ZB nr 12: Odlewanie precyzyjne stopów Ni na krytyczne części silników lotniczych

1. ZB nr 12: Odlewanie precyzyjne stopów Ni na krytyczne części silników lotniczych • Liderzy merytoryczni • Prof. dr hab. inż. Jan Cwajna (Politechnika Śląska), • Prof. dr hab. inż. Krzysztof J. Kurzydłowski (Pol. Rzeszowska) • Instytucje partnerskie w zadaniu • Politechnika Rzeszowska, • Politechnika Śląska, • Politechnika Warszawska.

2. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Segmenty osłonowych barier cieplnych strefy spalania z nadstopu kobaltu Łopatki turbiny niskiego ciśnienia i segmenty łopatkowe z nadstopów niklu • Technologia form ceramicznych • Przetapianie stopów wsadowych • Technologia o odlewania • Kontrola jakości odlewów

3. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Politechnika RzeszowskaKatedra Materiałoznawstwa Doskonalenie symulacji procesu zalewania i krzepnięcia odlewów precyzyjnych Autorzy: Zespół wykonawców projektu kluczowego w Politechnice Rzeszowskiej w ramach zadania 12 pod kierunkiem Profesora Krzysztofa Kubiaka

4. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Weryfikacja metodyki symulacji wielkości, kształtu i rozmieszczenia ziaren pierwotnych w odlewach precyzyjnych z nadstopu Inconel 713C w programie ProCast 1,6 s Symulacja stopnia wypełnienia formy ceramicznej ciekłym metalem izolacja cieplna 16 s Prognozowany rozkład temperatury po czasie 100s forma ceramiczna

5. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Weryfikacja metodyki symulacji wielkości, kształtu i rozmieszczenia ziaren pierwotnych w odlewach precyzyjnych z nadstopu Inconel 713C w programie ProCast a) Prognozowany rozkład temperatury w odlewie po czasie: a) 100s i b) 300s b) Prognozowany rozkład udziału fazy stałej w odlewie po czasie a) 100s i b) 300s

6. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Weryfikacja metodyki symulacji wielkości, kształtu i rozmieszczenia ziaren pierwotnych w odlewach precyzyjnych z nadstopu Inconel 713C w programie ProCast Ziarna pierwotne ujawnione na powierzchni odlewu łopatki Symulowane komputerowo ziarna pierwotne w odlewie precyzyjnym łopatki

7. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Politechnika WarszawskaWydział Inżynierii Materiałowej Analiza i klasyfikacja wtrąceń niemetalicznych w odlewach precyzyjnych wytwarzanych w WSK „PZL Rzeszów” S.A. Autorzy: Zespół wykonawców projektu kluczowego w Politechnice Warszawskiej w Zadaniu 12 pod kierunkiem Profesora Jarosława Mizery

8. KONTROLAWIZUALNA KONTROLAWYMIAROWA KONTROLAZIARNA KONTROLAFLUORESCENCYJNA KONTROLARENTGENOWSKA Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych SCHEMAT PROCESU KONTROLNEGO WSKPZL Rzeszów Wtrącenia,niedolewy niezgodności wymiarowe wielkość, kształt i rozmieszczenie ziaren wtrąceniadross, haze

9. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Przykłady wad odlewów rzadzizny żużel wtrącenie niemetaliczne

10. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Przykłady wad odlewów – pęknięcia na gorąco Boas – MAR M509 Van cluster – MAR M247

11. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Analiza wad w Laboratorium WSK „PZL Rzeszów” S.A. Prosta preparatyka Łatwość identyfikacji poszczególnych typów wad Brak możliwości oceny potencjalnego źródła wady Niezbędna współpraca z ośrodkami naukowymi

12. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych 14,0% 12,0% 10,0% 8,0% 6,0% 4,0% 2,0% 0,0% FPI Inclusion FPI Dross PostCast Inclusion PostCast Metal X-Ray FPI Hot Tears STATYSTYKA WAD dla przykładowej części i wytopu ??? – co to za wady i jakie źródło wad T. Sieńko, WSKPZL Rzeszów

13. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Tygiel, jako źródło wad Zgar z tygla Warstwa kontaminacyjna z komory pieca Wada odlewu Różne źródła, ale analogiczna morfologia i skład chemiczny

14. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Reakcje na granicy tygiel- ciekły metal, jako źródło wad wada tygiel Wtrącenia niemetaliczne z materiału tygla ubijanego: ZrO2 stabilizowany MgO

15. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Posypka tygla wielorazowego, jako źródło wad elektrokorund

16. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Żużle, jako źródło wad MAR M247 IN713C

17. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Filtr ceramiczny, jako źródło wad Wada łatwa do klasyfikacji – duże wtrącenia o nieregularnych kształtach – ZrO2stabilizowany MgO

18. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Pierwsza warstwa formy ceramicznej, jako źródło wad Wada odlewu Forma ceramiczna Wtrącenie z materiału pierwszej warstwy formy na osnowie ZrSiO4

19. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Pierwsza warstwa formy ceramicznej, jako źródło wad Posypka korund Osnowa – krzemian cyrkonu Wady w odlewie

20. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Warstwy konstrukcyjne formy (backup), jako źródło wad Grube ziarno posypki Drobnoziarnista osnowa Glinokrzemiany

21. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Politechnika ŚląskaKatedra Nauki o Materiałach 1. Analiza wpływu jakości stopów wsadowych (master heat) na jakość odlewów. 2. Analiza przyczyn powstawania wad w odlewach precyzyjnych krytycznych części silników lotniczych z nadstopów niklu i nadstopów kobaltu. (POSTER) Autorzy: Zespół wykonawców projektu kluczowego w Politechnice Śląskiej w ramach zadania 12 pod kierunkiem Profesora Jana Cwajny

22. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Wyniki badań zostały były przedmiotem dyskusji na:Forum – Wyniki badań naukowych PKAERO a implementacje wyników badań w przemyśle wg. wskaźników produktu i rezultatu zorganizowanychw roku 2011: 1. W czasie Seminarium Naukowe Indywidualnego projektu kluczowego: „Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” Zakopane 12 ÷ 16.09.2011 r.: Ustalenie programu dalszych badań stopów master heat. Warunki wdrożenia wyników badań stopów wsadowych w systemie zapewnienia jakości procesów i odlewów. Program i metodyka badań czynników technologicznych powodujących powstawanie egzo- i endogenicznych wtrąceń niemetalicznych w odlewach. Program i metodyka badań zmierzających do ustalenia optymalnej ilości modyfikatora powierzchniowego do nadstopów niklu o różnej zawartości aluminium i kobaltu. Warunki wdrożenia technologii modyfikacji objętościowej i mieszanej nadstopów niklu w Odlewni Precyzyjnej WSK ”PZLRzeszów”S.A.. Warunki wdrożenia technologii przetapiania nadstopów niklu z udziałem złomu w Odlewni Precyzyjnej WSK ”PZLRzeszów”S.A.

23. Główne wyniki zrealizowanych prac badawczych Dane niezbędne do poprawnej oceny przyczyn powstawania wad |w odlewach precyzyjnych. Wzorcowy program badań przyczyn powstawania wad w odlewach precyzyjnych elementów silników lotniczych. Doskonalenie metod ujawniania i oceny wad w polikrystalicznych i monokrystalicznych odlewach z nadstopów niklu oraz odlewach precyzyjnych z nadstopów kobaltu. Doskonalenie systemu zapewnienia jakości procesów i odlewów precyzyjnych – jakie elementy można poprawić wykorzystując wyniki projektu kluczowego? 2.W Politechnice Rzeszowskiej 24 i 25.03 2011: Analiza przyczyn powstawania wad w odlewach precyzyjnych z nadstopów niklu IN713C i MAR M247 oraz nadstopu MAR M509. Program badań jakości stopów wsadowych master heat z nadstopów niklu IN713C i MAR M247 oraz nadstopu kobaltu MAR M509. 3. W WSK ”PZL Rzeszów” S.A. 19 lipca 2011 r.:Wady w odlewanych precyzyjnie łopatkach z nadstopu niklu IN 713C. 4. W WSK „PZL Rzeszów” S.A 25 października 2011 r.:1) Wpływ jakości stopów wsadowych master heat na jakość odlewów precyzyjnych z nadstopów niklu i nadstopów kobaltu. 2) Factors effecting creep test results of MAR M509 master heats.

24. Główne wnioski 1. Zebrano bogaty zestaw przykładów do przygotowywanego w ZB 12 Projektu Kluczowego „Atlasu wad odlewów precyzyjnych z nadstopów niklu i nadstopów kobaltu”. 2. Wykonane badania stopów wsadowych master heat i odlanych z nich precyzyjnie łopatek z nadstopu IN 713C oraz segmentów łopatkowych z nadstopu MAR M247 potwierdziły jednoznacznie istotny wpływ jakości stopów wsadowych na jakość odlewów. Opracowano metodykę identyfikacji wad odlewów, której źródłem są stopy wsadowe master heat 3. Ustalono nowe przyczyny pękania na gorąco odlewów precyzyjnych z nadstopów niklu IN 713C i MAR M247oraz nadstopu kobaltu MAR M509 i powstawania w nich wad ujawnianych w badaniach FPI – opracowano działania naprawcze.

25. Dane do wskaźników realizacji celów projektu PUBLIKACJE: Moskal G., Cwajna J., Witala B., Cygan R.: Influence of measurement results of thermal conductivity and heat transfer coefficients on the simulation results of casting process of aircraft engine elements. Defect and Diffusion Forum Vols.; 312 ÷ 315; 2011; 566-570. Szczotok A.: Quantitative evaluation of carbides in nickel-base superalloy MAR-M247. IOP Conf. Ser.; Materials Science and Engineering; 22; 2011; 12007, 1 ÷ 11. Chmiela B., Sozańska M.; Analysis of high angle boundaries in directionally solidified turbine blade made of CMSX-4 superalloy. IOP Conf. Ser.: Materials Science and Engineering; 22; 2011; 12008; 1 ÷ 7. Chmiela B.; Ocena wad odlewów precyzyjnych z nadstopów niklu za pomocą technik SEM-EDS-EBSD. Materiały konferencyjne XXXIX Szkoła Inżynierii Materiałowej, Kraków-Krynica, 27-30.09.2011, 187 ÷ 192. Matysiak H., Wiśniewski P., 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. Publikacje planowane: Chmiela B., Sozańska M., Rodak K.; Phase identification in nickel-based superalloy using EBSD/SEM and electron diffraction in STEM”; Solid State Phenomena. Chmiela B., Sozańska M., Cwajna J.; Identification and evaluation of freckles in directionally solidified turbine blade made of PWA1426 nickel-based superalloy; Archives of Metallurgy and Materials.

26. Dane do wskaźników realizacji celów projektu (produktu i rezultatu) uzyskanych w pierwszym i drugim kwartale 2011 REFERATY KONFERENCYJNE: Chmiela B., Sozańska M., Rodak K.: Phase identification in nickel-based superalloy using EBSD/SEM and electron diffraction in STEM. 14th International Conference on Electron Microscopy, Wisła, 26-30.06.2011. Sozańska M., Chmiela B., Cwajna J.: Analysis of microstructure and phase identification in nickel-base superalloysZhS6K using EBSD/SEM method. 14th International Conference on Electron Microscopy, Wisła, 26-30.06.2011. Zagórska M., Wiśniewski P., Matysiak H., Kwapiszewska K., Ferenc-Dominik J., Michalski J., Kurzydłowski K. J.: The influence of polymer binder, based on nanoAl2O3 dispersion, on the properties of ceramic slurries used in the investment casting. International Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes EUROMAT 2011, Montpellier, France, 12-15.09.2011. 15. Chmiela B.: Ocena wad odlewów precyzyjnych z nadstopów niklu za pomocą technik SEM-EDS-EBSD. XXXIX Szkoła Inżynierii Materiałowej, Kraków-Krynica, 27 ÷ 30.09.2011 Referatywygłoszone w czasieSeminarium Naukowego Indywidualnego Projektu Kluczowego, Zakopane, 12 ÷ 6.09.2011 Rozmund J., Sieńko T.: Aktualne problemy technologiczne i badawcze w Odlewni Precyzyjnej WSK ”PZLRzeszów”S.A.. Sozańska M., Chmiela B., Szala J., Chrapoński J., Richter J.: Zastosowanie spektrometrów EDS, WDS i EBSD w badaniach faz nadstopów niklu i nadstopów kobaltu – możliwości i ograniczenia. Chmiela B., Sozańska M.: Badania wad odlewów mono- i polikrystalicznych z zastosowaniem metod i technik mikroskopii elektronowej skaningowej i transmisyjnej oraz spektrometrii rentgenowskiej. Binczyk F., Cwajna J., Szala J., Bąk St.: Wnioski wynikające z dotychczasowych analiz ATD oraz badań strukturalnych stopów wsadowych „master heat” nadstopów niklu i nadstopu kobaltu MAR M509.

27. Dane do wskaźników realizacji celów projektu REFERATY KONFERENCYJNE: Referatywygłoszone w czasieSeminarium Naukowego Indywidualnego Projektu Kluczowego, Zakopane, 12 ÷ 6.09.2011: Chmiela B., Matysiak H., Sozańska M., Szala J.: Kryteria klasyfikacji wtrąceń niemetalicznych w odlewach precyzyjnych – opracowanie atlasu wad odlewów precyzyjnych- cz. 1 i 2. Matysiak H., Michalski J., Trojan A.: Reakcje zachodzące na granicy tygiel-ciekły metal w procesie przetapiania stopów wsadowych i ich wpływ na jakość odlewów. Matysiak H.: Reakcje zachodzące na granicy ciekły metal-forma ceramiczna w procesie odlewania precyzyjnego elementów z nadstopów niklu i ich wpływ na jakość odlewów. Binczyk F., Cwajna J., Michalska J.: Reakcje zachodzące na granicy ciekły metal-forma ceramiczna w procesie odlewania precyzyjnego elementów z nadstopów niklu i ich wpływ na jakość odlewów. cz.2. Adamiec J., Chmiela B., Cwajna J., Kierzek A., Sozańska M., Staszewski M.: Przyczyny powstawania wad w odlewach precyzyjnych segmentów BOAS z nadstopu kobaltu MAR M509. Chmiela B., Cwajna J., Kukiełka T., Roskosz St., Sozańska M., Staszewski M.: Przyczyny powstawania wad w odlewach precyzyjnych łopatek z nadstopu niklu IN 713C. Adamiec J., Chmiela B., Cwajna J., Roskosz St., Sozańska M., Staszewski M.: Przyczyny powstawania wad w odlewach precyzyjnych segmentów łopatkowych z nadstopu niklu MAR M247.

28. Dane do wskaźników realizacji celów projektu Prace dyplomowe magisterskie

29. Dane do wskaźników realizacji celów projektu Projekty inżynierskie:

30. Dane do wskaźników realizacji celów projektu Prace doktorskie: Mgr Bartosz Chmiela : Zastosowanie metod mikroanalizy rentgenowskiej i techniki EBSD w badaniach materiałów dla lotnictwa. Przewód doktorski otwarto 9.XI.2010. Planowany termin zakończenia 2012. Promotor: Dr hab. inż. Maria Sozańska, prof. nzw. w Pol. Śl. 2. Małgorzata Zagórska (1 rok studium doktoranckiego) : „Wpływ parametrów technologicznych procesu krystalizacji na właściwości i mikrostrukturę odlewniczego nadstopu niklu Rene 77”. Planowany termin otwarcia przewodu: marzec 2013. Zgłoszenia patentowe dokonane w II półroczu 2011 r. - 0 Udział studentów – 22 (aktualnie 12) Udział doktorantów - 2 (aktualnie 2) Udział innych wykonawców - 32

31. Dane do wskaźników realizacji celów projektu UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO */ X – docelowo X – wykonanie - (II półrocze 2011)

32. Dane do wskaźników realizacji celów projektu UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Podstawowy zespół wykonawców Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej 10 (2) Prof. dr hab. inż. Jarosław Mizera, Dr hab. inż. Halina Garbacz, Dr hab. inż. Krzysztof Rożniatowski, Dr inż. Grzegorz Krzesiński, Mgr inż. Julia Ferenc, Mgr inż. Romuald Dobosz, Prof. dr hab. inż. Mikołaj Szafran, Wydział Chemii PW; Dr hab. inż. Wojciech Fabianowski, Wydział Chemii PW; Dr inż. Hubert Matysiak, UCBPW; Dr inż. Jakub Michalski MEGroup; • Politechnika Rzeszowska - 6 (1)Katedra Materiałoznawstwa; • Prof. dr hab. inż. Jan Sieniawski, • Prof. nzw. dr hab. inż. Krzysztof Kubiak, • Dr inż. Andrzej Nowotnik, • Dr inż. Małgorzata Wierzbińska, • Mgr inż. Stanisław Bąk, • Mgr inż. Rafał Cygan, • Politechnika Ślaska - 15 (4)Katedra Nauki o Materiałach • Katedra Technologii Materiałów • Prof. dr hab. inż. Hetmańczyk Marek, • Prof. dr hab. inż. Binczyk Franciszek , • Prof. dr hab. inż. Cwajna Jan, • Prof. dr hab. inż. Hetmańczyk Marek, • Dr hab. inż. Szala Janusz prof. PŚl., • Dr hab. inż. Maria Sozańska prof. PŚl., • Dr hab. inż. Adamiec Janusz, • Dr inż. Joanna Michalska • Dr inż. Marta Mikuśkiewicz • Dr inż. Moskal Grzegorz, • Dr inż. Roskosz Stanisław, • Dr inż. Szczotok Agnieszka, • Mgr inż. Staszewski Marek, • Mgr inż. Bartosz Chmiela, • Mgr inż. Tomasz Kukiełka, • Teresa Gąska.

33. Stan współpracy z przedsiębiorstwami Doliny Lotniczej UNIA EUROPEJSKA EUROPEJSKI FUNDUSZ ROZWOJU REGIONALNEGO Najpilniejsze problemy do rozwiązania: 1) Doskonalenie metodyki projektowania technologii precyzyjnego odlewania krytycznych części silników lotniczych z wykorzystaniem wspomagania komputerowego (PRz). 2) Wzbogacanie bazy danych o właściwościach stopów wsadowych i materiałów form ceramicznych stosowanych w technologii precyzyjnego dolewania krytycznych części silników lotniczych z nadstopów niklu i nadstopów kobaltu(PRz ,PŚl. i PW). 3) Kontynuowanie analiz przyczyn powstawania wad w odlewach precyzyjnych krytycznych części silników lotniczych z nadstopów niklu - opracowanie atlasu wad (PRz,PŚl. i PW). 4) Doskonalenie elementów systemu zapewnienia jakości procesów wytwarzania oraz odlewów precyzyjnych części silników lotniczych z nadstopów niklu (PŚl.). Zgodnie z planem jest realizowany opracowany wspólnie z partnerem przemysłowym WSK ”PZLRZESZÓW”S.A. PROGRAM BADAŃ NA LATA 2011 ÷ 2013