ZB13. Opracowanie technologii przetapiania stopów niklu z zastosowaniem modyfikowania nanocząstkami proszków RT 13. Development of the technology of remelting.

Prezentacja na temat: "ZB13. Opracowanie technologii przetapiania stopów niklu z zastosowaniem modyfikowania nanocząstkami proszków RT 13. Development of the technology of remelting."— Zapis prezentacji:

1 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

2 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)

3 Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych
Schemat układów badawczych Forma ceramiczna (N, N) Forma ceramiczna (B, N) Forma ceramiczna (B, B) Forma ceramiczna (N, B)

4 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.

5 Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych
Makrostruktura odlewów IN-713C (2) (N, B) MAR-247 (N, N) IN-713C (1) (N, N) IN-713C (2) (B, B) IN-713C (1) (B, N) MAR-247 (B, N)

6 Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych
Ocena podstawowych parametrów stereologicznych makrostruktury

7 Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych
Ocena właściwości mechanicznych w temperaturze pokojowej Rm R02 HB

8 Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych
Badania odporności na wysokotemperaturowe pełzanie (Politechnika Rzeszowska) IN-713C (1) (N, N) MAR-247 (B, N)

9 Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych
Porównanie wyników

10 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.

11 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”, , 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 ) 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,

12 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 r. 2. W przygotowaniu: mgr inż. Marcin Manka: Zjawiska strukturalne i mechaniczne prowadzące do pękania próbek w warunkach wysokotemperaturowego pełzania. Przewidywany termin otwarcia przewodu: r. 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

13 Dane do wskaźników realizacji celów projektu
UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Podsumowanie wskaźników (wykonane- plan) – do r. Lp. Wskaźnik projektu Jedn. 2009 2010 2011 2012 Suma 1 Liczba instytucji (jednostek naukowych) objętych wsparciem szt. 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) Liczba doktorantów zaangażowanych w realizację projektu (w tym kobiety) 2 (1) 4 Liczba nowych miejsc pracy (EPC) związanych z działalnością B+R powstałych w trakcie realizacji projektu (w tym kobiety) 0 (0) 5 Liczba przedsiębiorstw współpracujących z jednostką naukową w trakcie realizacji projektu 1 (1) 6 Liczba aparatury naukowo-badawczej zakupionej w związku ze realizowanym projektem 4 (4) 7 Liczba publikacji powstałych w efekcie realizacji projektu 12 (8) 8 Liczba wygłoszonych referatów 9 22 (10) Zgłoszenia patentowe 10 Otwarte przewody doktorskie 11 Liczba wykonanych prac dyplomowych (zgłoszonych) 9 (6) 12 Liczba studentów zaangażowanych w realizację projektu 13 (10) 13

14 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 V6239 Wyniki analizy ATD stopu IN713C - 6V5580 Tmax A 17 s 1408 °C Tlik B 31 s 1387 °C C 50 s 1370 °C TEut D 70 s 1350 °C E 109 s 1293 °C TEut2 F 114 s 1283 °C TEut3 G 123 s 1262 °C Tsol H 128 s 1253 °C Tpst I 178 s 1163 °C Tmax A 13 s 1412 °C Tlik B 33 s 1350 °C C 41 s 1348 °C ? D 84 s 1312 °C TEut E 104 s 1287 °C Tsol F 126 s 1250 °C Tpst G 178 s 1163 °C Δt = tsol - tEut = 58 s ΔT = TE – Tsol = 97oC Δt = tsol - tEut = 22 s ΔT = TE – Tsol = 37oC

15 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

16 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).

17 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ