Influence of laser and TIG cladding methods on microstructure morphology and hardness of Stellite 694 overlay deposited onto DS200+Hf alloy substrate

• Autorzy: Gancarczyk Natalia , Gradzik Andrzej , Kościelniak Barbara , Gancarczyk Kamil , Góral Marek

Identyfikatory

DOI

10.17814/mechanik.2023.7.13

Warianty tytułu

PL

Wpływ metody napawania laserowego oraz TIG na mikrostrukturę i twardość napoiny Stellite 694 na podłożu z nadstopu DS200+Hf

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy prowadzono ocenę morfologii składników fazowych mikrostruktury i właściwości warstwy ochronnej Stellite 694 na podłożu z żarowytrzymałego nadstopu niklu DS200+Hf, wytworzonej w procesach napawania elektrycznego (TIG) i laserowego. Napawanie elektryczne metodą TIG przeprowadzono z użyciem spawarki LORCH V24 DC, natomiast laserowe - za pomocą lasera dyskowego Yb:YAG, TruDisk 1000 firmy TRUMPF. Materiałem dodatkowym był stop kobaltu Stellite 694. Określono stopień oddziaływania źródła ciepła i warunków procesu na skład chemiczny napoiny, jej mikrostrukturę oraz twardość w mikroobszarach.

EN

In this paper the influence of cladding method - laser and TIG - on microstructure and properties of Stellite 694 coatings deposited onto DS200+Hf nickel based alloy substrate is presented. Manual TIG cladding process were carried out using LORCH V24 DC, laser cladding process was carried out using Yb:YAG, TruDisk 1000 TRUMPF. Cobalt alloy - Stellite 694 was used as a filler material. Effect of different cladding methods was examined based on chemical composition and microstructure analysis as well as hardness measurements of the deposited layers.

Słowa kluczowe

PL

napawanie laserowe; napawanie TIG; nadstop DS200+Hf; napoina Stellite 694; morfologia mikrostruktury; twardość napoiny

EN

laser cladding; TIG cladding; DS200+Hf alloy; Stellite 694; microstructure; hardness

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Mechanik
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 96, nr 7
• Strony: 26--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Gancarczyk Natalia

• Szkoła Doktorska Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów, Polska
• Safran Aircraft Engines Poland, Sędziszów Małopolski, Polska

autor

Gradzik Andrzej

• Katedra Nauki o Materiałach, Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza, Rzeszów, Polska

• https://orcid.org/0000-0003-0491-8890

autor

Kościelniak Barbara

• Katedra Nauki o Materiałach, Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza, Rzeszów, Polska

• https://orcid.org/0000-0002-1683-0354

autor

Gancarczyk Kamil

• Katedra Nauki o Materiałach, Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza, Rzeszów, Polska

• https://orcid.org/0000-0002-5938-6636

autor

Góral Marek

• Katedra Nauki o Materiałach, Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza, Rzeszów, Polska

• https://orcid.org/0000-0002-7058-510X

Bibliografia

• [1] Sieniawski J. „Kryteria i sposoby oceny materiałów na elementy lotniczych silników turbinowych”. Rzeszów: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej (1995).
• [2] Falęcki J., Jachimowicz J., Karliński W., Szachnowski W. „Analiza przyczyn zniszczenia łopatek turbiny lotniczej”. Zeszyty Naukowe Politechniki Białostockiej. Mechanika. 25 (2003): 15-23.
• [3] Adamiec J., Łyczkowska K. „Przetapianie laserowe i łukiem plazmowym odlewów precyzyjnych ze stopu Inconel 713C”. Przegląd Spawalnictwa. 89, 5 (2017): 11-16, bwmeta1.element.baztech-de895f78-b184-401e-86b0-514245d4a2cc.
• [4] Vennard J. “Aircraft Gas Turbine Engines - Operation, Components & Systems (Jet Propulsion)”. Wexford: Wexford College Press (2008).
• [5] Reed C.R. “The Superalloys Fundamentals and Applications”. Cambridge: Cambridge University Press (2006).
• [6] Tamarin Y. „Protective coatings for turbine blades”. Ohio: ASM International (2002).
• [7] Żurek Z.H., Jasiński T. „Identyfikacja zakresu rozrzutu fizycznych parametrów eksploatacyjnych łopatek wirnika turbiny stopnia WP ze stali X22CrMoV12-1+QT2”. Materiały 20. Konferencji Energetyki i Innowacji dla Energetyki (wrzesień, 2017).
• [8] Tobota K., Chmielewski T. „Napawanie laserowe powłok ochronnych na powierzchniach roboczych łopatek turbin parowych”. Przegląd Spawalnictwa. 88, 12 (2016): 38-42, bwmeta1.element.baztech-171693d9-babe-4422-a22e-abdbe51edcfd.
• [9] Witek L., Bednarz A. „Wpływ prędkości obrotowej na częstotliwości i postacie drgań własnych łopatki sprężarki silnika lotniczego”. Logistyka. 4 (2015): 6689-6698, bwmeta1.element.baztech-129f7a92-1ebb-4b27-a0a6-05716ad172d6.
• [10] Davis J.R. “ASM Specialty Handbook - Nickel, Cobalt and their Alloys”. Ohio: ASM International (2000).
• [11] Pandey V.S., Lee C.P., Wadia A.R., Clements J.D. “Patent US 2012/005193: Shrouded turbine blade with contoured platform and axial dovetail” (2012).
• [12] Szczepankowski A., Szymczak J. „Uszkodzenia eksploatacyjne lotniczych silników turbinowych (LST)”. Przegląd Spawalnictwa. 86, 10 (2014): 40-44, bwmeta1.element.baztech-5290b97e-7250-4c03-9979-a0d8ca1cdcbe.
• [13] Szczepankowski A., Szymczak J. „Identification of operational damages of Air-Turbine Engines using visual diagnostics”. Solid State Phenomena. 199 (2013): 33-42, https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.199.33.
• [14] Gradzik A., Mrówka-Nowotnik G., Nawrocki J., Sieniawski J. „Wpływ warunków procesu napawania laserowego na mikrostrukturę i twardość napoiny Stellite 694 na podłożu z nadstopu niklu Inconel 738LC”. Mechanik, 4 (2016): 276-281, http://dx.doi.org/10.17814/mechanik.2016.4.36.
• [15] „Poradnik inżyniera. 2 Spawalnictwo”. Pilarczyk J. (ed.). Warszawa: Wydawnictwo WNT (2021).
• [16] Toyserkani E., Khajepour A., Corbin S. „Laser Cladding”. Boca Raton: CRC Press LLC (2005).
• [17] Klimpel A. „Technologie laserowe - spawanie, napawanie, stopowanie, obróbka cieplna i cięcie”. Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej (2012).
• [18] Ion J.C. „Laser Processing of Engineering Materials”. Oxford: Elsevier (2005).
• [19] Nowotny S., Scharek S., Beyer E., Richter K.H. „Laser Beam Build-Up Welding: Precision in Repair, Surface Cladding, and Direct 3D Metal Deposition”. Journal of Thermal Spray Technology. 16, 3 (2007): 345-348, https://doi.org/10.1007/s11666-007-9028-5.
• [20] Hugel H., Graf T. “Laser in der Fertigung. Strahlquellen, Systeme, Fertigungsverfahren 3 Auflage”. GWV Fachverlage GmbH, Springer Vieweg (2014).
• [21] Godzimirski J. „Nowe technologie lotniczych silników turbinowych”. Prace Instytutu Lotnictwa. 213 (2011): s. 22-36.
• [22] Gradzik A., Nawrocki J., Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J. „Napawanie laserowe stopu Stellite 694 na podłożu nadstopu Inconel 738LC - wady napoiny”. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa. 61, 4 (2017): 12-15, https://biuletyn.instytutu.spawalnictwa.pl/biuletyn/napawanie-laserowe-stopu-stellite-694-na-podlozu-nadstopu-inconel-738lc-wady-napoiny.
• [23] Koruba P., Boratyński T., Jurewicz P., Koenig G., Szaroleta M., Reiner J., Chlebus E., Dworak A. „Projektowanie i analiza zastosowań technologii napawania laserowego dla branży lotniczej”. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika. 35 (2018): 309-321, https://doi.org/10.7862/rm.2018.26.
• [24] Gradzik A., Gancarczyk K., Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J. „Morfologia mikrostruktury napoiny Stellite 694 na podłożu nadstopu Inconel 713C wytworzonej w procesie napawania laserowego”. Materiały XVII Międzynarodowej Konferencji Naukowej Nowe Technologie i Osiągnięcia w Metalurgii, Inżynierii Materiałowej i Inżynierii Produkcji. Wydawnictwo Wydziału Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów. 56 (2016): 386-395.
• [25] Bayraktar E., Hashmi M.S.J. “Comprehensive materials processing. Vol. 6: Welding and bonding technologies”. Amsterdam: Elsevier (2014).
• [26] Steen W.M. “Laser material processing”. London: Springer-Verlag (1991).
• [27] Szeliga D., Kubiak K., Burbelko A., Motyka M., Sieniawski J. “Modeling of directional solidification of columnar grain structure in CMSX-4 nickel-based superalloy castings”. Journal of Materials Engineering and Performance. 23, 3 (2014): 1088-1095, https://doi.org/10.1007/s11665-013-0820-8.
• [28] Martin G.M., Mitonneau A., Mircea A. “Electron traps in bulk and epitaxial GaAs crystals”. Electronics Letters. 13, 7(1977): 191-193, https://doi.org/10.1049/el:19770140.
• [29] El-Batahgry A-M. “Effect of laser welding parameters on fusion zone shape and solidification structure of austenitic stainless steels”. Material Letters. 32 (1997): 155-163, https://doi.org/10.1016/S0167-577X(97)00023-2.
• [30] Fernández M.R., García A., Cuetos J.M., González R., Noriega A., Cadenas M. “Effect of actual WC content on the reciprocating wear of a laser cladding NiCrBSi alloy reinforced with WC”. Wear. 324, 15 (2015): 80-89, https://doi.org/10.1016/j.wear.2014.12.021.
• [31] Weng Z., Wang A., Wu X., Wang Y., Yang Z. “Wear resistance of diode laser-clad Ni/WC composite coatings at different temperatures”. Surface and Coatings Technology. 304, 21 (2016): 283-292, https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.06.081.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).