„Above the Pack” diffusion aluminizing of turbine compressor blades made of EI867 in the aerospace industry

• Autorzy: Pytel Anna , Nowotnik Andrzej , Nalborczyk-Kazanecka Agnieszka

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2023.17

Warianty tytułu

PL

Aluminiowanie dyfuzyjne metodą „above the pack” łopatek roboczych turbiny sprężarki z materiału EI867 stosowanych w lotnictwie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the publication, tests were conducted on compressor turbine working blades made of EI-867 material, in accordance with the TU 14-1-402-72 standard, which were subjected to the gas non-contact aluminizing process. Metallographic analyses of the produced aluminide layer were undertaken, and the phase components of the aluminide layer microstructure were identified. This identification was achieved by analyzing the chemical composition in micro-areas using the EDS attachment in a scanning electron microscope and using X-ray diffraction. Additionally, hardness and creep resistance tests of the blades, after undergoing solution and aging processes, were performed over different durations. The research was aimed at exploring the feasibility of the aluminizing process using the "above the pack" method on parts made of EI-867 material and understanding the process's impact on the creep resistance of the part. Experimental research have shown that aluminizing turbine blades with EI-867 using the "above the pack" method to obtain a layer thickness in the range of 0.03-0.06 mm is possible within 10 hours at 950ºC. Aluminizing with the analyzed method results in the formation of an aluminized layer with a three-phase structure that ensures the appropriate strength of the coating. However, it has been shown that the aluminizing process using the "above the pack" method with the applied time of 10 hours causes a significant reduction in the creep resistance of the material. Based on the obtained results, it was shown that the non-contact aluminizing method for turbine blades made of EI 867 material does not meet aviation requirements for safe operation due to a significant reduction in mechanical properties.

PL

W pracy przeprowadzono badania łopatek roboczych turbiny sprężarki wytwarzanych z materiału EI-867 wg normy TU 14-1-402-72 poddawanych procesowi gazowego bezkontaktowego procesu aluminiowania. Wykonano badania metalograficzne wytworzonej warstwy aluminiowanej oraz poddano identyfikacji składniki fazowe mikrostruktury warstwy aluminidkowej za pomocą analizy składu chemicznego w mikroobszarach z użyciem przystawki EDS w skaningowym mikroskopie elektronowym oraz metodą dyfrakcji rentgenowskiej. Ponad to wykonano badania twardości oraz żarowytrzymałości łopatek poddawanych procesowi przesycania i starzenia w różnych czasach wytrzymania. Praca miała na celu określenie możliwości prowadzenia procesu aluminiowania metodą „above the pack” części z materiału EI-867 przy jednoczesnym określeniu wpływu procesu na zmianę żarowytrzymałości części. Na podstawie badań eksperymentalnych wykazano, że aluminiowanie łopatek turbin materiałem EI-867 metodą „above the pack” do uzyskania grubości warstwy w zakresie 0.03-0.06 mm możliwe jest w ciągu 10 godzin w temperaturze 950 ̊C. Aluminiowanie analizowaną metodą powoduje powstanie warstwy aluminiowanej o strukturze trójfazowej zapewniającej odpowiednią wytrzymałość powłoki. Wykazano jednak, że proces aluminiowania metodą "above the pack" z zastosowanym czasem 10 godzin powoduje znaczne obniżenie żarowytrzymałości materiału. Na podstawie uzyskanych wyników wykazano iż metoda bezkontaktowego aluminiowania w przypadku łopatek turbiny z materiału EI 867 nie spełnia wymogów lotniczych dla bezpiecznej eksploatacji ze względu na znaczne obniżenie własności mechanicznych.

Słowa kluczowe

EN

diffusion aluminizing; compressor turbine blades; EI867 alloy; turbine engine; compressor turbine

PL

aluminiowanie dyfuzyjne; łopatki turbiny sprężarki; stop EI867; silnik turbinowy; turbina sprężarki

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Advances in Mechanical and Materials Engineering
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 40, nr 1
• Strony: 171--179
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Pytel Anna

• Pratt&Whitney Rzeszów S.A, Rzeszów
• Faculty of Mechanical Engineering and Aero nautics, Rzeszów University of Technology

autor

Nowotnik Andrzej

• Faculty of Mechanical Engineering and Aero nautics, Rzeszów University of Technology

autor

Nalborczyk-Kazanecka Agnieszka

• Pratt&Whitney Rzeszów S.A, Rzeszów
• Faculty of Mechanical Engineering and Aero nautics, Rzeszów University of Technology

Bibliografia

• 1. Albrecht, R. (2017). Defekty strukturalne oraz ich związek z krystalizacją monokrystalicznych łopatek silników lotniczych [Rozprawa doktorska, Uniwersytet Śląski]. Katowice.
• 2. Błachnio, J. (2011). Analysis of causes of decohesion of a gas turbine blade made of EI 867‐WD alloy. Aircraft Engineering and Aerospace Technology, 83(1), 14-20. https://doi.org/10.1108/00022661111119874
• 3. Błachnio, J., Dzięgielewski, W., Kułaszka, A., & Zasada, D. (2014). Wpływ czynników eksploatacyjnych na stan żaroodpornej powłoki łopatek turbiny gazowej. Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management. 68, 17-31.
• 4. Godzimirski, J. (2011). Nowe technologie lotniczych silników turbinowych. Prace Instytutu Lotnictwa, 213, 22-36.
• 5. Golewski, P. (2015). Obciążenia cieplno-mechaniczne łopatek silników turbinowych z ceramicznymi powłokami ochronnymi [Rozprawa doktorska, Politechnika Lubelska]. Lublin.
• 6. МЧМ. (1972). Министерство черной металлургии CCCP, Москва. Прутки из жаропрочных сплявов. (Norma materiałowa TU 14-1-402-72).
• 7. Szczepankowski, A., & Szymczak, J. (2016). Uszkodzenia cieplne lotniczych silników turbinowych. Prace Naukowe Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych, 38, 21-32.
• 8. Zasada, D., Bogdan, M., & Błachnio, J. (2016). Increased temperature impact on durability of gas turbine blades. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability, 19(1), 48-53. http://dx.doi.org/10.17531/ein.2017.1.7

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).