Rola odlewnictwa precyzyjnego w inżynierii materiałowej

• Autorzy: Wiśniewski Paweł

Warianty tytułu

EN

The role of precision casting in materials science and engineering

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z inżynierią materiałową, ceramiką i odlewnictwem precyzyjnym. Opisano historię i przebieg procesu odlewania detali i części silników lotniczych metodą traconego wosku. Manuskrypt zawiera również generalne informacje o spoiwach, proszkach, masach formierskich, formach odlewniczych i nadstopach niklu. Zaprezentowano podstawowe dane o spoiwach zawierających nanocząstki ceramiczne, modelach woskowych, na które nanoszone są masy lejne oraz o SiC - jednym z perspektywicznych proszków formierskich.

EN

The paper presents the main issues related to materials engineering and technology, ceramics and precision casting process. The history and methodology of the lost-wax casting process of elements and aircraft engine parts is described. The manuscript also contains general information on binders, powders, molding compounds, foundry molds and nickel superalloys. Basic data on binders containing ceramic nanoparticles, wax models and SiC - one of the prospective molding powders are presented.

Słowa kluczowe

PL

ceramika; lotnictwo; inżynieria materiałowa; odlewnictwo precyzyjne; węglik krzemu; nadstop niklu; spoiwo; proszki; masy formierskie

EN

ceramics; aviation; materials science; precision casting; silicon carbide; nickel superalloy; binders; powders; slurries

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych
• Czasopismo: Szkło i Ceramika
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 73, nr 3
• Strony: 30--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 71 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Wiśniewski Paweł

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej

• https://orcid.org/000-0001-8617-210X

Bibliografia

• J. Chodorowski, A. Ciszewski, T. Radomski, Materiałoznawstwo lotnicze, Wydawnictwa Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1977.
• F. Wojkun, J.P. Sołncew, Materiały specjalnego przeznaczenia, Zakład Poligraficzny Politechniki Radomskiej, Radom 2001.
• R. Haratym, R. Biernacki, D. Myszka, Ekologiczne wytwarzanie dokładnych odlewów w formach ceramicznych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2008.
• J. Sieniawski, Rozwój metod projektowania oraz oceny mikrostruktury i właściwości materiałów konstrukcyjnych dla techniki lotniczej, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Katowice 2002.
• J. Sienawski, Kryteria i sposoby oceny materiałów na elementy lotniczych silników turbinowych, Wydawnictwa Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów.
• J. S. Elisieew, A.G. Bojcow, V. V. Krymow, L. A. Chworostuchin, Technologija proizwodstwa awiacyonnych dwigatielej, Maszynostrojenije, Moskwa 2003.
• J. Łunarski, Technologia silników lotniczych, Redakcja Wydawnictw Uczelnianych Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 1986.
• H. Grzegorczyk, Technologia produkcji i napraw silników lotniczych cz. II., Wydział Wydawniczy Wat, Warszawa 1967.
• W. Borkowski, S. Konopka, I. Prochowski, Dynamika maszyn roboczych, WNT, Warszawa 1996.
• P. Rao, M. Iwasa, T. Tanaka, I. Kondoh, Centrifugal casting of Al2O3 –15 wt .% ZrO2 ceramic composites. Ceram Int 2003, 29, pp. 209–212.
• C. Frueh, D. R. Poirier, M. C. Maguire, The effect of silica-containing binders on the titanium/face coat reaction, Metall Mater Trans B 1997, 28, pp. 919–26, doi:10.1007/s 11663-997-0019-1.
• J. Ferenc, J. Michalski, H. Matysiak, K. Sikorski, K. J. Kurzydlowski, The influence of alumina powder on the rheological properties of zircon/silica slurries for investment casting of moulds, Proc Inst Mech Eng Part B J Eng Manuf 2009, 223, pp. 1417–1421.
• M.F. Ashby, D. R. H. Johnes, Kształtowanie struktury i właściwości, dobór materiałów 2, [w:] Materiały inżynierskie, WNT, Warszawa 1996.
• T. Niezgoda, J. Małachowski, W. Szymczyk, Modelowanie numeryczne mikrostruktury ceramiki, WNT, Warszawa 2005.
• S. Olhero, J. M. Ferreira, Influence of particle size distribution on rheology and particle packing of silica-based suspensions, Powder Technol 2004, 139, pp. 69–75, doi:10.1016/j.powtec.2003.10.004.
• D. Kong, H. Yang, Y. Yang, S. Wei, J. Wang, De-stabilization mechanism and in situ solidification of alumina slurry dispersed in silica sol, J Mater Process Technol 2007, 182, pp. 489–497, doi:10.1016/j.jmatprotec.2006.09.008.
• D. Li, J. Campbell, Y. Li, Filling system for investment cast Ni-base turbine blades, J Mater Process Technol 2004, 148, pp. 310–316, doi:10.1016/j. jmatprotec.2004.02.032.
• Y. Fukada, P. S. Nicholson, The role of Si-O species in the colloidal stability of silicon-containing ceramic powders, J. Eur. Ceram. Soc. 2004, 24, pp. 17–23. doi:10.1016/S0955-2219(03)00124-9.
• W. D. Kingery, Introduction to ceramics, John Wiley & Sons, Inc, New York 1960.
• I. Noboru, Introduction to Fine Ceramics, Applications in Engineering, John Wiley & Sons, Inc., New York 1987.
• J. Huber, J. Heinrich, Materiały ceramiczne w silnikach spalinowych, Auto Tech. Moto., 7, n.d.
• I. Ganesh, G. Sundararajan, S. M. Olhero, P. M. C. Torres, J. M. F. Ferreira, A novel colloidal processing route to alumina ceramics, Ceram Int 2010, 36, pp. 1357–1364, doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2010.01.022.
• S. Mei S, J. Yang, X. Xu, S. Quaresma, S. Agathopoulos, J. M. F. Ferreira, Aqueous tape casting processing of low dielectric constant cordierite-based glass-ceramics - Selection of binder, J Eur Ceram Soc 2006, 26, pp. 67–71, doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2004.10.020.
• X. Xu, M. Oliveira, R. Fu, J. M. F. Ferreira, Effect of dispersant on the rheological properties and slip casting of concentrated sialon precursor suspensions, J Eur Ceram Soc 2003, 23, pp. 1525–1530.
• M. J. Donachie, S. J. Donachie, Superalloys: A Technical Guide, ASM International 2002.
• M. Durand-Charre, The Microstructure of Superalloys, Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam 1997.
• C. T. Sims, Superalloys: Genesis and Character, John Wiley&Sons 1987.
• R. T. Holt, W. Wallace, Impurities and Trace Elements in Nickel- Base Superalloys, Int Met Rev 1976, 21, pp. 11–14.
• K. A. Heck, J. S. Smith, R. Smith R, Inconel 783: An Oxidation- Resistant, Low Expansion Superalloy for Gas Turbine Applications, J Eng Gas Turbines Power 1998, 120, pp. 363–369.
• K. A. Heck, D. F. Smith, M. A. Holderby, J. S. Smith, Three-Phase Controlled Expansion Superalloys with Oxidation Resistance, TMS.
• F. T. Furillo, J. Davidson, J. Tien, The Effects of Grain Boundary Carbides on the Creep and Back Stress of a Nickel-Base Superalloy, Mater Sci Eng 1979, 39, pp. 267–273.
• H. S. Ko, K. W. Paik, L. J. Park, Y. G. Kim, J. H. Tundermann, Influence of Rhenium on the Microstructures and Mechanical Properties of a Mechanically Alloyed Oxide Dispersion-Strengthened Nickel-Base Superalloy, J Mater Sci 1998, 39, pp. 3361–3370.
• P. Kumar, The Role of Niobium and Tantalum in Superalloys, Advances in High Temperature Structural Materials and Protective Coatings, K. Koul, Ed., Natl. Res. Counc., Canada, 1994, pp. 34–53.
• W. T. Loomis, J. W. Freeman, D. L. Sponseller, The Influence of Molybdenum on the γ’ Phase in Experimental Nickel-Base Superalloys, Met Trans 1972, 3, pp. 989–1000.
• L. J. Park, H. J. Ryu, S. H. Hong, Y. G. Kim, Microstructure and Mechanical Behavior of Mechanically Alloyed ODS Ni-Base Superalloy for Aerospace Gas Turbine Application, Adv Perform Mater 1998, 5, pp. 279–290.
• L. Liu, T. Huang, Grain Refinement of Superalloy K4169 by Addition of Refiners: Cast Structure and Refinement Mechanisms, Mater Sci Eng A 2005, 394, pp. 1–8.
• K. L. Dahm, K. Short, G. Collins, Characterization of Nitrogen- Bearing Surface Layers on Ni-Base Superalloys, Wear 2007, 263, pp. 625–628.
• C. R. Reed, The superalloys Fundamentals and applications, Cambridge University Press, Cambridge 2006.
• P. Pinke, M. Martinkowic, Directional solidification of CMSX Nikel based superalloy, Bratislava 2007.
• I. G. Wright, T. B. Gibbons, Recent Developments in Gas Turbine Materials and Technology and Their Implications for Syngas Firing, Int J Hydrog Energy 2007, 32, pp. 3610–3621.
• N. S. Stoloff, Superalloys II -Fundamentals of Strengthening, John Wiley & Sons Inc., 1987.
• J. M. Poole, J. J. Fisher, G. A. J. Hack, G. M. McColvin, The Development, Performance and Future of the Mechanical Alloying Process and Oxide Dispersion Strengthened Alloys, Adv High Temp Struct Mater Prot Coatings 1994, pp. 34–53.
• A. M. Beltran, Superalloys II- Cobalt-Base Alloys, John Wiley & Sons Inc., 1987.
• J. A. Manriquez, P. L. Bretz, L. Rabenberg, J. K. Tien, The High Temperature Stability of IN718 Derivative Alloys, TMS 1992.
• J. J. Sobczak, Odlewnictwo w rozwoju cywilizacji, Instytut Odlewnictwa, Kraków 2011.
• S. Shalev, J. P. Northover, The Metallurgy of the Nahal Mishmar Hoard Reconsidered, Archaeometry, vol. 35, n. 1, 1993, pp. 35–47.
• R. Haratym, Procesy odlewania precyzyjnego formy ceramiczne, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1997.
• http://www.hansatreuhand.de/uploads/media/Engine_Alliance_ Triebwerke.pdf n.d.
• M. S. Łobaczewski, Badanie procesu wytwarzania odlewniczych form ceramicznych za pomocą kamery termowizyjnej, praca inżynierska, Warszawa 2017.
• P. Wiśniewski, R. Sitek, M. K. Koralnik, W. L. Spychalski, D. Moszczyńska, J. Mizera, Badania procesu studzenia próbek ceramicznych form odlewniczych z zastosowaniem kamery termowizyjnej, Materiały Ceramiczne, 69, 2, 2017, ss. 146–153.
• M. Małek, M. Zagórska, P. Wiśniewski, H. Matysiak, J. Michalski, K. J. Kurzydłowski, Analiza porównawcza spoiw formierskich na bazie krzemionki koloidalnej stosowanych do budowy form ceramicznych do odlewania precyzyjnego części turbin lotniczych, XL Szkoła Inżynierii Materiałowej Kraków 24-27, IX 2012, ss. 331–334.
• P. Wiśniewski, R. Sitek, A. Towarek, E. Choińska, D. Moszczyńska, J. Mizera, Molding Binder Influence on the Porosity and Gas Permeability of Ceramic Casting Molds, Materials 2020, 13, 2735, doi:10.3390/ma13122735.
• P. Wiśniewski, Evaluating silicon carbide-based slurries and molds for the manufacture of aircraft turbine components, Crystals 2020, 10, p. 433.
• L. Stobierski, Węglik krzemu – budowa, właściwości i otrzymywanie, Polskie Towarzystwo Ceramiczne, Kraków 1996.
• A. Olszyna, Ceramika supertwarda, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, WaS. Rzadkosz, M. Kranc, A. Garbacz-Klempka, J. Kozana, M. Piękoś, Technologia wytapianych modeli w zastosowaniu dla stopów miedzi, Archives of Foundary Engineering, vol. 13, 2013, ss. 143–148.
• S. Kumar Gupta, J. Akhtar, Thermal Oxidation of Silicon Carbide (SiC) – Experimentally Observed Facts, In book: Silicon Carbide - Materials, Processing and Applications in Electronic Devices, Silicon Carbide, 2011, Doi:10.5772/20465.
• J. Li, P. Eveno, A. M. Huntz, Oxidation of SiC, Materials and Corrosion, Volume 41, Issue 12 pp. 716–725.
• R. F. Adamsky, Oxidation of Silicon Carbide in the Temperature Range 1200 to 1500°C, J. Phys. Chem. 1959, 63, 2, pp. 305–307.
• D. J. Park, Y. I. Jung, H. G. Kim, J. Y. Park, Y. H. Koo, Oxidation behavior of silicon carbide at 1200 °C in both air and water–vapor-rich environments, Corrosion Science, vol. 88, November 2014, pp. 416–422.
• M. Małek, P. Wiśniewski, H. Matysiak, M. Zagórska, K. J. Kurzydłowski, Technological properties of SiC-based ceramic slurries for manufacturing investment casting shell moulds. Arch. Met. Mater., 2014, 59, pp. 1059–1062.
• J. Tomasik, R. Haratym, R. Biernacki, Investment casting or powder metallurgy — The ecological aspect, Arch. Foundry Eng. 2009, 9, pp. 165–168.
• M. Małek, P. Wiśniewski, J. Szymańska, J. Mizera, K. J. Kurzydłowski, Technological Properties of Ceramic Slurries Based on Silicon Carbide with Poly (vinyl alcohol) Addition for Shell Moulds Fabrication in Precision Casting Process, Acta Phys. Pol. A 2016, 129, pp. 528–530.
• S. Jones, C. Yuan, Advances in shell moulding for investment casting, J. Mater. Process. Technol., 2003, 135, pp. 258–265.
• P. Wiśniewski, M. Małek, J. Mizera, K. J. Kurzydłowski, Effect of adding water-based binders on the technological properties of ceramic slurries based on silicon carbide. Mater. Technol. 2017, 51, pp. 225–227.
• S. Amira, D. Dube, R. Treamblay, Method to determine hot permeability and strength of ceramic shell moulds, J. Mater. Process. Technol. 2011, 211, pp. 1336–1340.
• K. Lee, S. Blackburn i S. T. Welch, Adhesion tension force between mould and pattern wax in investment casting, Journal of Materials Processing Tech, vol. 225, 2015, pp. 369–374.
• J. Ferenc, H. Matysiak, K. J. Kurzydłowski, Organic Viscosity Modifiers for Controlling Rheology of Ceramic Slurries Used in the Investment Casting, Adv. Sci. Technol. 70, 2010, pp. 102–107.
• S. Pattnaik, D. B. Karunakar, P. K. Jha, Developments in investment casting process—A review, J. Mater. Process. Technol. 2012, 212, pp. 2332–2348.
• J. Nowicki, Badanie właściwości mas lejnych oraz form ceramicznych na bazie SiC, praca magisterska, Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, Warszawa 2018.
• K. Kwapiszewska, Właściwości technologiczne ceramicznych mas formierskich oraz form ceramicznych na osnowie korundowej i wodnego spoiwa na bazie nano tlenku glinu, praca magisterska, Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, Warszawa 2012.rszawa 2011.