Zadanie ZB 11: ” Materiały lotnicze o zaawansowanej strukturze” „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” II KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Zadanie ZB 11: ” Materiały lotnicze o zaawansowanej strukturze” Wykonawcy: Uniwersytet Rzeszowski – Instytut Fizyki Politechnika Warszawska – Wydział Inżynierii Materiałowej Politechnika Rzeszowska – Katedra Materiałoznawstwa i LBMPL Politechnika Śląska – Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii 1

Badanie metodą EPR materiałów na rdzenie i formy metaliczne (UR) „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Zadanie 11.1.3. (PW) Charakteryzacja składu chemicznego, fazowego, struktury i uziarnienia wytypowanych proszków ceramicznych, wypełniaczy i posypek do wytwarzania wielowarstwowych form ceramicznych i rdzeni do odlewania monokrystalicznych rdzeniowanych elementów konstrukcyjnych dla przemysłu lotniczego Badanie metodą EPR materiałów na rdzenie i formy metaliczne (UR) Zadanie 11.2.4 (IE) Wytworzenie rdzeni do form monokrystalicznych odlewów elementów konstrukcyjnych dla przemysłu lotniczego Zadanie 11.2.5 (PRz) Wytworzenie form badawczych monokrystalicznych rdzeniowanych elementów konstrukcyjnych dla przemysłu lotniczego Zadanie 11.2.6 (PRz) Wytworzenie rdzeniowanych monokrystalicznych odlewów elementów konstrukcyjnych dla przemysłu lotniczego 2

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Zadanie 11.3.3. (PŚ) Opracowanie metod i procedur jakościowej i ilościowej oceny makrostruktury rdzeniowanych odlewów monokrystalicznych dla przemysłu lotniczego Zadanie 11.3.4 (PŚ) Wykonanie badań makrostruktury rdzeniowanych odlewów monokrystalicznych Zadanie 11.3.5 (PŚ) Opracowanie metod i procedur oceny porowatości gazowej i skurczowej rdzeniowanych odlewów monokrystalicznych dla przemysłu lotniczego Zadanie 11.3.6 (PŚ) Opracowanie metod i procedur jakościowej i ilościowej oceny mikrostruktury rdzeniowanych odlewów monokrystalicznych dla przemysłu lotniczego 3

Zadanie 11.3.7. (PŚ, PRz) Zadanie 11.3.10 (PŚ) „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Zadanie 11.3.7. (PŚ, PRz) Wykonanie badań mikrostruktury rdzeniowanych odlewów monokrystalicznych dla przemysłu lotniczego Zadanie 11.3.10 (PŚ) Opracowanie metod oceny tekstury oraz pomiarów naprężeń własnych w rdzeniowanych odlewach monokrystalicznych dla przemysłu lotniczego - wykonanie badań 4

Tabela 3. Zestawienie wartości czynnika geff dla badanych próbek „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Wyniki badań Badanie metodą EPR materiałów na zestawy modelowe i formy ceramiczne L.p. Próbka Jakościowa analiza składu fazowego metodą dyfrakcji rentgenowskiej 1 Al2O3 #200 α Al2O3 – korund 93,9±0,1 [%] NaAl11O17 β- Al2O3 6,1±0,1 [%] 2 Al2O3 #325 α Al2O3 – korund 95,5±0,1 [%] NaAl11O17 – β- Al2O3 4,5±0,1 [%] 3 Mulit 0.07mm Al2O3 76.86 [%] SiO2 22.8 [%] 4 Mulit 0,12mm Al2O3 75.04 [%] SiO2 24.5 [%] 5 ZrO2 #100 ~100 [%] 6 ZrO2 #325 7 Imerys 0-30 µm SiO2 46.90 [%] Al2O3 38.20 [%] 8 Mulgrain # 200 9 Mulgrain # 325 L.p. Próbka geff 1 Al2O3 #200 4.29; 3.36; 2.57; 1.97; 1.69 2 Al2O3 #325 4.28; 2.33; 2.23; 1.97 3 Mulit 0.07mm 4.29; 2.06 4 Mulit 0,12mm 5 ZrO2 #100 6.84; 4,23; 2.24 6 ZrO2 #325 6.82; 4.23; 2.54; 2.37; 1.88 7 Imerys 0-30 µm 7.02; 2.88; 2.23 8 Mulgrain # 200 6.70; 2.25; 1.94 9 Mulgrain # 325 6.64; 4.24; 1.93 10 Wosk zielony 6.75; 2.67; 2.23 11 Wosk czerwony 3.70; 2.21 12 Imerys 6.98; 2.86; 2.21 13 Ludox Brak widma EPR 14 EHT 5

- temperatura pokojowa „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Mulit 0.07 - temperatura pokojowa Wosk czerwony -temperatura pokojowa

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego W widmach EPR zaobserwowano wyraźne różnice w intensywności poszczególnych linii dla próbek o różnej ziarnistości, co może być spowodowane wpływem efektów powierzchniowych związanych z rozmiarem ziarn. Wykonana analiza zależności temperaturowej szerokości linii EPR dla proszku Al2O3 wyraźnie wskazuje na typowe poszerzenie linii powiązane z boltzmanowskim obsadzeniem poziomów energetycznych.

Wykonanie mas formierskich na osnowie ZrO2 „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Wykonanie mas formierskich na osnowie ZrO2 Zestawy z 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 % wag metylocelulozy 0.1 % mas. metylocelulozy

Ciężar płyty testowej i odczyn mieszanek „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Ciężar płyty testowej i odczyn mieszanek

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Podsumowanie Opracowano skład mas ceramicznych z ZrO2 z zastosowaniem metylocelulozy jako spoiwa, mających zastosowanie w wytwarzaniu pierwszej warstwy formy. Optymalny dodatek metylocelulozy w masie ceramicznej powinien wynosić ok. 0,2% mas. w stosunku do proszku ceramicznego. Wykonane badania dowiodły, iż najlepszym upłynniaczem w tego rodzaju masach ceramicznych jest mieszanina kwasu cytrynowego i wodorocytrynianu diamonu.

Remasol – dyspersja wodna na bazie nano SiO2 „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Wytworzenie i badania reologiczne doświadczalnych mas ceramicznych na bazie spoiwa Evonic i Remasol z osnowami tlenku itru Materiały osnów: - Y2O3  200 mesh Treibacher - Y2O3   325 mesh Treibacher Spoiwa: Remasol – dyspersja wodna na bazie nano SiO2 Evonic – dyspersję wodną na bazie nano Al2O3. Y2O3 325# Y2O3 200#

Skład fazowy materiału osnowy „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Faza Zawartość, % mas. Y2O3 99.20 CaO 0.533 P2O5 0.161 FeO 0.057 CuO 0.051 Skład fazowy materiału osnowy

Badania monokrystalicznych odlewów ze stopu CMSX-4 „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Badania monokrystalicznych odlewów ze stopu CMSX-4

Ułamek powierzchni – średnia dla zgładu AA % 0,06 0,04 0,02 *) – wartość maksymalna *) – wartość maksymalna „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego pręt z CMSX-4 próbka1 ozna-czenie jedn. miary Porowatość całkowita Porowatość gazowa Porowatość skurczowa Ilość porów Ułamek powierzchni – średnia dla zgładu AA % 0,06 0,04 0,02 Ułamek powierzchni – najgorsze pole AA (max) 0,17*) 0,12*) 0,05*) Liczba porów na mm2 – średnia dla zgładu NA mm-2 13 12 1 Liczba porów na mm2 – najgorsze pole NA (max) 18*) 17*) 3*) Wielkość porów Pole powierzchni płaskiego przekroju A mm2 50 36 140 Obwód płaskiego przekroju P mm 20 16 51 Kształt porów Bezwymiarowy wskaźnik kształtu ξ - 0,94 0,98 0,63 Bezwymiarowy wskaźnik wydłużenia δ 1,61 1,55 2,13 Niejednorodność rozmieszczenia i wielkości porów Wskaźnik zmienności ułamka powierzchni ν(AA) 58 67 79 Wskaźnik zmienności pola powierzchni ν(A) 150 154 75

Ułamek powierzchni – średnia dla zgładu AA % 0,04 0,02 „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego pręt z CMSX-4 próbka2 ozna-czenie jedn. miary Porowatość całkowita Porowatość gazowa Porowatość skurczowa Ilość porów Ułamek powierzchni – średnia dla zgładu AA % 0,04 0,02 Ułamek powierzchni – najgorsze pole AA (max) 0,12*) 0,04*) 0,11*) Liczba porów na mm2 – średnia dla zgładu NA mm-2 9 7 2 Liczba porów na mm2 – najgorsze pole NA (max) 18*) 15*) 3*) Wielkość porów Pole powierzchni płaskiego przekroju A mm2 50 28 179 Obwód płaskiego przekroju P mm 21 14 56 Kształt porów Bezwymiarowy wskaźnik kształtu ξ - 0,93 0,98 0,64 Bezwymiarowy wskaźnik wydłużenia δ 1,85 1,71 2,59 Niejednorodność rozmieszczenia i wielkości porów Wskaźnik zmienności ułamka powierzchni ν(AA) 70 52 122 Wskaźnik zmienności pola powierzchni ν(A) 191 129 104

Odlewy spełniają wymagania przemysłu lotniczego „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Profile dezorientacji 1-2º Odlewy spełniają wymagania przemysłu lotniczego

Wytwarzanie rdzeni metodą wtrysku wysokociśnieniowego „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Wytwarzanie rdzeni metodą wtrysku wysokociśnieniowego Woski: Blayson - B0210 Ttop. - 62-67°C Blayson - B0220 Ttop. - 82-88°C Skład I mieszanki (stosowano 3 różne składy) SiO2 (120 mesh) - 37,5% mas. SiO2 (mielony) - 37,5% mas. ZrSiO4 (300 mesh) - 13% mas. Al2O3 (325 mesh) - 12% mas. SILIPLAST HO - 25% mas.

pierwiastek % O K Al K Si K Zr L Total „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego pierwiastek Udział masowy % Udział atomowy O K 52.78 67.32 Al K 2.93 2.21 Si K 40.87 29.70 Zr L 3.42 0.77 Total 100.00

Wytwarzanie rdzeni ceramicznych o przekroju trójkątnym „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Wytwarzanie rdzeni ceramicznych o przekroju trójkątnym

Uniwersytet Rzeszowski: Prace inżynierskie obronione: „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Wskaźniki projektu: Kontynuacja zakupów niezbędnych materiałów: stop CMSX-4, proszki ceramiczne, spoiwa Prace dyplomowe: Uniwersytet Rzeszowski: Prace inżynierskie obronione: Tomasz Rzeźnikiewicz - „ Badanie proszków Al2O3 i mulitów metodą EPR” Promotor: dr Ireneusz Stefaniuk, Michał Barwiński- „Badanie wosków i proszków stosowanych na formy odlewnicze metodą EPR”   Prace magisterskie w trakcie realizacji: Iwona Rogalska - „Badanie centrów paramagnetycznych w kryształach laserowych BGO i Al2O3 metodą EPR”.

Politechnika Rzeszowska: Prace dyplomowe inżynierskie : „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Politechnika Rzeszowska: Prace dyplomowe inżynierskie : Ryszard Czop: „Wytwarzanie monokrystalicznych odlewów rdzeniowanych” Promotor: dr inż. Maciej Motyka, termin obrony – lipiec 2011 Publikacje: Cygnar M., Budzik G., Aleksander M., Grzelka M. : RP and RT process application for aircraft engine blades cast models manufacturing. Mat. Konf. „Silniki spalinowe’’ (w druku) Matysiak H., Wiśniewski., Ferenc-Dominik J., Michalski J.,Kurzydłowski K.J.: Badania właściwości reologicznych ceramicznych mas lejnych do odlewania precyzyjnego części turbin lotniczych. Szkło i Ceramika, 62 (2011) 10-14

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego Planowane prace badawcze (czerwiec – grudzień 2011r.): kontynuacja symulacji numerycznych procesu zalewania form, wykonanie form ceramicznych z wykorzystaniem mas na spoiwie wodnym oraz rdzeni ceramicznych o przekroju trójkątnym, wytworzenie odlewów ze stopu CMSX-4, ocena jakości monokrystalicznych odlewów rdzeniowanych, utylizacja mas ceramicznych i wosków - październik 2011. Dziękuję za uwagę