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 badawczychCelem 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 badawczychSchemat układów badawczych Forma ceramiczna (N, N) Forma ceramiczna (B, N) Forma ceramiczna (B, B) Forma ceramiczna (N, B)

4 Główne wyniki zrealizowanych prac badawczychWytopy 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 badawczychMakrostruktura 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 badawczychOcena podstawowych parametrów stereologicznych makrostruktury

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

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

9 Główne wyniki zrealizowanych prac badawczychPorównanie 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 projektuDane 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 projektuDane 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 projektuUNIA 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 LotniczejWspółpraca 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 LotniczejWspółpraca 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 LotniczejPropozycje 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