„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”

II KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowegoUNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ



III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Zadanie ZB 11: ” Materiały lotnicze o zaawansowanej strukturze”

Wykonawcy:

Uniwersytet Rzeszowski – Instytut FizykiPolitechnika Warszawska – Wydział Inżynierii Materiałowej Politechnika Rzeszowska – Katedra Materiałoznawstwa i LBMPLPolitechnika Śląska – Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO





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






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






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







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 ~100 [%]

7 Imerys 0-30 µm SiO2 46.90 [%]

Al2O3 38.20 [%]

8 Mulgrain # 200 Al2O3 76.86 [%]

SiO2 22.8 [%]

9 Mulgrain # 325 Al2O3 76.86 [%]

SiO2 22.8 [%]

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 4.29; 2.06

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 Brak widma EPR

Tabela 3. Zestawienie wartości czynnika geff dla badanych próbek






Mulit 0.07 - temperatura pokojowa

Wosk czerwony -temperatura pokojowa






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.






Zestawy z 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 % wag metylocelulozy

Symbol masy upłynniacz ilość upłynniacza

[%wag] pH masy

czas wypływu z kubka Forda [s]

Z4 CA DAC

0,1 0,2

5,27 6,7

Z8 Dispex A-40 0,4 7,1 8,7

Z12 Dispex A-40 0,3 6,5 -

Z15 CA 0,5 1,8 -

Z16 CA 0,3 2,5 -

Z17 CA DAC

0,3 0,1

2,7 -

Z18 CA DAC

0,3 0,2

3,2 -

Z19 CA DAC

0,3 0,3

3,6 -

Z21 CA DAC

0,3 0,25

3,4

0.1 % mas. metylocelulozy

Wykonanie mas formierskich na osnowie ZrO2






Ciężar płyty testowej i odczyn mieszanek






Podsumowanie

1.Opracowano skład mas ceramicznych z ZrO2 z zastosowaniem metylocelulozy jako spoiwa, mających zastosowanie w wytwarzaniu pierwszej warstwy formy.

2. Optymalny dodatek metylocelulozy w masie ceramicznej powinien wynosić ok. 0,2% mas. w stosunku do proszku ceramicznego.

3. Wykonane badania dowiodły, iż najlepszym upłynniaczem w tego rodzaju masach ceramicznych jest mieszanina kwasu cytrynowego i wodorocytrynianu diamonu.






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#






FazaZawartość,

% 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






*) – wartość maksymalna

pręt z CMSX-4 próbka1ozna-czenie

jedn.miary

Porowatośćcałkowita

Porowatość gazowa

Porowatość skurczowa

Ilość porów

Ułamek powierzchni – średnia dla zgładu AA %

0,06 0,04 0,02

Ułamek powierzchni – najgorsze poleAA (max) %

0,17*) 0,12*) 0,05*)

Liczba porów na mm2 – średnia dla zgładuNA mm-2

13 12 1

Liczba porów na mm2 – najgorsze poleNA (max) mm-2

18*) 17*) 3*)

Wielkość porów

Pole powierzchni płaskiego przekrojuA m2

50 36 140

Obwód płaskiego przekrojuP m

20 16 51

Kształt porów

Bezwymiarowy wskaźnik kształtuξ -

0,94 0,98 0,63

Bezwymiarowy wskaźnik wydłużeniaδ -

1,61 1,55 2,13

Niejednorodność rozmieszczenia i wielkości porów

Wskaźnik zmienności ułamka powierzchniν(AA) %

58 67 79

Wskaźnik zmienności pola powierzchniν(A) %

150 154 75

*) – wartość maksymalna






pręt z CMSX-4 próbka2ozna-czenie

jedn.miary

Porowatośćcałkowita

Porowatość gazowa

Porowatość skurczowa

Ilość porów

Ułamek powierzchni – średnia dla zgładu AA % 0,04 0,02 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) mm-2

18*) 15*) 3*)

Wielkość porów

Pole powierzchni płaskiego przekroju A m2

50 28 179

Obwód płaskiego przekroju P m 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






Profile dezorientacji 1-2º

Odlewy spełniają wymagania przemysłu lotniczego






Wytwarzanie rdzeni metodą wtrysku wysokociśnieniowego

Woski:Blayson - B0210 Ttop. - 62-67°CBlayson - 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

Udział masow

y%

Udział atomowy %

O K 52.78 67.32Al K 2.93 2.21Si K 40.87 29.70Zr L 3.42 0.77Total 100.00 100.00






Wytwarzanie rdzeni ceramicznych o przekroju trójkątnym






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” Promotor: dr Ireneusz Stefaniuk, Prace magisterskie w trakcie realizacji:Iwona Rogalska - „Badanie centrów paramagnetycznych w kryształach laserowych BGO i Al2O3 metodą EPR”. Promotor: dr Ireneusz Stefaniuk,

Wskaźniki projektu:

Kontynuacja zakupów niezbędnych materiałów: stop CMSX-4, proszki ceramiczne, spoiwa






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






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

Documents

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”