zb 11 materiały lotnicze o zaawansowanej strukturze (monokryształ, kierunkowa krystalizacja)

ZB 11

Materiały lotnicze o zaawansowanej strukturzeMateriały lotnicze o zaawansowanej strukturze(monokryształ, kierunkowa krystalizacja)(monokryształ, kierunkowa krystalizacja)

Partnerzy:

Politechnika Śląska – prof. Jan Cwajna

Politechnika Warszawska – prof. Krzysztof J. Kurzydłowski

Politechnika Rzeszowska – dr hab. inż. Krzysztof Kubiak

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Wytworzenie rdzeni ceramicznych przeznaczonych do rdzeniowanych monokrystalicznych odlewów ze stopów niklu. Analiza wpływu składu surowcowego oraz udziału masowego plastyfikatorów na właściwości fizyczne i mechaniczne wytworzonych rdzeni. Badania wytworzonych rdzeni ceramicznych.

Materiały na rdzenie:

-topiona krzemionka SiO2 – średnia średnica ziarna – 120 µm (120 mesh),

-krzemian cyrkonu – ZrSiO4 – średnia średnica ziarna – 48 µm (300 mesh),

- tlenek aluminium Al2O3 – średnia średnica ziarna – 44µm (325 mesh),

- szkło kwarcowe – skład chemiczny: SiO2 – 99,9%

- szkło boro-krzemianowe: SiO2 – 71,8%, B2O3 – 10,5%, Al2O3 – 6%, BaO – 2,8%, CaO – 0,8%, MgO – 0,2%, Na2O – 6,7%, K2O – 1,1%, Fe2O3 – 0,03%, TiO2 - śladowe

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

- wosk naturalny - Blayson - B0210, - wosk naturalny - Blayson - B0220, - parafina R56 - gęstość – 0,96 g/cm3, - wosk pszczeli - gęstość – 0,90 g/cm3, - wosk termoplastyczny - DEUREX MA7080 (mikronizowany), - wosk termoplastyczny - DEUREX MA7150 (mikronizowany), - wosk termoplastyczny - DEUREX A73 (granulowany).

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Skład materiału „1-s” na rdzenie ceramiczneSzkło kwarcowe - Szkło borowe - łącznie 84,5% mas.Parafina R56 - 15,3% mas.Wosk pszczeli - 0,2% mas.

Skład materiału „1” na rdzenie ceramiczneSiO2 (120 mesh),

SiO2 (mielony) - łącznie 75,73% mas.

ZrSiO4 (300 mesh)

Al2O3 (325 mesh)

Parafina R56 – 24,12% mas.

Wosk pszczeli – 0,15% mas.

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Skład materiału „2” na rdzenie ceramiczne SiO2 (120 mesh) SiO2 (mielony) ZrSiO4 (300 mesh)- łącznie 80,84% mas.Al2O3 (325 mesh) Parafina R56 – 19,43% mas.Wosk pszczeli – 0,13% mas

Skład materiału „3” na rdzenie ceramiczne SiO2 (120 mesh) SiO2 (mielony) ZrSiO4 (300 mesh)- łącznie 82,34%Al2O3 (325 mesh) Parafina R56 – 17,55% mas.Wosk pszczeli – 0,11% mas

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Skład materiału „4” na rdzenie ceramiczneSiO2 (120 mesh) SiO2 (mielony) – łącznie 83,26 % mas.ZrSiO4 (300 mesh) Al2O3 (325 mesh) Parafina R56 – 0,637 kg 16,57% mas.Wosk pszczeli – 0,004 kg 0,15% mas.

Wytwarzanie rdzeni ceramicznych:-mielenie szkła kwarcowego i borowego- uzyskano uziarnienie, w którym pozostałość na sicie o boku oczka 0,063 mm nie przekraczała 16% masowych,-wsypanie odważonej parafiny i wosku do konwektora ,-podgrzewanie do temperatury topnienia,- wsypanie szkła boro-krzemianowego i mieszanie w temperaturze termoplastyfikatorów wraz ze szkłem do ujednorodnienia,- wtryskiwanie masy do formy (uzyskano 30 rdzeni),- spiekanie w temperaturze 1060°C.

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Rdzeń w stanie surowym Rdzeń w skrzyni do spiekania

Właściwości rdzeni z materiału „1s”:Nasiąkliwość wodą [%] - 22,20 (14 - 16)Gęstość pozorna [g/cm3] - 1,54 (1,8 – 1,9)Porowatość otwarta [%] - 31,14 (27 – 29)Wytrzymałość na zginanie [MPa] – 6,93

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Linie pierwiastkowe

Udział masowy % Udział atomowy %

O K 53.11 66.33 Na K 1.40 1.22 Al K 3.19 2.36 Si K 42.30 30.09Total 100.00 100.00

Rdzeń „1s”

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Z materiału o składzie chemicznym „1”, „2” i „3” wykonano po ok. 40 rdzeni ceramicznych. Wypalano je w temperaturze 1060-1300°C.Debinding prowadzono w piecu (zakupionym w ramach zadania).Wykonano obserwacje metodą SEM oraz analizy składu chemicznego.

Skład

Nasiąkliwość

wodą

[%]

Gęstość

pozorna

[g/cm3]

Porowatość

otwarta

[%]

Wytrzymałość

na zginanie

[MPa]

Skurcz

spiekania

[%]

I 23,41 1,52 35,70 6,54 2,30

II 20,07 1,60 32,05 8,52 1,63

III 19,85 1,61 32,02 5,73 0,67

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Wnioski1.Dobrano wstępne składy surowców ceramicznych.

2. Przebadano i dobrano odpowiedni skład parafiny i wosku jako spoiwa organicznego.

3. Opracowano proces odprowadzania spoiwa (debindowania) oraz wypalania rdzeni ceramicznych wykonanych metodą wtrysku niskociśnieniowego.

4.Uzyskano rdzenie o mikronowych rozmiarach porów oraz jednorodnej mikrostrukturze, małym skurczu spiekania (1,64% w 1350°C dla składu nr IV) oraz bez deformacji oraz uszkodzeń.

5. Wytworzono rdzenie ceramiczne metodą wtrysku niskociśnieniowego.

6. Wytworzone próbki metodą prasowania termoplastycznego z wykorzystaniem wosków firmy Blayson posiadają dobre właściwości fizyczne, małe deformacje po prasowaniu oraz nie posiadają wad powierzchniowych.

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Plan dalszych badań1.Zaprojektowanie i wykonanie formy do wtrysku niskociśnieniowego na rdzenie ceramiczne o kształcie zapewniającym stabilne mocowanie w formie ceramicznej (belka poprzeczna o podstawie kwadratu).2. Zastosowanie do wytwarzania rdzeni metodą wtrysku niskociśnieniowego składu o zwiększonym udziale masowym składników ogniotrwałych tj. tlenku glinu oraz krzemianu cyrkonu.3. Zaprojektowanie i wykonanie formy do wtrysku wysokociśnieniowego na rdzenie ceramiczne o kształcie pozwalającym na zbadanie struktury stopu w zależności od odległości od krawędzi oraz płaszczyzny rdzenia.4. Zastosowanie do wykonywania rdzeni nowego rodzaju wosków termoplastycznych.

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Opracowanie metodyki wytwarzania rdzeniowanych elementów i modeli woskowych. Wykonanie rdzeniowanych modeli woskowychWykonanie modelu wzorcowego 

Model 3D-CAD rdzenia Model 3D-CAD wzorca do wykonania formy silikonowej

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Sposób umieszczenia rdzenia w modelu woskowym

Modele wzorcowe wykonane metodą SLA

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Wykonanie form i matryc silikonowych

Modele wzorcowe w pojemnikach

Rozcięta forma z usuniętym modelem wzorcowym 

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Forma silikonowa z rdzeniem ceramicznym

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Zalewanie formy ciekłym woskiem

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Modele woskowe z rdzeniem ceramicznym

Rdzeniowany woskowy zestaw modelowy

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Wykonanie form ceramicznych

Materiały: tlenek aluminium, mulit, spoiwo - Ludox AM-30. Nałożono 12 warstw: 1-sza i 2-ga - tlenek aluminium #80, pozostałe 10 warstw wykonano z mulitu.

Suszenie - 48 h w temperaturze 22oC i wilgotności 43%. Usunięcie wosku w autoklawie pod ciśnieniem 6 bar i temperaturze około 170oC. Wyżarzanie w temperaturze 760oC przez 2 h.

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Wykonanie rdzeniowanych odlewów monokrystalicznych

Zalanie formy ciekłym stopem CSMX-4. Operację wykonano w piecu ALD w próżni 10-4 Tr w temperaturze 1520°C. Formy wyciągano z obszaru grzejnego pieca z prędkością 3mm/min. Wystudzoną formę poddano operacji usunięcia masy ceramicznej i czyszczenia odlewu.

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Plany na III i IV kwartał 2010

1.Usunięcie rdzeni z odlewów – trawienie.2.Ocena geometrii, mikrostruktury, orientacji odlewów.3.Projekt form metalowych do wtryskiwania wosku z rdzeniami.

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWPJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI

PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym” III KONFERENCJA Indywidualnego projektu kluczowego

Dziękuję za uwagę