Rozkład wartości temperatury w monokrystalicznym odlewie z nadstopu niklu CMSX-4 wytwarzanym metodą Bridgmana

• Autorzy: Szeliga Dariusz , Kubiak Krzysztof , Suchy Józef Szczepan , Jarczyk Georg , Sieniawski Jan

Warianty tytułu

EN

Temperature distribution in single crystal cast made of CMSX-4 nickel superalloy manufactured by Bridgman method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono analizę wyników pomiarów i symulacji numerycznej rozkładu wartości temperatury W monokiystalicznym odlewie pręta z nadstopu niklu CMSX-4 wytwarzanego metodą Bridgmana. Opracowano model geometryczny zestawu modelowego i przestrzennego otoczenia formy ceramicznej oraz przyjęto warunki brzegowe. Ustalono wpływ kształtu modelu geometrycznego i zadanych warunków brzegowych na wyniki symulacji numerycznej procesu krystalizacji monokrystalicznego odlewu w danych warunkach technologicznych. Wykonano symulację numeryczną procesu krystalizacji kierunkowej oraz ustalono rozkład wartości temperatury w odlewie, formie ceramicznej, płycie izolacji cieplnej oraz przegrodzie cieplnej z zastosowaniem programu ProCAST. Określono wpływ wartości współczynników: wymiany ciepła na styku dwóch materiałów, emisyjności formy ceramicznej, a także właściwości cieplnych i fizycznych stopu CMSX-4 na rozkład wartości temperatury w odlewie. Przeprowadzono weryfikację doświadczalną przyjętych warunków brzegowych i wartości współczynników cieplnych i fizycznych materiałów odlewu i formy ceramicznej. Stwierdzono, że największy wpływ na prognozowany rozkład wartości temperatury w odlewie mają wartości współczynnika wymiany ciepła na styku powierzchni odlewu i formy ceramicznej oraz współczynniki cieplne i fizyczne materiału odlewu i formy.

EN

The authors conducted analysis of the measurement results and performed a numerical simulation of the temperature distribution in a single crystal cast rod made of the CMSX-4 nickel superalloy, which was manufactured by the Bridgman method. The geometric model of the model set and of the ceramic shell mold surrounding it were developed (Fig. 3) and the boundary conditions were selected (Fig. 4+6) (Tab. 1, 2). The infiuence of the shape of the geometric model and the boundary conditions on the numerical simulation results of the solidification process of a single crystal cast under given technological conditions was determined. The numerical simulation of the directional solidification process was performed and the temperature distribution in the cast, the ceramic shell mold, the thermal insulating plate and the thermal baffie was determined using the ProCAST program (Fig. 11). The infiuence of the emissivity coefficient of the ceramic shell mold, the heat transfer coefficient on the contact surface of the two materials as well as the infiuence of the thermal and physical properties of the CMSX-4 superalloy on the temperature distribution in the cast were determined (Fig. 7+10). The authors conducted experimental verification of the selected boundary conditions as well as the thermal and physical coefficients values for the cast material and the material of the ceramic shell mold. It has been proved that the value of the heat transfer coefficient on the contact surface of the cast and the ceramic shell mold as well as the thermal and physical coefficients values have the greatest infiuence on the temperature distribution in the cast.

Słowa kluczowe

PL

symulacja numeryczna; monokryształ; nadstop niklu; CMSX-4; ProCAST; metoda Bridgmana; odlewanie precyzyjne

EN

numerical simulation; single crystal; CMSX-4 nickel superalloy; ProCAST; Bridgman method; precision casting

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 1
• Strony: 7--12
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szeliga Dariusz

• Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Politechnika Rzeszowska

autor

Kubiak Krzysztof

• Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Politechnika Rzeszowska

autor

Suchy Józef Szczepan

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Odlewnictwa

autor

Jarczyk Georg

• ALD Vacuum Technologies GmbH, Hanau

autor

Sieniawski Jan

• Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa, Politechnika Rzeszowska

Bibliografia

• [1] Kubiak K., Onyszko A., Sieniawski J., Bogdanowicz W., Nowotnik A.: Influence of manufacture conditions on the properties of CMSX-4 single crystal casting. Inżynieria Materiałowa 175 (3) (2010) 496÷499.
• [2] Onyszko A., Kubiak K., Sieniawski J.: Turbine blades of the single crystal nickel based CMSX-6 superalloy. J. Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 32 (1) (2009) 66÷69.
• [3] Szeliga D., Suchy J. S., Sieniawski J.: Symulacja numeryczna procesu krystalizacji odlewów łopatek turbinowych z weryfikacja doświadczalną. Mat. Konf. „XXXVII Szkoła Inżynierii Materiałowej”, Kraków-Krynica (2009) 392÷396.
• [4] Kapturkiewicz W: Modelowanie krystalizacji odlewów żeliwnych. Akapit, Kraków (2003).
• [5] Materiały firmy SGL Karbon Group.
• [6] Mills K. C.: Recommended values of thermophysical properties for selected commercial alloys. Woodhead Publishing, Cambridge (2002).
• [7] Sprawozdanie z projektu PBZ-MNiSW-03/1/2007 „Opracowanie technologii wytwarzania elementów konstrukcyjnych części gorącej silników lotniczych metoda kierunkowa”. Politechnika Rzeszowska, Warszawa (2010) - praca niepublikowana.
• [8] Mochnacki B., Suchy J. S.: Modelowanie i symulacja krzepnięcia odlewów. PWN, Warszawa (1993).
• [9] Kermanpur A., Varahram N., Davami P., Rappaz M.: Thermal and grain-structure simulation in a land-based turbine blade directionally solidified with the liquid metal cooling process. Metallurgical and Materials Transactions B 31 (6) (2000) 1293÷1304.
• [10] Elliott A. J., Pollock T. M.: Thermal analysis of the Bridgman and liquid- metal-cooled directional solidification investment casting processes. Metallurgical and Materials Transactions A 38 (4) (2007) 871÷882.
• [11] Franke M. M., Hilbinger R. M., Konrad C. H., Glatzel U., Singer R. F.: Numerical determination of secondary dendrite arm spacing for IN738LC investment castings. Metallurgical and Materials Transactions A 42 (7) (2011) 1847÷1853.
• [12] Wiśniewski S., Wiśniewski T.: Wymiana ciepła. WNT, Warszawa (1997).
• [13] Imwinkelried T.: Modelling of a single crystal turbine blade solidification process. Ecole Polytechnique Federale Lausanne, Lausanne (1993).
• [14] Carter P., Cox D. C., Gandin C. A., Reed R. C.: Process modelling ofgrain selection during the solidification of single crystal superalloy castings. Materials Science and Engineering A 280 (2) (2000) 233÷246.