Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Single-frequency induction hardening of structural steel

Rokicki P., Bąk E., Mrówka-Nowotnik G., Nowotnik A.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2018

|

Vol. 86, nr 2

61--68

EN

Purpose: Current paper presents investigation of specimens after single frequency induction hardening process. The main aim is to compare microstructure of the material after the process conducted with different voltage on the induction coil. Moreover, two different steel grades are used for comparative reasons. As the final result it is desired to obtain sufficient parameters for the process in aim to obtain proper surface treatment of the material. Design/methodology/approach: The objectives of the research are achieved by using single-frequency induction hardening device with varying voltage. Two different steel grades were treated with change of the induction voltage from 300 to 600 V. Findings: In the outcomes of the study, the main conclusion is that there is an impact of the induction voltage in the hardening process on the microstructure of treated elements, both for 40H41Cr4 and 40HNMA36NiCrMo16 steels. Research limitations/implications: Obtained results will be used for much more complex investigation of the induction hardening process in future to introduce more exact parameters and double-frequency induction hardening process for complex geometries as gears. Originality/value: The originality of the research is based on the specific process and the materials that are being submitted to the comparative analysis. Moreover, executed research will be a basis for more complex induction hardening processes in the future.

2

The application of tumble finishing in surface preparation process for deposition of TBC coatings

Kotowski S., Nowotnik A., Sieniawski J., Butkiewicz A.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 1

8--14

EN

Thermal barrier coatings (TBC) are widely used for protection of turbine blades against aggressive thermomechanical and chemical degradation during operation in hot section of aircraft engine. Quality and properties of TBC coating is strictly related to preparation of substrate material (grinding, and rounding off edges, polishing and cleaning). In the article, tumble finishing as method for surface preparation before deposition of thermal barrier coatings has been described. The process was performed for different types of ceramic feedstock and base material in order to obtain homogeneous roughness. Tumbling was carried out using centrifugal polishing machine. The research was divided into three stages. The first one consisted in investigation of the influence of rotational velocity and water flow, on the course of tumbling process. Afterwards, proper type of ceramic feedstock has been selected. During the last stage, ready-to-use recipes for polishing of samples made of for CMSX–4, Inconel® 718 and stainless steel 1.4016 were developed.

PL

W artykule przedstawiono procedurę wytwarzania powłokowych barier cieplnych (TBC) na przykładzie łopatki turbiny stosowanej jako element konstrukcji części gorącej silnika lotniczego. Opisano proces odlewania łopatki wykonanej z nadstopu niklu CMSX- 4, procedurę przygotowania powierzchni, obróbkę cieplną oraz metody wytwarzania dwuwarstwowej powłoki TBC; z metaliczną warstwą pośrednią oraz ceramiczną warstwą wierzchnią. Międzywarstwa i warstwa wierzchnia zostały wytworzone w procesie, odpowiednio, chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) oraz fizycznego osadzania z fazy gazowej z odparowaniem za pomocą wiązki elektronów (EB-PVD). Obróbka wirowa jest jedną z metod przygotowania powierzchni materiału bazowego i międzywarstwy do osadzania warstw powłoki TBC. W trakcie badań wykonano obróbkę wirową dla różnych wartości przepływu wody, prędkości obrotowej komory roboczej (bębna) oraz typów wsadu ceramicznego (geometrii kształtek ceramicznych). Celem badań było opracowanie procedury przygotowania powierzchni próbek wykonanych z nadstopów niklu CMSX–4 i Inconel® 718 oraz stali nierdzewnej 1.4016.

3

Analysis of precipitation strengthening process in 2xxx aluminium alloys

Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J., Nowotnik A., Gradzik A.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 3

104--108

EN

This paper is showing the results of study devoted to determination of the chemical composition and strengthening process parameters effect on the precipitation sequence of intermetallic phases in the supersaturated 2xxx aluminium alloys. This study was based on a calorimetric study where temperature’s effects were determined when precipitation process occurred during heating with different heating rate of the supersaturated alloys group of 2xxx. Based on the calorimetric curves and estimated values of ln(Q/T2) and 1000/RT an activation energy for precipitation and dissolution of phase components were evaluated.

PL

Największe właściwości wytrzymałościowe stopy aluminium grupy 2xxx uzyskują na drodze odpowiedniego doboru składu chemicznego oraz parametrów obróbki cieplnej. Procesem zapewniającym uzyskanie najlepszych właściwości wytrzymałościowych przy zachowaniu dobrej plastyczności jest umacnianie wydzieleniowe. Pomimo przeprowadzenia bardzo wielu badań zagadnienia wydzielania faz umacniających z przesyconych stopów grupy 2xxx są nadal aktualne. Dlatego celem pracy była analiza wpływu składu chemicznego oraz szybkości nagrzewania na procesy wydzielania umacniających cząstek z przesyconych stopów aluminium 2017 i 2024. W celu określenia energii aktywacji, sekwencji i kinetyki wydzielania faz umacniających wykonano badania kalorymetryczne (DSC) oraz przeprowadzono obserwacje mikrostruktury (TEM).

4

The porosity assessment of ceramic topcoat in thermal barrier coatings deposited by APS method

Pytel M., Góral M., Nowotnik A.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2016

|

Vol. 40, nr 2

53--65

EN

In the paper the comparison of open porosity measurement results of ceramic topcoats in thermal barrier coatings (TBCs) was presented. TBCs were produced by Air Plasma Spraying (APS) method and were consisted of two coatings – an outer ceramic topcoat and metallic MeCrAlY bond coat deposited onto surface of René80 Ni-based superalloy. For deposition of ceramic coatings Metco 201 B NS, Metco 204 NS and Metco 210 powders were used whereas for deposition of metallic bond coat AMDRY 365-1 MeCrAlY powder was used. Both types of coatings were deposited using Thermico A60 plasma gun. The microstructure investigations of cross-sections of produced TBC’s were carried out using Hitachi S-3400N scanning electron microscope. Qualitative image analysis of microstructure of produced TBCs as well as analysis of percentage of pores surface area content AA was performed. The evaluation of porosity in ceramic topcoat was carried out by image analysis using MeTilo v.12.1 quantitative software.

PL

W pracy przedstawiono analizę wyników badań porowatości otwartej w zewnętrznej warstwie ceramicznej powłokowej bariery cieplnej TBC. Międzywarstwę metaliczną wytworzono przy użyciu proszku AMDRY 365-1, natomiast warstwę ceramiczną przy zastosowaniu proszku Metco 201 B NS, Metco 204 NS i Metco 210 firmy Oerlikon Metco. Warstwy natryskiwano za pomocą jednoelektrodowego palnika plazmowego A60 firmy Thermico, w warunkach ciśnienia atmosferycznego (APS) na podłożu nadstopu niklu René 80. Badania mikroskopowe powłokowych barier cieplnych TBC prowadzono przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego Hitachi S-3400N. Wykonano analizę jakościową obrazów mikrostruktury oraz określono pole powierzchni przekroju płaskiego porów otwartych. W ocenie porowatości zewnętrznej warstwy ceramicznej stosowano program komputerowy do ilościowej analizy obrazu MeTilo v.12.1.

5

Zastosowanie szybkiego prototypowania w procesie wytwarzania łopatek silników turbinowych

Nawrocki J., Rokicki P., Szeliga D., Nowotnik A., Drajewicz M., Budzik G., Sieniawski J.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 12CD2

143--146

PL

W ramach badań oraz wykonanych symulacji numerycznych wytworzono model zamka łopatki, który zastosowano w procesie wytwarzania form ceramicznych metodą traconego wosku. Przedstawione wyniki badań stanowią podstawę weryfikacji metody szybkiego prototypowania w procesie odlewania precyzyjnego łopatek silnika turbinowego.

EN

The research methodology and numerical simulations presented in the study were focused on execution of tip shroud blades element in meaning of further preparation of ceramic shell moulds. Obtained research results are a basis for verification of presented method in meaning of the manufacturing process.

6

Wpływ długotrwałego wyżarzania ujednorodniającego na mikrostrukturę i właściwości stopu aluminium 6066

Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J., Wierzbińska M., Nowotnik A.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

381--385

PL

W pracy przeprowadzono długotrwałe wyżarzanie ujednorodniające w temperaturze 565°C przez 3, 5, 10, 24, 48 i 72 h i określono wpływ temperatury i czasu wyżarzania na zmiany morfologii mikrostruktury i właściwości mechanicznych stopu aluminium 6066. Ewolucję morfologii składników fazowych mikrostruktury obserwowano za pomocą mikroskopu świetlnego oraz skaningowego mikroskopu elektronowego. Stwierdzono, że podczas wyżarzania ujednorodniającego płytkowe i iglaste cząstki fazy Al5FeSi uległy przemianie w sferoidalne cząstki fazy Al(FeMn)Si. Powstałe podczas procesu krystalizacji stopów pierwotne wydzielenia krzemu oraz eutektycznych faz z zawartością miedzi — Q-Al5Cu2Mg8Si6 i θ-Al2Cu ulegają całkowitemu rozpuszczeniu. Natomiast pierwotne cząstki fazy Mg2Si ulegają częściowemu rozpuszczeniu, a pozostałe, nierozpuszczone cząstki tej fazy zmieniają swój kształt od „chińskiego pisma” w stanie lanym do sferoidalnych po wyżarzaniu przez 48 h.

EN

The microstructure evolution and changes on the mechanical properties of aluminium alloy 6066 and its homogenization process were investigated. Therefore, the alloy was heat treated at temperature of 565°C for 3, 5, 10, 24, 48 and 72 h and this allowed to determine the influence of holding time on the morphology of microstructure constituents and mechanical properties of the examined 6066 alloy. The microstructure evolution were investigated by light microscope and scanning electron microscope. The results show that the main constituent phase in the alloy — plate-like and needle-like dispersoid of Al5FeSi transformed during homogenization process into spheroidal in shape Al(FeMn)Si phase. Additionally, the following primary phases formed during crystallization: precipitates of silicon and eutectic phases with addition of copper — Q-Al5Cu2Mg8Si6 and θ-Al2Cu were not visible, meaning they completely dissolved in the matrix of α-Al. However, primary precipitates of Mg2Si were being dissolved partially and the remnants of these precipitates with the shape of “chinese script” turn their shape into spheroidal after being heat treated for 48 hours.

7

Procesy wydzielania cząstek faz umacniających z przesyconych stopów AlMgSi

Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J., Wierzbińska M., Nowotnik A.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

376--380

PL

Właściwości mechaniczne stopów aluminium AlMgSi — grupa 6xxx — zapewniają szerokie ich stosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Na ogół są używane do wyrobu średnio obciążonych elementów konstrukcji lotniczych, pojazdów samochodowych oraz taboru kolejowego. Swoje największe właściwości wytrzymałościowe uzyskują po procesie umacniania wydzieleniowego. Pomimo wykonanych wielu prac badawczych zagadnienia wpływu składu chemicznego, kinetyki procesu wydzielania z przesyconych roztworów i rodzaju faz umacniających są nadal aktualne. Wynika to zarówno z opracowywania nowych stopów, jak i stale zwiększających się wymagań dotyczących ich właściwości użytkowych. Dlatego podjęto badania w celu określenia oddziaływania składu chemicznego oraz warunków prowadzenia procesu umacniania wydzieleniowego (temperatury i czasu) na sekwencję wydzielania faz umacniających z przesyconych stopów AlMgSi. Charakterystykę przemian zachodzących w mikrostrukturze przesyconych stopów AlMgSi pod wpływem zmiany składu chemicznego i warunków obróbki cieplnej ustalono w badaniach kalorymetrycznych. Ustalono także sekwencję procesu rozpadu przesyconych stopów grupy 6xxx. Określono charakterystyczne wartości temperatury wydzielania faz umacniających dla różnych szybkości nagrzewania badanych stopów. Na podstawie krzywych kalorymetrycznych oraz zależności ln(q/T2) od 1000/RT określono wartości energii aktywacji wydzielania lub rozpuszczania składników fazowych mikrostruktury.

EN

The mechanical properties of aluminium alloy AlMgSi — a group 6xxx — allow them to be used in many areas of industries extensively. They are generally used for the production of medium-duty elements of aircraft structures, vehicles and rolling stock. Their highest strength properties are obtained when they were subjected to precipitation strengthening process. Despite of on-going projects carried out by many research’s units, there is a strong need to examine the effect of chemical composition, kinetic of precipitation processes from supersaturated solutions and the influence of strengthening phases on aluminium alloys mechanical properties. This is due to both the development of new alloys, as well as the constantly increasing demands on their performance. Therefore, this paper is showing the results of study devoted to determination of the impact of the chemical composition and the precipitation strengthening process parameters on the precipitation sequence of the intermetallic phases (temperature and time) of the supersaturated AlMgSi alloys. The characteristics of the supersatureted solution decomposition sequence was performed based on calorymetry study of alloys group 6xxx. Thus, the temperature of phase precipitation for different heating rate was determined. Based on the calorimetric curves and the ln(Q/T2) of 1000/RT values the values of activation energy for precipitation and dissolution of phase components were established.

8

Hot Deformation Of 6xxx Series Aluminium Alloys

Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J., Kotowski S., Nowotnik A., Motyka M.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2A

1079--1084

EN

The hot deformation behavior of the 6xxx aluminum alloys was investigated by compression tests in the temperature range 100°C-375°C and strain rate range 10−4s−1 and 4×10−4s−1 using dilatometer DIL 805 BÄHR Thermoanalyse equipped with accessory attachment deformation allows the process to execute thermoplastic in vacuum and inert gas atmosphere. Associated microstructural changes of characteristic states of examined alloys were studied by using the transmission electron microscope (TEM). The results show that the stress level decreases with increasing deformation temperature and deformation rate. And was also found that the activation energy Q strongly depends on both, the temperature and rate of deformation. The results of TEM observation showing that the dynamic flow softening is mainly as the result of dynamic recovery and recrystallization of 6xxx aluminium alloys.

PL

Obróbkę cieplno-plastyczną stopów aluminium grupy 6xxx prowadzono w zakresie temperatury 100°C-375°C i prędkości odkształcania 10−4s−1 i 4×10−4s−1 na dylatometrze DIL 805 BÄHR Thermoanalyse wyposażonym w przystawkę odkształceniową umożliwiającą wykonanie procesu odkształcania w próżni i w atmosferze gazu obojętnego. Zmiany mikrostruktury badanych stopów, zachodzące w charakterystycznych stadiach obróbki cieplno-plastycznej, badano za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM). Ustalono, że wielkość naprężenia zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury i wielkości odkształcenia. Również energia aktywacji Q w dużym stopniu zależy zarówno od temperatury jak i prędkości odkształcania. Wyniki obserwacji mikrostruktury TEM wykazały, że dynamiczne mięknięcie materiałów jest głównie wynikiem zachodzących procesów zdrowienia dynamicznego i rekrystalizacji stopu aluminium 6xxx.

9

Thermal analysis of low alloyed steel for heavily-loaded aircraft engine transmission gears

Rokicki P., Dychtoń K., Drajewicz M., Raga K., Nowotnik A., Kubiak K.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2015

|

Vol. 39, nr 3

43--50

EN

Heat treatment of elements with large and complex geometries generate distortions and strains inhomogeneity. Current paper focuses on material basic thermo-chemical parameters analysis in aim for prediction of AISI 9310 steel behaviour if it is about treatment of ring gears used conventionally for aircraft engine gear transmission system. Heat treatment process of heavily loaded aircraft engine transmission gears is a complicated process due to shape and size of the elements. Concerning above, current paper presents thermal analysis of AISI 9310 low alloy steel. Results of conducted research will be used as a input data for numerical simulation of cooling process. Optimal process modelling will allow eliminating of defects caused by the heat treatment process.

PL

Obróbka cieplna elementów o złożonym kształcie wprowadza duże zmiany w ich stanie naprężeń wewnętrznych. Mają wpływ na odkształcanie się obrabianych elementów uniemożliwiające często ich zastosowanie. W pracy prowadzono badania właściwości cieplnych stali AISI 9310 niezbędnych do prawidłowego opracowywania warunków obróbki cieplno-chemicznej elementów pierścieniowych kół zębatych stosowanych w przekładniach silników lotniczych. Obróbka tych elementów, z użyciem złożonego oprzyrządowania niezbędnego do prawidłowego ich zamocowania w komorze pieca próżniowego, jest procesem trudnym do realizacji. Opracowane warunki procesu obróbki cieplno-chemicznej powinny uwzględniać duże rozmiary kół zębatych przekładni oraz wymaganą powtarzalność uzyskanych profili twardości warstwy nawęglanej i hartowanej. Analiza wyników prowadzonych badań właściwości fizycznych i cieplnych stali AISI 9310, m.in. współczynnika cieplnej rozszerzalności liniowej i przewodnictwa cieplnego, a także dyfuzyjności była podstawą do opracowania modelu fizycznego umożliwiającego symulację numeryczną tego procesu. Badania doświadczalne uwzględniające wyniki symulacji numerycznej i opracowane warunki obróbki cieplno-chemicznej prowadzą do uzyskania wymaganych właściwości użytkowych warstwy nawęglonej i hartowanej próżniowo.

10

Investigation of solidification process and microstructure examination of AlCu4Ni2Mg2 aluminium alloy

Mrówka-Nowotnik G., Wierzbińska M., Sieniawski J., Nowotnik A.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2015

|

Vol. 39, nr 4

61--69

EN

The main objective of this work was to examine a solidification process of AlCu4Ni2Mg2 alloy and analyze morphology and composition of the complex microstructure of intermetallic phases in as-cast condition. To study the solidification process differential scanning calorimetry (DSC) was used. To identify intermetallics in AlCu4Ni2Mg2 alloy optical light microscopy (LM), X-ray diffraction (XRD), scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscope and were used. The results show that the as-cast microstructure of AlCu4Ni2Mg2 alloy after slow solidification at a cooling rate 5°/min, consisted: dendrites of α-Al and intermetallic phases Al7Cu4Ni, Al6Fe, S-Al2CuMg, and Al3(CuFeNi)2 and Al2Cu.

PL

Prowadzono analizę procesu krystalizacji oraz składu chemicznego i morfologii składników fazowych mikrostruktury stopu AlCu4Ni2Mg2 w stanie lanym. W analizie procesu krystalizacji stopu stosowano metodę różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC). Identyfikację składników fazowych mikrostruktury stopu AlCu4Ni2Mg2 prowadzono metodami mikroskopii świetlnej (LM), elektronowej: skaningowej (SEM) i transmisyjnej (TEM) oraz dyfrakcji rentgenowskiej (XRD). Analiza uzyskanych wyników badań pozwoliła ustalić, że mikrostruktura stopu AlCu4Ni2Mg2, kształtowana w procesie krystalizacji z małą prędkością chłodzenia 5°C/min, składa się z dendrytów roztworu stałego α-Al oraz wydzieleń faz międzymetalicznych: Al7Cu4Ni, Al6Fe, S-Al2CuMg, Al3(CuFeNi)2 i Al2Cu.

11

Stress-strain curves under compression for CMSX4 nickel based superalloy

Nowotnik A., Pędrak P., Rokicki P., Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2014

|

Vol. 38, nr 3

65--77

EN

Variations of a flow stress vs. true strain illustrate behavior of material during plastic deformation. Stress-strain relationship is generally evaluated by a torsion, compression and tensile tests. Results of these tests provide crucial information pertaining to the stress values which are necessary to run deformation process at specified deformation parameters. Uniaxial compression tests at the temperature through which precipitation hardening phases process occurred (900-1200°C), were conducted on superalloy - CMSX-4, to study the effect of temperature and strain rate (ε =10 to the -4 and 4x10 to the -4 s to the -1) on its flow stress. On the basis of received flow stress values activation energy of a high-temperature deformation process was estimated. Mathematical dependences (σpl - τ i σpl - ε) and compression data were used to determine material's constants. These constants allow to derive a formula that describes the relationship between strain rate (ε), deformation temperature (τ) and flow stress σpl - ε = A1σ to the n ∙ exp(-Q / RT).

PL

Zachowanie się materiału podczas odkształcania plastycznego na gorąco charakteryzują krzywe zmiany naprężenia uplastyczniającego w funkcji odkształcenia. Do ich oceny stosowane są próby skręcania, ściskania lub rozciągania. Pozwalają określić dane niezbędne do prowadzenia procesu przeróbki plastycznej materiału z zastosowaniem odpowiednich parametrów odkształcania - temperatury i prędkości chłodzenia. W pracy przedstawiono analizę wyników badań wpływu temperatury i prędkości odkształcania (ε = 10 do - 4 i 4 x 10 do -4 s do -1) na wartość naprężenia uplastyczniającego nadstopu niklu - CMSX-4 w zakresie wartości temperatury wydzielania cząstek faz umacniających (900-1200°C) uzyskane w jednoosiowej próbie ściskania. Ustalone wartości naprężenia uplastyczniającego były podstawą do wyznaczenia energii aktywacji Q procesu odkształcania wysokotemperaturowego. Na podstawie uzyskanych danych oraz odpowiednich zależności (σpl - τ i σpl - ε) określono wartości stałych materiałowych oraz ustalono zależność prędkości (ε), temperatury odkształcenia (τ) i naprężeniem ustalonego płynięcia plastycznego σpl - ε = A1σ do n ∙ exp(-Q / RT).

12

Microstructure and mechanical properties of silicon-free Al-Cu-Ni casting alloys used in heavy duty aircraft engine parts

Mrówka-Nowotnik G., Sieniawski J., Wierzbińska M., Nowotnik A.

Advances in Manufacturing Science and Technology

|

2014

|

Vol. 38, nr 3

77--93

EN

The main task of this work was to study the microstructure and mechanical properties of silicon-free Al-Cu-Ni casting alloys. The microstructure of tested samples was evaluated in terms of fracture mechanism using an optical microscope - Nikon 300, scanning electron microscope HITACHI S-3400 (SEM) in a conventional back-scattered electron mode and JEOL - JEM 2100 ARP TEM/STEM electron microscope. The mechanical (Rm and R0.2) and plastic (A,Z) properties of the examined alloy were evaluated by uniaxial tensile test at room temperature. The results shows that the casting method and the applied thermal processing did not have a significant influence on the primary (Al6Fe, Al2CuMg, Al7Cu4Ni, Al3(CuFeNi)2 and AlCuMn) intermetallic phase composition and microstructure phase component morphology. However, during prolonged heating growth and change in the shape of separations of the θ'-Al2Cu reinforcing phase occurs proportionally to temperature and heating time. Sand casts show higher mechanical properties: Rm R0.2. The stability of the mechanical properties of the investigated alloys in higher temperatures is the consequence of the increased Cu content.

PL

Celem pracy była analiza mikrostruktury i właściwości mechanicznych odlewniczych, bezkrzemowych stopów Al-Cu-Ni. Obserwacje mikrostruktury prowadzono przy użyciu mikroskopu świetlnego -Nikon 300, elektronowego mikroskopu skaningowego HITACHI S-3400 z systemem EDS do mikroanalizy rentgenowskiej i elektronowego mikroskopu transmisyjnego JEOL - JEM 2100 ARP z systemem STEM/EDS. Właściwości wytrzymałościowe (Rm, R02) i plastyczne (A,Z) badanych stopów wyznaczono w próbie statycznej rozciągania w temperaturze pokojowej. Analiza uzyskanych wyników badań pozwoliła stwierdzić, że sposób odlewania oraz obróbka cieplna nie mają istotnego wpływu na skład fazowy oraz morfologię pierwotnych cząstek faz międzymetalicznych (Al6Fe, Al2CuMg, Al7Cu4Ni, Al3(CuFeNi)2 i AlCuMn. Długotrwałe wygrzewanie, w podwyższonej temperaturze powoduje jednak znaczny wzrost cząstek umacniającej fazy θ'-Al2Cu. Ustalono, że lepsze właściwości mechaniczne: Rm i R02 wykazują stopy odlane do form piaskowych. Stabilność właściwości mechanicznych badanych stopów w podwyższonej temperaturze jest spowodowana większą zawartością Cu.

13

Optical measurement of aircraft engine turbine blades

Budzik G., Kubiak K., Rokicki P., Dziubek T., Nowotnik A., Matysiak H., Cygan R., Tutak M., Boś P.

Journal of KONES

|

2013

|

Vol. 20, No. 2

21--26

EN

Manufacturing of aircraft engine turbine blades requires control of blade geometric parameters at different stages of technological process. Acceleration and automation of measurement process can affect the duration of the finished item production. Modern technologies for measurement of aircraft engine turbine blades are based on numerical machines - measurement process is based on processing of numerical data obtained by measurement using coordinate measuring machines. The paper presents the opportunity of automation of aircraft engine turbine blades measurements using scanner ATOS II Triple Scan with blue light source technology. Coordinate measuring technique allows to specify full methodology for designation of complex dimensions of physical objects and transform them into a computer program space of coordinate measuring devices. Presented paper includes capabilities of device used in the study to improve the measurement process in the technological and economical aspects. Another issue described in the paper is impact of measurement performance in automatic mode on the quality of performance – the numerical model of surface, from the standpoint of accuracy and number of collected data points in time. The paper includes an analysis of conditions related to the measurement works, such as the process of preparing the model, measurement equipment and data processing capacity. As the result methodology for automated scanning measurements of aircraft engine turbine blades will be presented.

14

Determination of heat treatment parameters for heavily - loaded aircraft engine components

Rokicki P., Dychtoń K., Nowotnik A., Drajewicz M., Sieniawski J., Kurkowski D., Wierzbińska M, Jakubowicz G., Budzik G.

Journal of KONES

|

2013

|

Vol. 20, No. 2

349--354

EN

Gears, due to their complex shape, carried load and required accuracy are ones of most complex aircraft engine parts. Single tooth damage usually breaks the power transmission and causes failure of the entire gear system. Adequate sustainability and guarantees of transmission is therefore a condition for secure operation of whole device. Particularly high requirements for reliability are put to transmissions used in the aerospace industry. Due to the loads which are transmitted through the gears, the materials used by the manufacturer must have not only high strength but also show the abrasion resistance of the surface layer and the ductility of the core. Proper parameters matching allows to create an element that can operate at higher stresses and loads. In addition, factor strength and abrasion resistance of the surface layer has a significant impact on the life of the gear. Thermo-chemical treatment of industrial gears is a fundamental process, which gives them adequate mechanical properties regarding loads they carry and the surface conditions of work. Among many methods of thermo-chemical treatment used in the industry, the most distinctive are innovative technologies designed to reduce process costs and being more environmentally friendly. The most promising methods in the discussed field are vacuum carburizing and high-pressure hardening, which by their specification of work significantly reduce the emission of CO2 and the duration of the process, without reducing the quality of the final product. The main aim of the paper is to present criteria for selection of heat treatment parameters as a part of thermo-chemical treatment process performed using vacuum methods. Proper heat treatment parameters are crucial in programming of some of final material characteristics as grain size and retained austenite morphology.

15

Wpływ warunków aluminiowania metodą CVD z użyciem dodatkowego generatora wewnętrznego na mikrostrukturę wytworzonych warstw

Nowotnik A., Góral M., Pytel M., Dychtoń K., Rokicki P., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 5

509--512

PL

Aluminiowanie metodą CVD należy do najbardziej zaawansowanych procesów obróbki powierzchniowej łopatek turbin gazowych i silników lotniczych. Rosnące znaczenie dyfuzyjnych warstw aluminidkowych jako międzywarstw dla powłokowych barier cieplnych (TBC) determinuje prowadzenie badań nad opracowaniem warstw zapewniających najlepszą możliwą przyczepność tworzącej się warstwy tlenku aluminium w powłokach TBC z warstwami ceramicznymi osadzanymi metodami LPPS lub EB- -PVD. W badaniach jako materiał podłoża zastosowano czysty nikiel (jako materiał modelowy) oraz żarowytrzymały stop niklu MAR M200 + Hf. W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu warunków prowadzenia wysokoaktywnego procesu CVD na mikrostrukturę i skład chemiczny powstaj ącej warstwy aluminidkowej. Proces wytwarzania prowadzono w urządzeniu Bernex BPX Pro 325S z zastosowaniem dodatkowych granul Al-Cr umieszczonych w wewnętrznym generatorze jako wysokotemperaturowe źródło aluminium. W trakcie prób zmianie podlegała temperatura oraz czas aluminiowania. Przepływ gazów, tj. chlorowodoru i wodoru dla wszystkich procesów był stały. W przeprowadzonych badaniach stwierdzono nietypowy mechanizm tworzenia się i wzrostu dyfuzyjnej warstwy aluminidkowej, który ma charakter pośredni pomiędzy modelem wysokoaktyvvnym a niskoaktywnym. Badania mikrostruktury warstwy aluminidkowej wytworzonej na podłożu czystego niklu wykazały obecność trzech charakterystycznych stref. Wydłużenie czasu oraz wzrost temperatury spowodował znaczne zwiększenie grubości dyfuzyjnej warstwy aluminidkowej. Badania mikrostruktury Warstwy aluminidkowej wytworzonej na podłożu stopu MAR M200 + Hf w tym samym czasie procesu przy zróżnicowanej temperaturze wykazały ich odmienną budowę. Mechanizm wzrostu warstwy aluminidkowej jest zależny od zawartości aluminium w źródle (granule Al-Cr).

EN

Aluminizing process by CVD method belong to the most advanced surface treatment processes of gas turbine and aircraft engine blades. Growing application of aluminides diffusion layers as bond coat for thermal barrier coatings (TBC) cause more and more researches directed on ﬁnding layer which can ensure the best possible adhesion between bond coat and top coat in the TBC system formed by LPPS or EB-PVD. In the study pure nickel and high-temperature nickel-based superalloy MAR M200 + Hf were used as initial substrate materials. In the research results of various CVD aluminizing process parameters inﬁuence on microstructure and chemical composition of created aluminides coatings was presented with in-depth analysis. The aluminizing process was carried out in Brenex BPX Pro 325S machine with addition ofAl-Cr granules contained in the internal generator as a high-temperature source of aluminum. During the research different temperature and time of aluminizing were applied. The ﬂow of gases such as hydrogen chloride and pure hydrogen for all processes was constant. During the study an unusual mechanism of aluminides diffusion layer creation and growth has been observed, which has an intermediate characteristics between low-activity and high-activity models. Microstructure observation of aluminides layer formed on pure nickel substrate showed three characteristic zones. Extension of time and increase in temperature resulted in a signiﬁcant increase of the diffusion layer depth. Microstructure observation of aluminides layer formed on MAR M200 + Hfwith the same process time at different temperature showed their distinct structure. Aluminides layer growth mechanism is dependent on the aluminum content in the source material (granules Al-Cr).

16

Metody komputerowe w inżynierii powłok ochronnych. Część II. Symulacja procesu natryskiwania plazmowego. Przegląd literatury

Kotowski S., Góral M., Nowotnik A., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 2

97--109

PL

W pracy przedstawiono wybrane zagadnienia symulacji procesu natryskiwania plazmowego w warunkach ciśnienia atmosferycznego (APS - Atmospheric Plasma Spraying) oraz obniżonego (LPPS - Low Pressure Plasma Spraying). Omówiono sposoby symulacji procesu natryskiwania plazmowego, a także narzędzia stosowane do numerycznej analizy procesu -prognozowania właściwości ﬁzycznych strumienia plazmy, zachowania i właściwości cząstek proszku w strumieniu plazmy, przebiegu procesu osadzania nadtopionych lub całkowicie przetopionych cząstek proszku na powierzchni podłoża oraz charakterystyki budowy ukształtowanej powłoki ochronnej.

EN

The article presents selected problems of simulation of the plasma spraying process under low (LPPS - Low Pressure Plasma Spraying) and atmospheric (APS -Atmospheric Plasma Spraying) pressure. The Simulation methods of the plasma spraying process and tools used to perform its numerical analysis, i.e. forecast the plasma jet properties, the behaviour and properties of the powder particles introduced into the plasma plume, the course ofthe deposition process of molten or partially molten powder particles on the substrate surface and the properties of the obtained coating have been discussed.

17

Metody komputerowe w inżynierii powłok ochronnych. Część I. Modelowanie procesu natryskiwania plazmowego. Przegląd literatury

Kotowski S., Góral M., Nowotnik A., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 2

85--96

PL

W pracy przedstawiono proces natryskiwania plazmowego (plasma spraying) stanowiący jedną z podstawowych metod wytwarzania powłok ochronnych, stosowanych w technice lotniczej. Omówiono wybrane zagadnienia modelowania procesu natryskiwania plazmowego w warunkach ciśnienia atmosferycznego (APS - Atmospheric Plasma Spraying) oraz obniżonego (LPPS - Low Pressure Plasma Spraying). Przedstawiono podstawowe modele ﬁzyczne strumienia plazmy, cząstek proszku wprowadzanych do strumienia plazmy oraz mechanizmu osadzania nadtopionych lub całkowicie przetopionych cząstek proszku na powierzchni podłoża. Przebieg procesu natryskiwania plazmowego jest determinowany przez wiele istotnych czynników Wpływających na właściwości użytkowe ukształtowanej powłoki. Poprawa efektywności procesu natryskiwania plazmowego oraz właściwości wytwarzanych powłok wymaga poznania zależności między parametrami procesu i ich oddziaływaniem na budowę powłoki. Na podstawie analizy danych literaturowych w pracy omówiono opracowane dotychczas modele zjawisk ﬁzycznych zachodzących podczas procesu natryskiwania plazmowego.

EN

In the article, the authors described the plasma spraying process which is particularly important in terms of materials science related to the aviation industry. Selected problems related to modelling of the plasma spraying process in the conditions of low (LPPS - Low Pressure Plasma Spraying) and atmospheric (APS - Atmospheric Plasma Spraying) pressure are presented in the paper. The authors described the physical models of the plasma jet, behaviour of the powder particles introduced into the plasma plume and the deposition process ofmolten particles on the substrate surface. The course of the plasma spraying process is determined by numerous signiﬁcant factors which inﬁuence the performance of the obtained protective coating. Improvement of the process efﬁciency and coating properties, requires knowledge of the dependence between the process parameters and their inﬁuence on the coating formation. The main goal of this article is to present the currently applied models of physical phenomena which occur during the plasma spraying process, on the basis of literature data.

18

Ewolucja strefy dwufazowej podczas dyfuzji wzajemnej w stopach potrójnych

Tkacz-Śmiech K., Wierzba B., Nowotnik A., Danielewski M.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

907--910

PL

W pracy zaproponowano metodę umożliwiającą symulację wzrostu dwufazowej warstwy podczas procesu dyfuzji wzajemnej w układzie potrójnym. Przedstawiony został model transportu masy w ciele stałym uwzględniający, zgodnie z metodą Darkena, dryft materiału i dyfuzję poszczególnych składników. Obecność faz współistniejących w obszarze dwufazowym opisano przez wprowadzenie parametru uporządkowania równego objętościowemu udziałowi wybranej fazy. Przedstawiona metoda pozwala obliczyć profile stężeń pierwiastków oraz wyznaczyć ścieżkę dyfuzji. Ponadto metoda umożliwia wyznaczenie przestrzennego rozkładu szybkości produkcji entropii. W pracy pokazano, że lokalne maksima szybkości produkcji entropii określają położenie i szerokość dwufazowej strefy tworzonej w dyfuzji. Wraz z wydłużeniem czasu procesu maksima te zmieniają położenie, co oznacza zmianę grubości warstwy dwufazowej. Jednocześnie wartości maksimów szybkości produkcji entropii maleją, co należy wiązać ze zmniejszeniem siły napędowej procesu. Zastosowanie modelu i przykładowe wyniki zostały przedstawione dla modelowego, potrójnego układu A-B-C, dla którego symulowano ewolucję strefy dyfuzyjnej. Przykładowe obliczenia wykonano również dla rzeczywistego układu Ni-Cr-Al, dla którego analizowano tworzenie strefy dwufazowej w procesie aluminiowania stopu MAR-M200 + Hf. Uzyskane wyniki porównano z danymi eksperymentalnymi. Wyniki potwierdzają, że produkcja entropii i szybkość produkcji entropii, które są jednymi z podstawowych pojęć termodynamiki procesów nieodwracalnych i układów nierównowagowych, stanowią użyteczne narzędzie w opisie dyfuzji w procesach o kluczowym znaczeniu dla technologii materiałów, w których ma miejsce dyfuzja wzajemna składników.

EN

An objective of this paper is to predict the formation of two-phase zone during interdiffusion in a ternary diffusion couple. A respective model is formulated within bi-velocity method, including diffusion and drift fluxes. It allows calculating the evolution of the concentration profiles, diffusion path and phase volume fractions in the diffusion zone. Basing on the fundamental equations, the local entropy production during the diffusion process can be also calculated. It is shown that the maxims of the spatial distribution of the local entropy production rate correspond to the intersections between the diffusion path and the phase boundaries. Consequently, the location and thickness of the two-phase zone can be determined from the positions of these maxims. They move with time which agrees with the changes of the thickness of the two phase layer during processing. As the system reaches equilibrium, the maxims vanish. Such result confirms that entropy production and entropy production rate, which present a key concept of nonequilibrium thermodynamics, are useful tools in forseeing the evolution of the systems during interdiffusion in multicomponent multiphase systems. The potential application of the model to simulate the kinetics of the interdiffusion is illustrated for the arbitrary ternary diffusion couple. The calculations have been also made for a real Ni-Cr-Al system. The results are compared with experimental data from aluminization of MARM200 + Hf alloy.

19

Mechanical properties of hot deformed Inconel 718 and X750

Nowotnik A., Pędrak P., Sieniawski J., Góral M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2012

|

Vol. 50, nr 2

74--80

EN

Purpose: Variations of a flow stress vs. true strain illustrate behavior of material during plastic deformation. Stress-strain relationship is generally evaluated by a torsion, compression and tensile tests. Design/methodology/approach: Compression tests were carried out on precipitations hardenable nickel based superalloys of Inconel 718 and X750 at constant true strain rates of 10-4, 4x10-4, s-1, within temperature through which precipitation hardening phases process occurred (720-1150°C) using thermomechanical simulator Gleeble and dilatometer Baehr 850D/L equipped with compression unit. True stress-true strain curves analysis of hot deformed alloys were described. Findings: On the basis of received flow stress values activation energy of a high-temperature deformation process was estimated. Mathematical dependences (σpl -T i σpl - ε) and compression data were used to determine material’s constants. These constants allow to derive a formula that describes the relationship between strain rate (e), deformation temperature (T) and flow stress σpl. Research limitations/implications Study the flow stress will be continued on the samples after the aging process. Practical implications: The results of high-temperature deformation of the examined Inconel alloys may possibly find some practical use in the workshop practice to predict a flow stress values, but only within particular temperature and strain rate ranges. The results of the study can be used in the aerospace industry to produce blades for jet engines. Originality/value: The results of the study can be used in the aerospace industry to produce blades for jet engines.

20

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.