Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Strain distribution of aircraft engine compressor blade surface applying numerical and experimental methods

Setkowicz A., Obrocki W., Sieniawski J., Ziaja W.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2017

|

Vol. 41, nr 2

43--52

EN

Paper contains an analysis of the 1st stage compressor blade strain distribution. Boundary conditions analysis was presumed for blade clamped in the fatigue holder. Strain distribution verification was performed for blade fundamental frequency. Numerical method results were verified with experimental (strain gauge) method.

PL

Artykuł przedstawia analizę rozkładu wartości odkształceń łopatki 1. stopnia wirnika sprężarki. Warunki brzegowe dla prowadzonej analizy przyjęto dla przypadku zamocowania łopatki w uchwycie maszyny wytrzymałościowej w próbie zmęczeniowej. Weryfikację rozkładu wartości odkształcenia wykonano dla pierwszej postaci drgań własnych łopatki. Wyniki analizy odkształceń metodą numeryczną weryfikowano w badaniach eksperymentalnych.

2

Plasticity of nickel-based superalloy 625 at elevated temperature

Ziaja W., Motyka M., Poręba M.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2017

|

Vol. 41, nr 4

41--49

EN

Structural elements made of nickel-based superalloys are often plastically formed at elevated temperature (e.g. by stamping) so detailed characterization of their deformation behaviour is crucial. Some alloys exhibit unstable plastic flow at elevated temperature characterized by serrated yielding, known as Portevin-Le Chatelier (PLC) effect. This phenomenon is usually attributed to dynamic strain ageing (DSA). The PLC effect is observed in many nickel-based superalloys within a certain range of deformation temperature and strain rate. The aim of presented research was to investigate deformation behaviour of 625 nickel-based superalloy in tensile tests in the temperature range of 200-1100ºC and for strain rates of 5·10 to the –4 and 5·10 to the –2 s to the –1. The effect of temperature and strain rate on the mechanical properties of the 625 alloy and character of serrations on the stress-strain curves was analysed. Strain rate sensitivity parameter dependence on deformation temperature was determined.

PL

Elementy konstrukcji z nadstopów niklu wytwarzane są często w procesach przeróbki plastycznej blach w temperaturze podwyższonej. Konieczność opracowania szczegółowej charakterystyki odkształcania plastycznego materiałów kształtowanych blach. Niektóre stopy, w tym nadstopy na osnowie niklu, cechują się niestabilnością płynięcia plastycznego podczas odkształcania w temperaturze podwyższonej. Spowodowana jest dynamicznym starzeniem odkształceniowym. Przejawia się cyklicznymi zmianami naprężenia na krzywej rozciągania (tzw. „ząbkowaniem”) – efekt Portevina-Le Chateliera (PLC). Efekt PLC stwierdzono w wielu gatunkach nadstopów niklu, w określonym zakresie temperatury i prędkości odkształcania. W pracy prowadzono ocenę procesu odkształcania plastycznego nadstopu niklu 625 w próbie statycznej rozciągania w zakresie temperatury 200-1100ºC, z prędkością odkształcania – 5·10 do –4 i 5·10 do –2 s do –1. W prowadzonej analizie wyników ustalono wpływ warunków odkształcania plastycznego stopu 625 na charakter zjawiska „ząbkowania” oraz właściwości mechaniczne. Określono również zależność współczynnika czułości naprężenia płynięcia plastycznego na prędkość odkształcania od temperatury odkształcania.

3

Wytrzymałość połączeń typu clinching formowanych matrycą o różnej konstrukcji

Mucha J., Witkowski W., Ziaja W.

Przegląd Mechaniczny

|

2016

|

nr 1-2

50--53

PL

Okrągłe połączenia przetłoczeniowe typu clinching wykazują największą wytrzymałość na obciążenia przy zapewnieniu odpowiedniego kierunku obciążania złącza względem osi połączenia. Powinny one przenosić siłę ścinającą. W wielu przypadkach niemożliwe jest spełnienie tego warunku i złącza takie poddane są złożonemu stanowi obciążenia (ścinanie i rozciąganie). Mechanizm zniszczenia złącza zależny jest od kierunku siły obciążającej względem osi. Istotnym zagadnieniem jest więc analiza wytrzymałości połączenia poddanego złożonemu stanowi obciążenia. Przedstawiono wyniki analizy wytrzymałości połączeń przetłoczeniowych typu clinching formowanych matrycą okrągłą jednolitą oraz matrycą z 3 ruchomymi segmentami. Wykorzystano blachy z materiału DX51D+Z275. Próbki z połączeniami poddano testom wytrzymałościowym dla różnych wartości kąta działania siły obciążającej (od 0° do 90° co 30°). Określono strukturę wytrzymałościową złącza zgodnie z normą ISO 12996-2013. Wyznaczono krzywą aproksymując przebieg funkcji modelu rozdzielenia połączenia.

EN

The round clinching joints have a maximum load capacity for an adequate angle direction between force load and joint axis. They should be loaded to carry the shear force. However, in many cases it is not possible to transmit only the shearing force, and the joints are transmitting the multi-axis load (shear and tensile force). The joint mechanism destruction is depended on the force load angle. Therefore, an important issue is to study the joints strength in multi-axis load conditions. Results of the experimental analysis of the clinching joints, formed by using the round rigid die and die with 3 movable segments were presented. The sheet material was DX51D+Z275. The joint samples were tested with different values of the force load angle - from 0° to 90° with changes of 30°. According to the ISO 12996-2013 standard the structure of the joint strength were presented. The approximated curve of the joint mechanism destruction was determined.

4

Microstructural factors in the primary creep stage of two-phase titanium alloy

Ziaja W., Motyka M., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 4

196--200

EN

One of the major areas of titanium alloys application includes discs and blades of compressors in turbine engines. In titanium alloys, significant strain can accumulate as a function of time, at stresses well below the yield strength at the homologous temperature below 0.25, even at room temperature. Life prediction for elements made of titanium alloys which is based solely on steady state creep parameters is in some cases not adequate due to large primary creep strains. In the case of rotating components of aero-engines small dimensional tolerances can be threatened and transient creep strains must be taken into account in modelling of overall creep deformation. Creep and fatigue properties of two-phase titanium alloys show strong dependence on microstructure, especially morphology of the α and β phases which can be controlled to certain extent by proper selection of hot working and heat treatment conditions. In the paper the primary creep behaviour of Ti–6Al–2Mo–2Cr alloy (VT3–1) at elevated temperature was investigated. The microstructure of the alloy was varied by means of changing conditions of heat-treatment. Creep tests were carried out on the alloy with globular and lamellar microstructure at the temperature of 450°C. Primary stage of the creep process was described using various constitutive laws. Applicability of power-law and logarithmic equations for describing strain evolution was verified. The influence of the initial microstructure on the primary creep strain and strain rate at the onset of steady-state creep stage was analysed.

PL

W pracy podjęto próbę określenia oddziaływania morfologii mikrostruktury dwufazowego stopu tytanu Ti–6Al–2Mo–2Cr na jego właściwości w stadium pełzania nieustalonego w temperaturze 450°C. Istotnym celem badań był dobór równań konstytutywnych opisujących krzywe pełzania stopu, które mogą być zastosowane do ilościowej oceny wpływu morfologii mikrostruktury stopu na wielkości charakteryzujące proces pełzania. Zagadnienie to jest istotne w procesie projektowania elementów konstrukcyjnych, zwłaszcza w przypadku małych tolerancji wymiarów (np. łopatki wirnika sprężarki silnika turbinowego), ze względu na skłonność stopów tytanu do osiągania znacznych odkształceń trwałych, zależnych od czasu, nawet w zakresie temperatury homologicznej poniżej 0,25.

5

Primary Creep Behaviour of Two-Phase Titanium Alloy with Various Microstructure

Ziaja W., Motyka M., Kubiak K., Sieniawski J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2016

|

Vol. 61, iss. 2A

683--688

EN

Creep and fatigue properties of two-phase titanium alloys show strong dependence on microstructure, especially morphology of the α and β phases which can be controlled to certain extent by proper selection of hot working and heat treatment conditions. In the paper the creep behaviour of Ti-6Al-2Mo-2Cr alloy (VT3-1) at elevated temperature was modelled. Finite element analyses of primary creep stage were carried out taking into account some microstructural features of the two-phase alloy that were included in the physical model and different properties of α and β phases. In order to verify results of calculations distinct types of microstructure were developed in the alloy by heat treatment and creep tests were carried out at elevated temperature (450°C) at various stress levels. Based on the FEM simulations the effect of changes of some microstructure features on primary creep strain development was estimated.

6

Microstructural factors affecting creep-fatigue behaviour of two-phase titanium alloys

Ziaja W.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2016

|

Vol. 40, nr 1

67--74

EN

In the paper the dwell fatigue behaviour of two-phase Ti-6Al-2Mo-2Cr alloy (VT3-1) at elevated temperature was investigated. The reasons of high sensitivity of titanium alloys to dwell periods at high stress level during cyclic loading were summarized. The relations between morphology of the alloy microstructure and the effect of dwell periods at peak stress was established. The microstructure of the alloy was varied by means of changing conditions of heat-treatment. Dwell fatigue tests were carried out at the temperature of 400°C. Relative contributions of cyclic and creep processes to the overall damage were evaluated as a function of stress level.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości dwufazowego stopu tytanu Ti-6Al-2Mo-2Cr (WT3-1) w warunkach pełzania-zmęczenia. Przedstawiono źródła dużej wrażliwości stopów tytanu na okresy przestojów przy wysokim poziomie naprężenia w warunkach obciążenia cyklicznie zmiennego. Określono zależność między morfologią mikrostruktury stopu a wpływem okresów przestojów przy maksymalnym naprężeniu w cyklu obciążenia na trwałość materiału. Mikrostrukturę stopu kształtowano metodami obróbki cieplnej. Próbę zmęczeniową bez i z okresami przestojów przy maksymalnym naprężeniu prowadzono w temperaturze 400°C. Oszacowano względny udział zjawisk towarzyszących zmęczeniu i pełzaniu w procesie niszczenia materiału.

7

Wysokocyklowa wytrzymałość zmęczeniowa konsolidowanych plastycznie stopów aluminium

Ziaja W., Motyka M., Tokarski T., Sieniawski J.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2015

|

T. 26, nr 4

343--358

PL

Stopy aluminium należą do podstawowych materiałów konstrukcyjnych, szczególnie w przemyśle samochodowym i lotniczym. Ze względu na charakter obciążeń, wytrzymałość zmęczeniowa stanowi istotne kryterium determinujące zakres potencjalnych zastosowań materiałów konstrukcyjnych w tym obszarze. Zmniejszenie rozmiaru ziaren do zakresu submikro lub nanometrycznego realizowane m.in. metodami przeróbki plastycznej z zastosowaniem bardzo dużych odkształceń lub metodą konsolidacji plastycznej rozdrobnionych form materiału o strukturze w pełni lub częściowo amorficznej umożliwia uzyskanie bardzo dużych właściwości wytrzymałościowych w warunkach obciążeń statycznych. Wyniki badań potwierdzają możliwość zwiększenia w ten sposób również wytrzymałości zmęczeniowej, chociaż stwierdzono również przypadki pogorszenia właściwości zmęczeniowych stopu. Efekt rozdrobnienia ziaren silnie zależy od składu fazowego i mikrostruktury stopu, jak również od geometrii próbek i warunków obciążenia oraz liczby cykli do zniszczenia (wytrzymałość nisko- i wysokocyklowa). W pracy badano wysokocyklową trwałość zmęczeniową (w warunkach zginania) ultradrobnoziarnistych, konsolidowanych plastycznie stopów aluminium RS442 oraz RS5083, stosując próbki o przekroju prostokątnym z karbem. Poddano analizie zmianę ich właściwości zmęczeniowych i charakteru pękania w porównaniu z odpowiadającymi im materiałami otrzymywanymi metodami konwencjonalnymi. Stwierdzono dominujący udział pękania międzykrystalicznego w stopach konsolidowanych plastycznie, niezależnie od schematu zastosowanej po konsolidacji obróbki cieplnej lub przeróbki plastycznej. Skutkiem osłabienia „nowych” granic ziaren powstałych podczas konsolidacji plastycznej jest mniejsza trwałość zmęczeniowa stopów ultradrobnoziarnistych. Wprowadzenie grafitu do stopu RS442 powoduje zwiększenie trwałości zmęczeniowej stopu w zakresie dużych wartości amplitudy naprężenia na skutek zwiększenie nieregularności ścieżki pęknięcia i zjawisko przesłaniania wierzchołka pęknięcia.

EN

Aluminium alloys are the basic structural materials, especially in automotive and aircraft industry. Fatigue strength is an important criterion determining the range of potential applications of structural materials in that area. Grain refinement down to submicro or nanometric level, that can be realized using severe plastic deformation methods or rapid solidification and plastic consolidation of partially or fully amorphous forms of material, enables significant improvement of strength properties of the alloys under static loads. Results of the studies indicate the possibility of increasing also fatigue strength using this method but inverse effects were also reported. The influence of grain refinement on fatigue behaviour depends on many factors like phase composition and microstructure of the alloy, but also specimen geometry, loading conditions and form of fatigue process (low or high cycle fatigue). In the paper high-cycle fatigue life of plastically consolidated RS442 and RS5083 aluminium alloys was examined in bending test using notched specimens with rectangular cross-section. The fatigue behaviour and fracture mechanisms of these alloys were compared to materials produced using conventional methods. Regardless of following heat treatment or plastic working conditions in all plastically consolidated variants of the alloys intergranular cracking prevailed. Relative weakening of the ‘new’ grain boundaries formed during plastic consolidation resulted in lower fatigue life of ultrafine-grained alloys. Addition of graphite to RS442 alloy led to increase of fatigue life for higher stress range due to increased crack path tortuosity and crack tip shielding phenomenon.

8

Kształtowanie właściwości mechanicznych konsolidowanego plastycznie stopu aluminium RS442 w procesach obróbki cieplnej

Motyka M., Tokarski T., Ziaja W., Wędrychowicz M., Sieniawski J.

Obróbka Plastyczna Metali

|

2015

|

T. 26, nr 4

335--342

PL

Specjalistyczne metody rozdrabniania ziarn w metalach i ich stopach stanowią efektywny sposób poprawy ich właściwości mechanicznych. Zalicza się do nich konsolidację plastyczną szybko krystalizowanych form rozdrobnionych (płatków, proszków, itp.), umożliwiającą wytwarzanie półwyrobów i gotowych wyrobów o znacznie lepszych właściwościach użytkowych w porównaniu z elementami wytwarzanymi metodami tradycyjnymi. Konsolidację plastyczną uznaje się za interesującą metodę kształtowania mikrostruktury i właściwości mechanicznych stopów Al-Si. Może być alternatywą dla ich przeróbki plastycznej – utrudnionej ze względu na małą plastyczność tej grupy stopów. Konsolidowany plastycznie stop RS442 (AlSi12,5Fe5Cu3,5Mg1) charakteryzuje duże rozdrobnienie składników fazowych ich mikrostruktury (rozmiary ziarn osnowy <1 μm), co powoduje nawet 2-krotne zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie. Stop ten zachowuje swoje duże właściwości wytrzymałościowe nawet po wyżarzaniu w temperaturze 450°C. Zakłada się, że proces wydzielania się faz międzymetalicznych kompensuje osłabienie tego stopu powodowane rozrostem ziarn osnowy. Przedstawiono wyniki badań stopu RS442 konsolidowanego plastycznie w procesie wyciskania. Wsad stanowił stop w postaci szybko krystalizowanych płatków (w procesie melt spinning). Wytworzone pręty poddano obróbce cieplnej: wyżarzaniu 450°C/2h oraz przesycaniu 475°C/1h w wodzie i starzenie w zakresie temperatury 50÷100°C. Wykonano badania mikrostruktury metodą SEM oraz właściwości mechanicznych – próba statyczna rozciągania (Rm, Rp0,2, A) i pomiar twardości. Stwierdzono, że umacnianie wydzieleniowe konsolidowanego plastycznie stopu RS442 powoduje zmniejszenie jego granicy plastyczności (ok. 25%) przy zachowaniu wytrzymałości na rozciąganie i zwiększeniu twardości (ok. 10%).

EN

Advanced methods for grain refinement in metals and alloys are effective way for improving their mechanical properties. They include plastic consolidation of rapid solidified disintegrated forms (flakes, powders, etc.) which enables manufacturing semi- and final products having much better operational properties comparing with traditional manufacturing methods. Plastic consolidation is acknowledged as particularly interesting method of development of microstructure and mechanical properties of Al-Si alloys. It can be alternative method for plastic working – difficult due to low plasticity of mentioned group of alloys. Characteristic feature of plastically consolidated RS442 alloy is high refinement of phase constituents (matrix grain size < 1 μm) which results in even doubled static tensile strength. Alloy in this conditions preserves its high strength also after annealing at the temperature of 450°C. It was assumed that precipitation process of intermetallic phases compensated material softening caused by matrix grains growth. Plastic consolidation of rapidly solidified RS442 alloy flakes was conducted by extrusion method. Produced rods were heat treated – annealing at 450°C for 2h and solution treatment at the temperature of 475°C (1h) with water quenching and following ageing in the temperature range of 50–100°C. SEM microscopic and mechanical properties (tensile and hardness tests) examinations were carried out. It was found that precipitation hardening of plastically consolidated RS442 alloy led to reduction of its yield stress (about 25%) and increase in hardness (about 10%) without essential effect on ultimate tensile strength.

9

Heat treatment and CVD aluminizing of Ni-base René 80 superalloy

Pytel M., Góral M., Nowotnik A., Sieniawski J., Drajewicz M., Ziaja W.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2012

|

Vol. 51, nr 1

30--38

EN

Purpose: This work presents the results of microstructure investigations which were carried out on Ni-base Rene 80 polycrystalline superalloy. Design/methodology/approach: Polycrystalline cast rods have been used in the studies. The heat treatment processes were conducted in ALD High Temperature Vacuum Furnace at 1204°C for 2 h, in Ar atmosphere followed by cooling to room temperature. The aluminizing processes were conducted by use of CVD method on as cast samples and after homogenizing-solution annealing. The diffusion low activity aluminide coatings have been produced using the CVD IonBond BPXPR0325S apparatus at various temperatures, for 4 h and applying different values of: flow rate of HCl through the outer AlCl3 generator and pressure in main retort in H2 atmosphere. The microstructure investigations were conducted using scanning electron microscope. To the purpose of analysis of the chemical composition an X-ray microanalysis technique was applied with the dispersion of the energy (EDS) using of Thermo and Noran equipment. Findings: It was found that samples without heat treatment had the typical cast microstructure with many areas of the y-y’ eutectic, after heat treatment process the microstructure was homogenized, i.e. the eutectic y-y’ has been dissolved, MC-type carbides were precipitated on the grain boundaries and the chemical composition was balanced. It was found also that after homogenizing heat treatment the samples had the thicker coating and had more homogenous additive and diffusion layer than the samples with as-cast microstructure. Research limitations/implications: Results will be used for further steps which will consist of CVD process and other different heat treatment. Practical implications: This CVD method will be used in the future for the production of modified aluminide bond coats on single crystal Ni-base superalloys underlying the ceramic EB-PVD or LPPS top coatings. Originality/value: In the future the production of chemical vapor deposited platinum (or Pd, Zr, Hf) aluminide diffusion coatings on nickel base superalloy substrate are planned.

10

Trwałość warstwy wierzchniej po procesie aluminiowania nadstopu niklu René 77 stosowanego na elementy turbin o dużej żaroodporności

Poręba M., Ziaja W., Sieniawski J., Raga K.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 6

605--608

PL

Celem pracy było opracowanie warunków procesu nisko i wysokoaktywnego aluminiowania nadstopu niklu René77 z zastosowaniem metody chemicznego osadzania z fazy gazowej. Wytworzono dyfuzyjne warstwy żaroodporne na osnowie aluminidków niklu. Określono wpływ czasu procesu prowadzonego w temperaturze 1050°C na głębokość wytworzonych warstw. Celem zwiększenia grubości warstwy ochronnej zastosowano dodatkowe wyżarzanie po procesie wysokoaktywnym. Wykonano badania odporności na utlenianie wytworzonych warstw oraz analizę składu fazowego warstwy. Stwierdzono, że wytworzone warstwy aluminidkowe zwiększają odporność na utlenianie podłoża – stopu René 77.

EN

The aim of the study was development of aluminizing process of the René 77 superalloy by the CVD method. Heat resistant diffusion layers based on nickel aluminides were produced. The influence of time of CVD process carried out at 1050°C on the thickness of the coatings was determined. Additional annealing was also applied after high activity process to increase the thickness of the protective coating. Phase composition of the aluminide coatings was examined. On the basis of the oxidation tests results it was found that applied coatings improved oxidation resistance of René 77 superalloy.

11

Ocena mikrostruktury i plastyczności stopu tytanu pseudo-β Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn

Motyka M., Sieniawski J., Kubiak K., Adamus J., Lacki P., Ziaja W.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 4

284--287

PL

Jednofazowe stopy tytanu β oraz pseudo- β nie znajdują wciąż zastosowania w krajowym przemyśle przetwórstwa stopów metali, mimo że używane są od wielu lat przez światowych producentów komponentów silników lotniczych. Stopy jednofazowe β charakteryzują się większą wytrzymałością w temperaturze pokojowej i odkształcalnością na zimno w porównaniu z najpopularniejszymi gatunkami stopów dwufazowych α + β. Właściwości mechaniczne tej grupy stopów w dużym stopniu zależą od warunków przeróbki plastycznej i obróbki cieplnej. W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych w zakresie temperatury 20÷500°C oraz anizotropii i tłoczności blach stopu Ti15V-3Al-3Cr-3Sn. Stwierdzono małą plastyczność tego stopu utrudniającą przeróbkę plastyczną na zimno.

EN

Single-phase β and near-β titanium alloys are still not applied in the domestic metal-forming industry although they have been used by world manufacturers of aircraft engines components for years. Single-phase β titanium alloys are characterized by a higher room temperature strength and cold plasticity comparing to the most popular two-phase α + β titanium alloys. Their mechanical properties significantly depend on plastic working and heat treatment conditions. The results of mechanical properties testing in the temperature range of 20÷500°C and sheet anisotropy and drawability tests of Ti15V-3Al-3Cr-3Sn alloy were presented in the paper. The low plasticity of the examined alloy was found to make cold plastic working difficult.

12

Analiza wpływu mikrostruktury stopu tytanu na siłę napędową rozwoju pęknięcia w próbie zginania

Ziaja W., Motyka M., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2012

|

Vol. 33, nr 3

151--154

PL

W pracy wykonano symulację metodą elementów skończonych próby czteropunktowego zginania próbki stopu tytanu Ti-6Al-4V z utwardzoną warstwą wierzchnią. W warstwie wierzchniej złożonej z zewnętrznej powłoki sprężystej oraz warstwy dyfuzyjnej wprowadzono pęknięcie powierzchniowe, którego wierzchołek znajdował się w podłożu. Określono wpływ cech geometrycznych i właściwości modyfikowanej warstwy wierzchniej (grubości powłoki, głębokości warstwy dyfuzyjnej, właściwości wytrzymałościowych powłoki, warstwy dyfuzyjnej i materiału podłoża oraz stanu naprężeń własnych w powłoce) na wartość siły uogólnionej, wyrażonej całką J, działającej na szczelinę. Wartość całki J może być uznana za siłę napędową rozwoju pęknięcia.

EN

In the paper, numerical simulation of the four point bending test of the Ti-6Al-4V titanium alloy with a hardened surface layer was carried out using the two dimensional finite element method. The surface crack penetrating the hard elastic coating was introduced in the model. The effect of the coating thickness and stiffness, residual stresses in the coating, yield strength of the substrate material and yield properties of the diffusion hardened layer on the crack driving force expressed in terms of the J integral was determined. The results could be used to select the parameters of a surface layer with complex structure in the process of the design of load bearing components against fracture.

13

Application of Silicon Carbide Chills in Controlling the Solidification Process of Casts Made of IN-713C Nickel Superalloy

Szeliga D., Kubiak K., Cygan R., Ziaja W.

Archives of Foundry Engineering

|

2012

|

Vol. 12, iss. 2s

105--111

EN

The paper presents the method of manufacturing casts made of the IN-713C nickel superalloy using the wax lost investment casting process and silicon carbide chills. The authors designed experimental casts, the gating system and selected the chills material. Wax pattern, ceramic shell mould and experimental casts were prepared for the purposes of research. On the basis of the temperature distribution measurements, the kinetics of the solidification process was determined in the thickened part of the plate cast. This allowed to establish the quantity of phase transitions which occurred during cast cooling process and the approximate values of liquidus, eutectic, solidus and solvus temperatures as well as the solidification time and the average value of cast cooling rate. Non-destructive testing and macroscopic analysis were applied to determine the location and size of shrinkage defects. The authors present the mechanism of solidification and formation of shrinkage defects in casts with and without chills. It was found that the applied chills influence significantly the hot spots and the remaining part of the cast. Their presence allows to create conditions for solidification of IN-713C nickel superalloy cast without shrinkage defects.

14

Wpływ głębokości warstwy aluminidkowej na żarowytrzymałość i żaroodporność nadstopu René77

Poręba M., Ziaja W., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 4

1173-1176

PL

Prowadzono badania oceny wpływu żaroodpornej warstwy aluminidkowej uzyskanej w niskoaktywnym procesie aluminiowania CVD na żarowytrzymałość nadstopu niklu Rene77. Opracowano warunki procesu aluminiowania i wytworzono warstwę aluminidkową o głębokości ok. 20 um i 35 um. Wykonano badania odporności warstwy na utlenianie izotermiczne w temperaturze 982°C (1800 F), czas wygrzewania - 1000 h. Prowadzono próby przyspieszonego pełzania w temperaturze 982°C (1800 F) przy naprężeniu 151,7 MPa (przed i po aluminiowaniu). Wykonano analizy składu chemicznego i fazowego warstwy na powierzchni po procesie aluminiowania. Stwierdzono, że wytworzona warstwa zwiększa odporność na utlenienie podłoża - Rene77 przy zachowaniu jego właściwości mechanicznych.

EN

The influence of aluminide coating developed on Rene77 superalloy in low activity CVD process on oxidation resistance and mechanical properties of the alloy was examined. After selection of process parameters aluminide coatings with the depth of 20 and 35 um were formed. The oxidation tests were carried out at 982°C (1800 F) for 1000 h. Stress rupture tests at 982°C (1800 F) were accomplished at the stress level of 151.7 MPa for the alloy before and after aluminizing. Chemical and phase composition on the surface of the aluminide coating was examined. It was found that applied coating improved oxidation resistance of Rene77 superalloy without deterioration of mechanical properties.

15

Oxidation and creep behaviour of the CVD aluminized Rene 77 nickel-based superalloy

Ziaja W., Poręba M., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

602-605

EN

Low activity CVD process and heat treatment parameters were selected for nickel-base Rene 77 superalloy. As a result of the treatment aluminide coating with the depth of 35 ?m was formed. Disk-shaped specimens were cyclically oxidized in air at 982°C for 1000 h. Stress rupture tests were carried out at 982°C at the stress level of 124.0 and 151.7 MPa for the aluminized alloy and reference samples without the aluminide coating. Chemical and phase composition of the surface layer was examined after aluminizing and oxidation tests. It was found that aluminide coating improved oxidation resistance of Rene 77 superalloy without deterioration of its creep resistance at 982°C.

PL

Wytworzono warstwę aluminidkową na nadstopie niklu Rene 77 w niskoaktywnym procesie CVD. Przyjęto schemat procesu aluminiowania w połączeniu z obróbką cieplną stopu. Wykonano badania odporności warstwy na cykliczne utlenianie w temperaturze 982°C w łącznym czasie 1000 h. Prowadzono próby przyspieszonego pełzania w temperaturze 982°C przy naprężeniu 124,0 i 151,7 MPa dla materiału bez warstwy oraz po aluminiowaniu. Wykonano badania składu chemicznego i fazowego warstwy wierzchniej po aluminiowaniu oraz po próbie utleniania cyklicznego. Stwierdzono, że wytworzona warstwa poprawiła odporność na utlenienie materiału podłoża - Rene 77, nie prowadząc do obniżenia odporności na pełzanie w temperaturze 982°C.

16

Modelling of microstructure and deformation behaviour of two-phase titanium alloy

Ziaja W., Ossowski M., Motyka M.

Inżynieria Materiałowa

|

2009

|

Vol. 30, nr 5

437-440

EN

In the paper the model of surface treated titanium alloy was worked out to be used in two dimensional finite element analysis of four point bending test. Different strength properties were assigned to hard compound layer, diffusion strengthened layer and the substrate. Serrated character of the interface between compound and diffusion layers was also modelled. Nume-rically determined load-deflection curves were compared with experimental data obtained for specimens after glow discharge assisted surface treatment. The influence of surface layer morphology and properties on the local stress distribution was analyzed. The models developed allow to estimate the effect of individual microstructure constituents on the deformation behaviour of two-phase titanium alloy.

PL

W pracy przedstawiono model stopu tytanu poddanego obróbce powierzchniowej, który zastosowano w symulacji próby zginania czteropunktowego metodą elementów skończonych. W modelu uwzględniono różne właściwości mechaniczne strefy faz azotkowych, strefy dyfuzyjnej oraz materiału podłoża. Wyznaczone numerycznie krzywe obciążenie-ugięcie porównano z danymi doświadczalnymi otrzymanymi dla próbek poddanych procesom obróbki powierzchniowej w warunkach wyładowania jarzeniowego. Poddano analizie wpływ właściwości materiału w poszczególnych strefach warstwy wierzchniej oraz amplitudy i odstępu nierówności na granicy warstwa azotkowa-podłoże na lokalny rozkład naprężeń zredukowanych.

17

Influence of thermomechanical processing conditions on microstructure and hot plasticity of Ti-6Al-4V alloy

Motyka M., Ziaja W., Kubiak K., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2009

|

Vol. 30, nr 5

322-325

EN

Hot deformation behaviour of two-phase titanium alloys is determined by type of microstructure developed in heat treatment and plastic deformation processes. Obtaining of desired operational and technological properties is related to both the appropriate selection of hot processing parameters and preceding thermomechanical processing conditions. In the paper stereological parameters of microstructure obtained in particular stages of thermomechanical processing consisting of initial heat treatment and plastic working in the A+B-B phase transformation range with various forging reduction (e=20 and 50%) were determined. On the basis of hot deformation tests (strain rate range of e= 1.10-2÷5.10-1 s-1; temperature range of T = 850 ÷ 925°C ) of thermomechanically processed Ti-6Al-4V alloy, values of flow stress and relative elongation were defined. The effect of the thermomechanical processing parameters on hot plasticity of Ti-6Al-4V titanium alloy was evaluated.

PL

Plastyczność. na gorąco dwufazowych stopów tytanu jest determinowana przez rodzaj mikrostruktury kształtowanej w procesach odkształcenia plastycznego i obróbki cieplnej. Otrzymanie wymaganych właściwości technologicznych i eksploatacyjnych wiąże się z odpowiednim doborem warunków zarówno przeróbki plastycznej na gorąco, jak i poprzedzającego ją procesu cieplno-plastycznego. W pracy określono parametry stereologiczne składników mikrostruktury na poszczególnych etapach procesu cieplno plastycznego, składającego się ze wstępnej obróbki cieplnej i przeróbki plastycznej w zakresie przemiany fazowej A+B-B dla różnych wartości gniotu (e=20 i 50%). W próbie rozciągania w podwyższonej temperaturze (zakres prędkości odkształcania e= 1.10-2÷5.10-1 s-1 i temperatury T = 850÷925°C) stopu Ti-6Al-4V po procesie cieplno-plastycznym wyznaczono wartości naprężenia płynięcia plastycznego oraz wydłużenia względnego. Dokonano oceny wpływu warunków procesu cieplno-plastycznego na plastyczność na gorąco stopu tytanu Ti-6Al-4V.

18

Finite element modelling of the fracture behaviour of surface treated Ti-6Al-4V alloy

Ziaja W.

Archives of Computational Materials Science and Surface Engineering

|

2009

|

Vol. 1, nr 1

53-60

EN

Purpose: Surface treatments of the titanium alloys are frequently applied in order to modify the surface layer microstructure and to improve tribological properties or resistance to high temperature oxidation of the alloy. Various surface engineering techniques can be used to increase the surface hardness, e.g. deposition of the coatings composed of metallic carbides, nitrides or more recently DLC. The stiffness and strength properties of the coating and substrate materials differ significantly. Cracking of the usually brittle coating leads to stress concentration and localized plastic deformation of the substrate which can facilitate propagation of microcracks into the substrate. This can result in premature failure of the hard coated component. In the paper the crack penetrating hard coating was analysed and the influence of coating and substrate properties on crack driving force was numerically investigated. Design/methodology/approach: Two dimensional finite element analysis of the four point bending test of surface modified titanium alloy with the crack penetrating hardened layer was carried out. Findings: The effect of the coating thickness and stiffness, residual stresses in the coating, yield strength of substrate material and yield properties of diffusion hardened layer on crack driving force was determined. Research limitations/implications: Some extension of the numerical model should be introduced in order to take into account the interactions of the crack with microstructure of the material. Practical implications: The results could be used for selection of parameters of surface layer with complex structure in the process of the design of load bearing components against fracture. Originality/value: The fracture behaviour of hard coated materials was most frequently studied for indentation and friction conditions and considerably less concern was devoted to coated systems under tension or compression.

19

Computational investigation of the tensile behaviour of the hard coated Ti-6Al-4V alloy

Ziaja W.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2008

|

Vol. 26, nr 2

175-178

EN

Purpose: Modification of the surface layer of the titanium alloys is frequently applied in order to improve their tribological properties. Various surface engineering techniques can be used to produce hard coatings, e. g. composed of metallic carbides, nitrides or more recently DLC. The coating and substrate materials possess significantly different stiffness and strength properties. This can lead to premature failure of the usually elastic coating in case of plastic deformation of the substrate when the high stresses are encountered. Cracking of the hard coating leads to stress concentration and localized plastic deformation of the substrate that can modify macroscopic deformation behaviour of the system. In the paper the influence of coating and substrate properties on local plastic deformation of substrate material was numerically investigated. Design/methodology/approach: Two dimensional finite element analysis of the process of tensile deformation of titanium alloy with hard elastic coating was carried out. Two cases were analyzed, i. e. with and without diffusion strengthened layer underlying the coating. Findings: The influence of the difference in Young's modulus between coating and substrate material, yield strength of substrate material, coating thickness and depth of the crack in the coating on local plastic deformation of substrate material was determined. Research limitations/implications: Some extension of the numerical model should be pursued in order to take into account initiation of microcracks in surface layer of the coated material and process of coating delamination. Practical implications: The results could be used in the element design process for selection of parameters of surface layer with complex structure for load bearing applications. Originality/value: The mechanical behaviour of hard coated material was most frequently studied for indentation and friction conditions and much less investigations were carried out for coated systems under tension or compression.

20

Mikrostruktura i żaroodporność warstwy aluminidkowej wytworzonej na podłożu nadstopu René 77 w niskoaktywnym procesie CVD

Poręba M., Ziaja W., Kubiak K.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 6

753-756

PL

Prowadzono badania wpływu żaroodpornej warstwy aluminidkowej na właściwości mechaniczne nadstopu niklu René 77 uzyskanej w niskoaktywnym procesie aluminiowania CVD. Przyjęto schemat procesu aluminiowania i wytworzono warstwę aluminidkową o głębokości 40 ?m. Wykonano badania odporności warstwy na utlenianie izotermiczne w temperaturze 950?C, czas wygrzewania - 529 h. Prowadzono próby przyspieszonego pełzania w temperaturze 982?C przy naprężeniu 151,7 MPa (stan lany, po aluminiowaniu, po utlenianiu izotermicznym z warstwą i bez warstwy). Wykonano badania składu chemicznego i fazowego warstwy na powierzchni po procesie aluminiowania oraz po utlenianiu izotermicznym. Stwierdzono, że wytworzona warstwa poprawiła odporność na utlenienie materiału podłoża - René 77.

EN

The influence of aluminide coating developed on René 77 superalloy in low activity CVD process on oxidation resistance and mechanical properties of the alloy was examined. After selection of process parameters aluminide coating with the depth of 40?m was formed. The oxidation resistance tests were carried out at 950°C for 529 h. Creep tests at 982°C were accomplished at the stress level of 151.7 MPa for the alloy in various state: as cast, after aluminizing and after isothermal oxidation with and without the coating. Chemical and phase composition on the surface of the coating was examined before and after isothermal oxidation. It was found that applied coating improved oxidation resistance of René 77 superalloy without deterioration of mechanical properties.