating system, etc.). Melting was carried out in a vacuum induction furnace, model IS 5/III,
made by Leybold – Heraeus.
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
4.3. Ocena porównawcza makro- i mikrostruktury wykonanych odlewów.
4.3. Comparative assessment of macro-and microstructure of castings made.​
Wytop 1
Wytop 2
Wytop 3
0,8
Liczba ziaren na 1 mm2
0,6
0,388
0,2
0,045
0,042
0
Średnia powierzchnia ziaren, mm 2
30
0,668
0,4
Wytop 4
23,84
22,03
20
10
2,58
1,51
0
IN713C(N)
IN713C(B)
MAR247(N)
MAR247(B)
IN713C(N)
IN713c(B)
MAR247(N)
Stop
Stop
Liczba ziaren
Number of grains
Średnia powierzchnia ziaren
The average size of grains
MAR247(B)
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
4.4. Określenie właściwości mechanicznych: Rm. Re, A5 i HB
4.4. Determination of mechanical properties: Rm. Re, A5 and HB
Wytrzymałość na rozciąganie
Granica plastyczności
1000
900
964
944
923
848
850
Re, MPa
Rm, MPa
900
804
808
800
785
800
750
700
736
700
IN713C(N)
IN713C(B)
MAR247(N)
MAR247(B)
IN713C(N)
IN713C(B)
Stop
MAR247(N)
MAR247(B)
Stop
Wydłużenie A5
Twardość HB
8
380
7,33
7,2
6,9
360
360
346
Twardość HB
6
A5, %
5,3
4
340
336
321
320
300
2
280
IN713C(N)
IN713C(B)
MAR247(N)
Stop
MAR247(B)
IN713C(N)
IN713C(B)
MAR247(N)
Stop
MAR247(B)
Główne wyniki zrealizowanych prac
badawczych
4.4. Określenie właściwości mechanicznych: wysokotemperaturowe pełzanie.
(Politechnika Rzeszowska)
4.4. Determination of mechanical properties: high-temperature creep.
(Rzeszow University of Technology)
Wytop IN-713C (forma biała, filtr niebieski)
Melt IN-713C (a form of white, blue filter)
26 h 43min.
Wytop IN-713C (forma niebieski, filtr niebieski)
Melt IN-713C (a form of blue, blue filter)
25 h 21min.
Wytop MAR-247 (forma biała, filtr niebieski)
Melt MAR-247 (a form of white, blue filter)
317 h 23min.
Wytop MAR-247 (forma niebieska, filtr niebieski)
Melt MAR-247 (a form of blue, blue filter)
250 h 15min.
Dane do wskaźników realizacji celów
projektu
Referaty (Papers): (prof.dr hab.inż. Franciszek Binczyk)
I. XI Międzynarodowa Konferencja Naukowa „Optymalizacja Systemów
produkcyjnych w Odlewniach”. 06. Łódź:
1. Oddziaływania na granicy forma – powłoka modyfikująca - ciekłe stopy niklu (Interactions at
the mould – modifying coating – molten nickel alloy interface)
II. 52 Międzynarodowa Konferencja Naukowa „Krzepnięcie i Krystalizacja Metali:
Cedzyna-Kielce 09. 2011r.:
2.Wpływ parametrów technologicznych formy i warunków odlewania na makrostrukturę
odlewów ze stopów niklu.( Effect of technological parameters on structure of castings made
from IN-713C nickel alloy
3. Filtry ceramiczne do modyfikowania objętościowego odlewów ze stopów niklu. (Ceramic
filters for bulk inoculation of nickel alloy castings
III. Seminarium Naukowe Indywidualnego projektu kluczowego: „Nowoczesne
technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”, Programu
Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007÷2013, Zakopane, 12 ÷ 16 września
2011 r.
4. Wnioski wynikające z dotychczasowych analiz ATD oraz badań strukturalnych stopów
wsadowych „master heat” nadstopów niklu i nadstopu kobaltu MAR M509
(Conclusions from the previous ATD studies and structural studies of alloys batch “master heat
"super alloy of nickel and cobalt superalloy MAR M509)
5. Reakcje zachodzące na granicy ciekły metal-forma ceramiczna w procesie odlewania
precyzyjnego elementów z nadstopów niklu i ich wpływ na jakość odlewów.
(Reactions occurring on the border of a form of liquid metal-ceramic precision casting process
elements from nickel superalloys and their impact on the quality of castings.
6. Modyfikacja powierzchniowa odlewów precyzyjnych z nadstopów niklu.
(Surface Modification of investment casting of superalloys of Nikel)
7. Wielokrotne przetapianie nadstopów niklu z udziałem złomu - możliwości i ograniczenia
(Multiple remelting nickel superalloys with scrap - possibilities and limitations)
Dane do wskaźników realizacji celów
projektu
Publikacje ((Publications)
1. Binczyk F., Śleziona J., Gradoń P.: Modification of the macrostructure of nickel
superalloys with cobalt nanoparticles, Composites, nr 1, 2011 , pp. 49-55.
2. Binczyk F, Śleziona J, Gradoń P, J. Michalska, S. Bąk: Interactions at the mould –
modifying coating – molten nickel alloy interface, Archives of Foundry
Engineering, vol.11, Issue 3, 2011, pp.5 -11.
3. Binczyk F., Śleziona J., Gradoń P.: Ceramic filters for bulk inoculation of nickel
alloy castings, Archives of Foundry Engineering, vol.11, Special Issue 3, 2011,
pp.29-33.
.
4. Binczyk F., Śleziona J., Szymszal J., Gradoń P : Effect of technological
parameters on structure of castings made from IN-713C nickel alloy, Archives of
Foundry Engineering, vol.11, Issue 4, pp. 9-13.
Dane do wskaźników realizacji celów
projektu
Prace magisterskie obronione (Master theses defended) (29.06. 2011r.):
1. Mańka Marcin: „Makrostruktura oraz twardość odlewów ze stopu IN 713C po modyfikacji
powierzchniowej i objętościowej”. (Macrostructure and hardness of the IN 713C cast alloy
after the surface and volume modification). Promotor: prof. dr hab. inż. Franciszek Binczyk.
2. Wers Paweł: „Wpływ sposobu modyfikowania odlewów na proces krzepnięcia i
mikrostrukturę odlewów ze stopu IN 713C” (Effect of modifying the process of casting
solidification and microstructure of cast alloy IN 713C). Promotor: prof. dr hab. inż.
Franciszek Binczyk.
3. Szehyński Tomasz: Opracowanie składu mieszanin na filtry ceramiczne do modyfikowania
objętościowego żarowytrzymałych stopów niklu” (Development of the composition of
mixtures of ceramic filters for modifying the volumetric creep of nickel alloys). Promotor prof.
dr hab. inż. Franciszek Binczyk.
Prace magisterskie realizowane (Master theses realized):
1. Piotr Wit: Wpływ modyfikacji powierzchniowej i objętościowej na strukturę i właściwości
mechaniczne odlewów ze stopu niklu IN-713C (Influence of surface and bulk modifications to
the structure and mechanical properties of cast nickel alloy IN-713). Promotor prof. dr hab.
inż. Franciszek Binczyk.
Prace doktorskie realizowane (PhD thesis realized)
Mgr inż. Paweł Gradoń „Procesy fizykochemiczne w układzie forma- modyfikator-ciekły stop,
kształtujące makro- i mikrostrukturę wybranych nadstopów niklu.” (Physic and-chemical
processes in the system form-modifier-liquid alloy, shaping the macro-and microstructure of
selected nickel superalloys). Przewód otwarty 15. 11. 2011r.
Udział studentów / doktorantów (The share of students / doctoral): 5
Stan współpracy
z przedsiębiorstwami Doliny Lotniczej
Współpraca z WSK PZL Rzeszów
Opracowanie koncepcji adaptacji pieca indukcyjnego Balzers do oceny jakości metalurgicznej
wlewków „master heat” w warunkach WSK Rzeszów.
Develop the concept of adaptation induction furnace Balzers to assess the quality of metallurgical ingots
"master heat" in a WSK Rzeszow.
Widok ogólny
General view
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
Propozycje dodatkowych badań
na lata 2012-2013
Poprawa jakości metalurgicznej wlewków wsadowych „master heat”
Improving the metallurgical quality of batch „master heat " ingots
1. Zastosowanie badań ultradźwiękowych wlewków „master heat” do identyfikacji jam skurczowych i porowatości .
1. The use of ultrasonic testing of ingots "master heat" to identify contraction cavity and porosity
2. Badania umożliwiające eliminację zanieczyszczeń we wlewkach wsadowych, poprzez ich topienie i ponowne
krzepnięcie w warunkach kierunkowego odprowadzania ciepła.
2. Research for the elimination of impurities in ingot batch, through their re-melting and directional solidification in terms
of heat dissipation.
odrzucić
(to be rejected)
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).
DZIĘKUJEMY
ZA UWAGĘ