Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Nonmetallic Inclusions in a New Alloy for Single-Crystal Permanent Magnets

Belyaev I. V., Bazhenov V. E., Kireev A. V., Moiseev A. V.

Archives of Foundry Engineering

|

2018

|

Vol. 18, iss. 2

11--14

EN

The morphology, chemical composition and formation mechanism of non-metallic inclusions in magnetic alloy of Fe-Co-Ni-Cu-Al-Ti-Hf system were investigated. These alloys are used in manufacturing single-crystal permanent magnets. Modern methods for the identification of non-metallic inclusions, as well as computer simulation of the processes of their formation by Thermo Calc software were used in the work. It was found that studied alloy contains (Ti, Hf)S titanium and hafnium sulfides, (Ti, Hf)2SC titanium and hafnium carbosulfides, Ti2O2S titanium oxisulfide, HfO2 hafnium oxide, and Al2O3 aluminum oxide. No titanium and hafnium nitrides were found in the alloy. The bulk of nonmetallic inclusions are (Ti, Hf)2SC carbosulfides and (Ti, Hf)S sulfides. All carbides and many oxides are within carbosulfides and sulfides. When the sulfur content in the alloy is no more than 0.2%, and carbon content does not exceed 0.03%, carbosulfides are formed in the solidification range of the alloy and has an faceted compact form. If the sulfur content in the alloy becomes more than 0.2% and carbon content more than 0.03%, the carbosulfide formation begins before the alloy solidification or at the beginning stages of solidification. In this case, carbosulfides are dendritic and coarse. Such carbosulfides actively float in the solidified melt and often come to the surface of the castings. In this case, specific surface defects are formed in single-crystal magnets, which are called sulfide stains. All titanium and hafnium sulfides are formed at the lower part of solidification range and have elongated shape.

2

Microstructural characterization of creep in the single crystal superalloy CMSX–4

Albrecht R., Bogdanowicz W., Gancarczyk K., Rak J., Sieniawski J., Kubiak K., Lelątko J.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 1

15--19

EN

Blades and vanes structural components of turbine engines are processed to withstand high temperature during loading conditions of service, fulfilling high standards of quality control and safety for effective use. Therefore, characterization of mechanical properties, such as creep behaviour, are necessary for appropriate control procedures on prediction of exploitation lifetime. The materials mostly used in manufacturing of these components are single crystal nickel-base superalloys. Creep behaviour characterization, composed of creep-rupture tests, were performed on a single crystal rods made of CMSX–4 superalloy obtained at a withdrawal rate of 3 and 5 mm/min. Cylindrical rods were directly solidified in the [001] direction in an ALD Vacuum Technologies investment casting furnace (VIM-IC 2). Then, prepared specimens were tested in tensile creep under constant stress of 248 MPa at a temperature of 982°C. The longitudinal and cross sections from tested samples, were characterized by TEM and X-ray diffraction methods. It was found that all samples showed a similar rupture mechanism. The electron backscatter diffraction (EBSD) measurements showed that octahedral and cubic slip systems were present however, the critical stress was present on {111} planes. It was observed that the cubic slip has the highest calculated Schmid factor along the dendrite cores while the octahedral slip occurs through entire sample volume. Samples obtained at 5 mm/min possess a visible widening of coherent scattering regions as shown in inverse pole figures. The reason of these changes is the fact that higher rate has the greatest probability of creating small angle boundaries, often occurring in the interdendritic channels.

PL

Monokrystaliczne odlewy nadstopu niklu CMSX–4 stosuje się na najbardziej wytężone elementy silnika odrzutowego, takie jak łopatki turbiny wysokiego ciśnienia. Musza one charakteryzować się dużą żarowytrzymałością oraz żaroodpornością. Dlatego jest ważne precyzyjne określenie wpływu zjawiska pełzania na strukturę tego materiału w zależności od warunków jego wytwarzania. Celem pracy było scharakteryzowanie zmian strukturalnych oraz określenie wytrzymałości na pełzanie monokrystalicznych odlewów otrzymanych z prędkościami wyciągania formy wynoszącymi 3 oraz 5 mm/min.

3

Wpływ doskonałości struktury monokryształów nadstopu niklu na ich wytrzymałość na pełzanie

Gancarczyk K., Gradzik A., Sieniawski J.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2016

|

Vol. 83, nr 10

449--451

PL

W artykule przedstawiono ocenę doskonałości struktury krystalicznej monokrystalicznego odlewu z nadstopu niklu CMSX-4 o strukturze mozaikowej. Do oceny doskonałości struktury przyjęto wartości kąta odchylenia αz – pomiędzy kierunkiem wyciągania odlewu i kierunkiem [001] oraz kąt dezorientacji αb – pomiędzy blokami mozaiki. Stwierdzono, że kąt odchylenia na powierzchni podłużnej odlewu, jak i na jego przekroju poprzecznym, przyjmuje wartości w zakresie 15,6–17,8° oraz 13,8–16,0° i 16,0–17,0°, natomiast kąt dezorientacji bloków mozaiki przyjmuje wartości w zakresie 1,08 – 1,35°. Próba pełzania wykonana dla fragmentów odlewu o różnych wartościach kątów αz i αb wykazała wpływ wartości kąta odchylenia kierunku [001] od kierunku wyciągania na odporność na pełzanie.

EN

The paper presents an analysis of crystal structure perfection of single crystal nickel-based superalloy CMSX-4 with blocky structure. Evaluation of crystalline structure was based on measurements of the value of αz angle - between the direction of crystallization and the direction [001] and αb angle – misorientation of the structure blocks. The measured values of αz on the cast surface was from 15.6 to 17.8° and from 13.8 to 16.0° and on the crosssection of cast in the range of 16.0–17.0°. The misorientation angle of blocky structure αb has a value from 1.08 to 1.35°. Creep resistance of single crystal was evaluated on specimens with various values of αz and αb. The influence of the value of angle αz and αb on the creep resistance of the single crystal was determined.

4

Sposób oceny doskonałości struktury krystalicznej monokrystalicznych odlewów łopatek z nadstopu niklu CMSX-4

Gancarczyk K., Albrecht R., Olesch Ch., Kubiak K., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 6

356--362

PL

W pracy przedstawiono ocenę doskonałości struktury krystalicznej monokrystalicznych odlewów łopatek turbiny wysokiego ciśnienia silnika lotniczego w stanie lanym oraz po obróbce cieplnej. Odlewy wytworzono z nadstopu niklu CMSX-4 metodą Bridgmana z prędkością wyciągania formy 3 i 5 mm/min. Podstawą oceny doskonałości struktury krystalicznej odlewów była analiza wyników pomiarów kąta odchylenia α pomiędzy kierunkiem wyciągania i kierunkiem krystalograficznym [001] w danej objętości odlewu łopatki. Stosowano zmodyfikowaną metodę dyfrakcji rentgenowskiej Ω-scan do wyznaczania orientacji krystalicznej monokryształów za pomocą zaprojektowanego i wykonanego dyfraktometru firmy EFG. Metoda ta umożliwia wyznaczanie orientacji krystalicznej poszczególnych obszarów powierzchni pióra i zamka odlewu monokrystalicznego łopatki z dokładnością ±0,01°. Analiza uzyskanych wyników badań wskazuje, że zwiększenie prędkości wyciągania z 3 do 5 mm/min prowadzi do zmniejszenia średniej wartości kąta odchylenia α od około 6,5 do 4°. Stwierdzono jednocześnie, że różnica wartości kąta α dla prędkości wyciągania 3 i 5 mm/min jest zbliżona. Jednocześnie wykazano, że obróbka cieplna odlewów (przesycanie i starzenie) prowadzi do zwiększenia średniej wartości kąta odchylenia α dla prędkości 3 i 5 mm/min odpowiednio do około 8,5 i 6,5°. Stwierdzono także, że rozkład wartości kąta α będący miarą niejednorodności orientacji zmniejsza się dla prędkości wyciągania 3 i 5 mm/min odpowiednio do 1,8 i 1,6°.

EN

The paper presents novel method for crystal perfection investigation in single crystal turbine blades both as-cast and after heat treatment. The castings were made of CMSX-4 superalloy and cast by the Bridgman method at the withdrawal rate of 3 and 5 mm/min. Evaluation of crystal perfection was based on measurements of α angle — the angle between crystallographic growth direction [001] and the main axis of the blade z. The investigation was conducted with the use of X-ray diffraction method called Ω-scan, utilizing prototype OD-EFG diffractometer invented by EFG company (Berlin). The apparatus enables determination of the crystal orientation in the root and airfoil of turbine blade made of nickel based superalloys. The size of the measuring spot was about approx. 2 mm2 and by this size, the orientation of whole surface of turbine blade can be mapped with an accuracy of ±0.01°. It was found that increase of withdrawal rate from 3 to 5 mm/min caused a reduction in the average value of α angle from 6.5 to 4°. The scatter of α angle for both withdrawal rates is similar. Heat treatment of casting resulted in an increase of α angle to 8.5° for withdrawal rate 3 mm/min and 6.5° for 5 mm/min. The scatter of orientation decreased to 1.8 and 1.6° respectively.

5

The Internal Friction of Single Crystals, Bicrystals and Polycrystals of Pure Magnesium

Jiang W. B., Kong Q. P., Magalas L. B., Fang Q. F.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 1

371--375

EN

The internal friction of magnesium single crystals, bicrystals and polycrystals has been studied between room temperature and 450°C. There is no internal friction peak in the single crystals, but a prominent relaxation peak appears at around 160°C in polycrystals. The activation energy of the peak is 1.0 eV, which is consistent with the grain boundary self-diffusion energy of Mg. Therefore, the peak in polycrystals can be attributed to grain boundary relaxation. For the three studied bicrystals, the grain boundary peak temperatures and activation energies are higher than that of polycrystals, while the peak heights are much lower. The difference between the internal friction peaks in bicrystals and polycrystals is possibly caused by the difference in the concentrations of segregated impurities in grain boundaries.

PL

Badania tarcia wewnętrznego w monokryształach, bikryształach i polikryształach magnezu przeprowadzono w zakresie temperatur między temperaturą pokojową a 450°C. W monokryształach magnezu nie występuje pik tarcia wewnętrznego, ale wyraźny pik relaksacyjny pojawia się przy około 160°C w polikryształach. Energia aktywacji piku wynosi 1,0 eV, co jest zgodne z energią autodyfuzji Mg przez granice ziaren. Z tego względu pik tarcia wewnętrznego występujący w polikryształach można przypisać relaksacji granic ziaren. W przypadku trzech badanych bikryształów temperatury pików pochodzących od granic ziaren i ich energie aktywacji są wyższe niż w przypadku polikryształów, ale wysokości tych pików są znacznie niższe. Różnica między pikami tarcia wewnętrznego w bikryształach i polikryształach jest prawdopodobnie spowodowana przez różnicę stężeń zanieczyszczeń segregujących na granicach ziaren.

6

Czochralski-Based Growth and Characteristics of Selected Novel Single Crystals for Optical Applications

Shimamura K., Víllora E. G.

Zeszyty Historyczne Politechniki Warszawskiej

|

2014

|

z. 16

113--121

EN

In the Year of Professor Jan Czochralski, we with pleasure review the representative recent works of our group, Optical Single Crystals Group, NIMS, Japan. Our group has been working on the development of novel single crystals for optical applications based on the Czochralski technique. Here, 4 kinds of topics are reviewed. 1st one is ferroelectric fluoride BaMgF4 single crystals for UV nonlinear optical applications including quasi-phase matching device fabrications. 2nd one is transparent conductive β-Ga2O3 single crystals as semiconductor, which has large band-gap, 4.8 eV, for LED applications. 3rd one is F-doped core-free Y3Al5O12 single crystals as a potential new lens material for UV/VUV wavelength region. Last one is superior magneto-optical {Tb3}[Sc2-xLux](Al3)O12 single crystals for near infrared to visible region, and CeF3/PrF3 single crystals for UV region.

7

Czochralski growth of SrLaAlO4 and SrLaGaO 4 single crystals and its implications for the crystal morphology

Pajaczkowska A., Gloubokov A., Klos A., Woensdregt C. F.

Zeszyty Historyczne Politechniki Warszawskiej

|

2014

|

z. 16

85--89

EN

Single crystals of SrLaAlO4 (SLA) and SrLaGaO4 (SLG) have been grown from nonstoichiometric melts by the Czochralski method making use of different seed orientations, [100] (SLA, SLG), [110] (SLA) and [001] (SLG). The anisotropic properties of the crystal structure are reflected in the growth morphology of the crystals. In the case of (SLA) {101} facets appear at the crystal/melt interface and in that of [100] SLG {101} and {103} facets occur, while for [001] SLG {001} and {103} facets are present. SLA crystals are very similar to the theoretical growth forms computed according to the Hartman-Perdok theory for models with an effective charge on oxygen, qO −2|e|. However the habit of SLG crystals corresponds better to the theoretical growth forms based on an effective charge qO = −1.5|e| due to the presence of oxygen vacancies.

8

Badanie struktury elektronowej i własności magnetycznych monokryształów związków międzymetalicznych R-T (R - pierwiastek ziem rzadkich, T - metal przejściowy 3d, 4d, 5d)

Talik E.

Zeszyty Historyczne Politechniki Warszawskiej

|

2014

|

z. 16

7--22

9

Relacje dezorientacji w początkowych stadiach rekrystalizacji metali o sieci RSC o średniej i małej energii błędu ułożenia

Miszczyk M., Paul H., Driver J.H., Maurice C.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2013

|

R. 58, nr 11

748--754

PL

Mechanizm stanowi ciągle silnie nierozpoznane zagadnienie. Jednym z kluczowych zagadnień związanych z opisem mechanizmów zarządzających procesem przemiany tekstury podczas wyżarzania jest identyfikacja typu granicy poprzez migrujący front rekrystalizacji. Celem niniejszej pracy było określenie dominujących relacji orientacji, pomiędzy stanem odkształconym a nowo powstałymi ziarnami we wczesnych stadiach rekrystalizacji w metalach o sieci regularnie ściennie centrowanej, o średniej i małej energii błędu ułożenia. Analizę prowadzono na monokryształach o orientacjach stabilnych w płaskim stanie odkształcenia, tj. „Goss”{110}<001> oraz „brass”{110}<112>. Monokrystaliczne próbki z Ni, Cu, Cu-2%Al odkształcono w próbie nieswobodnego ściskania do ok. 40 %. Następnie odkształcony materiał został poddany wyżarzaniu celem analizy preferencji w występowaniu relacji orientacji poprzez front rekrystalizacji. Analizę przeprowadzono z wykorzystaniem wysokorozdzielczej skaningowej mikroskopii elektronowej i techniki dyfrakcji elektronów wstecznie rozproszonych (SEM-FEG/EBSD). Przeprowadzona analiza preferencji w rozkładzie osi i kąta dezorientacji poprzez front rekrystalizacji pokazuje, że relacje dezorientacji zbliżone do 40°<111> są realizowane jedynie sporadycznie. Wykazano, że dominują rolę odgrywają dezorientacje określone kątami z zakresów 25-35° i 45-55° oraz obrotem dookoła osi <122>, <012>, <112> zgrupowanych zazwyczaj w pobliżu normalnych do wszystkich czterech płaszczyzn {111}.

EN

The objective of this paper is to identify the predominant crystallographic relations between deformed state and recrystallized grains during the early stages of recrystallization of fcc metals with medium and low stacking fault energy. The experimental investigations, based on high resolution SEM/EBSD measurements, have focused on the transformations which occur in plane strain compressed single crystals with stable orientations. After annealing the disorientation across the recrystallization front defines the final rotation by angles in the ranges of 25-35° and 45-55° around axes mostly grouped near the <122>, <012>, <112> and <111> directions located around the normals of all four {111} slip planes.

10

Structure of single-crystalline turbine blades grown from CMSX-4 superalloy

Lelątko J., Bogdanowicz W., Dercz G., Albrecht R., Rak J., Sieniawski J., Stróż D.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 4

317--319

EN

Nickel-based single-crystal superalloys are widely used for production of high pressure turbine blades. The studied blades were obtained in an ALD Vacuum Technologies fumace by the Bridgman technique. Crystallization process was carried out with withdraw rates of 1 mm/min, 3 mm/min and 5 mm/min. High withdraw rate of crystallization can lead to formation many different type of defects such as freckles or high and low angle boundaries, presence of other phases which may be inﬂuenced by subsequent thennal treatment. The dendrite microstructure based on the y/y' phases and they defects was characterized using X-ray topography, Laue diffraction, optical microscopy and scanning electron microscopy. The phase and microstructure were analyzed using X-ray diffraction and transmission electron microscopy. It was found that crystal orientation, lattice parameter of y' phase, concentration of defects and the quantity of y + y' eutectic structure are correlated with withdraw rate of single crystal of the superalloy. The defect concentration increase in some areas which was the result of deviation of primary dendrite arm from crystallization direction. Increase of the crystallization rate from 3 to 5 mm/min results in increase of the direction deviation of the blade axis from <001> direction from 7 to 18 angular degrees. Also, the change of the phase composition was observed. Apart from y and y' the Ni6AlTa phase was identiﬁed. The quantity of this phase increases with increasing withdraw rates of blades. The changes in defect structure, deviation direction and phase composition with the withdraw rates of single-crystal CMSX-4 will inﬂuence the turbine blades quality.

PL

Monokrystaliczne nadstopy niklu są używane do wytwarzania wysokociśnieniowych łopatek turbin. Badane w prezentowanej pracy łopatki wytworzono metodą Bridgemana. Proces krystalizacji prowadzono przy szybkości wyciągania 1 mm/min, 3 mm/min i 5 mm/min. Szybkość krystalizacji bezpośrednio wpływa na liczbę tworzących się dyslokacji, na granice nisko- i szerokokątowe oraz obecność innych faz. Struktura dendrytyczna złożona z faz y i y' i struktura defektowa były charakteryzowane za pomocą topograﬁi rentgenowskiej, dyfrakcji Lauego, mikroskopu świetlnego oraz skaningowego mikroskopu elektronowego. Skład fazowy i mikrostrukturę nadstopu niklu badano, używając rentgenowskiej analizy fazowej i transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Stwierdzono, że orientacja monokryształu, parametr sieci krystalicznej fazy y', koncentracja defektów i ilość eutektyki y + y' silnie zależą od szybkości wyciągania łopatek z nadstopu niklu. Koncentracja defektów, W niektórych obszarach zwiększa się jako wynik odchylenia kierunku wzrostu pierwotnych dendrytów od kierunku krystalizacji. Zwiększenie szybkości krystalizacji z 3 mm/min do 5 mm/min powoduje zwiększenie kąta odchylenia osi łopatki od kierunku krystalizacji <001> z 7 do 18 stopni kątowych. Równocześnie obserwowano zmiany składu fazowego nadstopu. Oprócz faz y i y' identyﬁkowano fazę Ni6AlTa. Ilość tej fazy zwiększa się wraz ze wzrostem szybkości wyciągania łopatek. Zmiany w strukturze defektów, wielkości kąta odchylenia kierunku krystalizacji oraz składu fazowego uwarunkowane szybkością wyciągania monokrystalicznych nadstopów CMSX-4 będą wpływać na parametry późniejszej obróbki cieplnej, a w konsekwencji na jakość wytwarzanych łopatek do turbin.

11

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

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

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 1

7--12

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.

12

66 lat niesłusznej infamii Jana Czochralskiego

Tomaszewski P. E.

Postępy Fizyki

|

2011

|

T. 62, z. 3

110-116

PL

W czerwcu 2011 r. Politechnika Warszawska przywróciła cześć swojemu profesorowi i doktorowi honoris causa Jonowi Czochralskiemu (1885-1953) zakwestionowaną 66 lat wcześniej w wyniku niepełnej i krzywdzącej oceny Jego postawy podczas II wojny światowej, Odkrycie dokumentów wskazujących na współpracę prof. Czochralskiego z wywiadem Armii Krajowej ostatecznie przekonało senatorów Politechniki do zmiany dotychczas negatywnego stanowiska uczelni wobec Profesora. Przedstawiony został skrótowy życiorys prof. Jana Czochralskiego i Jego najważniejsze trzy dokonania: radiomikroskop, tzw. metal kolejowy B (czyli bezcynowy stop na panewki łożysk kolejowych), który zapewnił mu dobrobyt i słynna metoda otrzymywania monokryształów, która zapewniło mu trwałe miejsce w historii nauki.

EN

In June of 2011 the Warsaw Technical University (Politechnika Warszawska) exo-nerated its professor and doctor honoris causa Jan Czochralski (1885-1953) from the false accusations and restored his honors. These were questioned in the first decision of Academic Senate 66 years earlier as a result of incomplete and harmful evaluation of his position during WWII. The discovery of documents indicating prof. Czochralski's collaboration with the Polish Home Army (AK) intelligence unit led the Academic Senate to change its negative opinion of prof. Czochralski. We present the short biography of Czochralski to highlight his three main discoveries: radio-microscope, so-called railway metal B (tinless alloy for railway bearings), which secured a high standard of living for him, and famous "Czochralski method" of single crystal growth. By this last discovery he earned a place in the books of history of science.

13

Thermodynamic justification for the intermetallic layers formation within the hexagonal single crystal

Wołczyński W., Sibiga G., Musielak P., Mikułowski B., Boczkal G.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

789-792

EN

A general theory for the structural transformation in the single crystal with stripes growth is presented. The analysis is associated with the stripes strengthening the Zn single crystal. Two threshold rates appear in the single crystal growth. Below first threshold rate, L-shape structure (rod-like structure) with branches is observed within the stripes. Above this threshold growth rate, the L-shape rods equipped with branches transform into regular lamellar structure and finally the regular lamellar structure exists up to the second threshold rate. Above the second threshold rate the regular rod-like structure exists exclusively in the stripes. The entropy production was calculated for each formed structure. Then, the entropy production was subjected to minimization. The concept of marginal stability was considered to describe the phenomenon of branching. The threshold growth rates determined experimentally were confirmed theoretically by the intersections of minimized entropy productions drawn for the envisaged structures.

PL

Prezentuje się ogólną teorię transformacji strukturalnych dla wzrostu monokryształu w prążki. Analiza ta związana jest z prążkami wzmacniającymi monokryształ Zn. Pojawiają się aż dwie prędkości progowe dla wzrostu monokryształu. Poniżej pierwszej prędkości progowej obserwuje się strukturę typu L (strukturę włóknistą) z odgałęzieniami. Powyżej tej prędkości progowej struktura włóknista typu L wyposażona w odgałęzienia przekształca się w regularną strukturę płytkową i ostatecznie regularna struktura płytkowa istnieje aż do drugiej prędkości progowej. Powyżej drugiej prędkości progowej w prążkach istnieje wyłącznie regularna struktura włóknista. Obliczono produkcję entropii dla każdej z zaobserwowanych struktur. Następnie produkcję entropii poddano minimalizacji. Zjawisko powstawania odgałęzień opisano z zastosowaniem koncepcji stabilności marginalnej. Określone doświadczalnie prędkości progowe dla transformacji strukturalnych skonfrontowano z tymi, które wyznaczono teoretycznie przez przecięcia minimalnych produkcji entropii dla badanych struktur.

14

Microstructural evaluation of CMSX-4 superalloy single crystal castings of various geometry

Szular A., Onyszko A., Motyka M.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

618-621

EN

The effect of single crystal growth rate and casting geometry on CMSX-4 nickel base superalloy microstructure was determined in the paper. Single crystal castings in the form of round rods and turbine blades for aircraft engine were produced in directional crystallization process (by Bridgman method) at withdrawal rate (vw) of 4 and 5 mm/min. Metallographic examination and quantitative evaluation of dendritic microstructure in obtained castings were carried out.

PL

W pracy podjęto próbę określenia wpływu prędkości monokrystalizacji i geometrii odlewów na mikrostrukturę nadstopu niklu CMSX-4. Odlewy monokrystaliczne w formie okrągłego pręta i łopatki turbiny silnika lotniczego otrzymano w procesie krystalizacji kierunkowej (metodą Bridgmana) z prędkością wyciągania vw = 4 i 5 mm/min. Przeprowadzono badania metalograficzne oraz ilościową ocenę mikrostruktury dendrytycznej otrzymanych odlewow.

15

Influence of manufacture conditions on the properties of CMSX-4 single crystal castings

Kubiak K., Onyszko A., Sieniawski J., Bogdanowicz W., Nowotnik A.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

622-624

EN

The paper is an attempt to determine the influence of manufacture conditions on the properties of CMSX-4 second generation single crystal superalloy castings. Single crystal rods with diameter of 12 mm and length 200 mm were casted by the vertical Bridgeman method in ALD Vacuum Technologies furnace. Pulling rates, typical for CMSX-4 nickel superalloy, were used: 4 mm/min and 5 mm/min. Using X-ray crystal topography study, distorted image of the arrangement of damaged single crystal areas was recorded. Tensile tests were carried out on the samples from the casts at temperature: 700, 750, 800, 850 and 900°C to determine their mechanical properties (R m , R e, Z, A). To evaluate the creep resistance a creep test at the temperature of 982°C with stress of 248 MPa was performed (alloy in as-cast condition and after heat treatment). In the case of single crystal rods a modification of the pulling rate from 4 mm/min to 5 mm/min does not noticeably change their structural perfection. The results of X-ray topography allow to conclude that structural perfection of rods does not depend on the distance from the selector, i.e. there was not change along the direction of their crystallisation. It has been found that with increasing pulling rate the nature of distribution along the axis of growth of the angle of [001] direction deviation from the axis of single crystal blades growth was changing.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu warunków wytwarzania na właściwości prętów monokrystalicznych wykonanych z nadstopu niklu drugiej generacji - CMSX-4. W badaniach stosowano monokryształy o kształcie walcowym o średnicy 12 mm i długości 200 mm uzyskane metodą Bridgmana w piecu próżniowym ALD Vacuum Technologies, przy prędkości wyciągania 4 i 5 mm/min. Wykonano badania rozkładu orientacji krystalicznej metodami topografii rentgenowskiej monokryształów. Właściwości mechaniczne wyznaczono w próbie statycznej rozciągania w temperaturze 20, 700, 750, 800, 850 i 900°C oraz pełzania w temperaturze 982°C przy naprężeniu 248 MPa (w stanie lanym oraz po umacnianiu wydzieleniowym). Ustalono, że zmiana prędkości wyciągania kryształów z 4 na 5 mm/min nie wpływa istotnie na doskonałość strukturalną odlewów monokrystalicznych Zdefektowanie strukturalne badanych prętów określone na podstawie topogramów rentgenowskich nie zależy od odległości od selektora (wzdłuż osi pręta). Stwierdzono, że rozkład zmian orientacji krystalicznej jest jednakowy na całej długości prętów.

16

Crystallographic orientation of aircraft engines turbine blades made of CMSX-4 single crystal nickel superalloy

Onyszko A., Bogdanowicz W., Nowotnik A., Kubiak K., Sieniawski J.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

629-632

EN

The paper attempts to determine changes of crystallographic orientation along the axis of growth of single crystal blades made of CMSX-4 nickel superalloy. The Laue diffraction method was used for this purpose. Single crystal aircraft engines turbine blades were manufactured in an ALD Vacuum Technologies furnace using the Bridgeman method. Pulling-out rates typical for CMSX-4 nickel superalloy were used: 1 mm/min, 2 mm/min, 3 mm/min and 4 mm/min. It has been found that with increasing pulling-out rate the nature of distribution along the axis of growth the blade of the angle of [001] crystal direction deviation from the axis of single crystal blades growth changes. The change of the pulling-out rate results also in the rotation of y' phase in the form of "cubes" against the axis of single crystal blades growth. The studies carried out allow preparing a new method for blades crystallographic orientation assessment by a non-destructive method, what will substantially shorten the time of one blade testing.

PL

W pracy podjęto próbę określenia zmian orientacji krystalicznej wzdłuż osi wzrostu monokrystalicznych łopatek wykonanych z nadstopu niklu CMSX-4. W tym celu wykorzystano dyfrakcyjną metodę Lauego. Monokrystaliczne łopatki turbin silnika lotniczego wytworzono w piecu ALD Vacuum Technologies metodą Bridgmana. Stosowano typowe prędkości wyciągania z obszaru grzania dla nadstopu niklu CMSX-4: 1 mm/min, 2 mm/min, 3 mm/min i 4 mm/min. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem prędkości wyciągania zmienia się charakter rozkładu wzdłuż osi wzrostu łopatki kąta odchylenia kierunku krystalicznego [001] od osi wzrostu monokrystalicznych łopatek. Zmiana prędkości wyciągania wpływa również na obrót fazy y' wydzielonej w postaci "sześcianów" względem osi wzrostu monokrystalicznych łopatek. Prowadzone badania pozwalają na opracowanie nowej metodyki oceny orientacji krystalicznej łopatek metodą nieniszczącą, co istotnie skróci czas badań jednej łopatki.

17

Orientacja krystaliczna monokryształu z nadstopu niklu CMSX-4

Onyszko A., Sieniawski J., Kubiak K., Lipiński Z.

Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji

|

2010

|

Vol. 30, nr 3

43-50

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań orientacji krystalicznej odlewów monokrystalicznych wykonanych z nadstopu niklu drugiej generacji - CMSX-4. W badaniach stosowano monokryształy w postaci prętów o średnicy 12 mm i długości 200 mm uzyskane metodą Bridgmana w piecu próżniowym ALD Vacuum Technologies. Prędkość wyciągania monokryształów wynosiła 4 i 5 [mm/min. Wykonano obserwacje mikroskopowe uzyskanych monokryształów oraz badania ich orientacji krystalicznej metodami topografii rentgenowskiej. Pomiar wartości kąta odchylenia kierunku [001] od kierunku osi wzrostu monokryształów był podstawą wyznaczenia orientacji krystalicznej. Kąt odchylenia jest podstawowym parametrem oceny doskonałości strukturalnej odlewów monokrystalicznych stosowanych przez światowe wytwórnie silników lotniczych. Ustalono, że prędkość wyciągania kryształów wpływa na doskonałość strukturalną monokrystalicznych odlewów.

EN

A series of experiments investigating the crystal orientation of single crystal superalloy CMSX-4 have been carried out. Cylindrical samples (diameter - 12 mm, length - 200 mm) casted in vertical Bridgman crystal-growing furnace ALD Vacuum Technologies. Following pulling rates of single crystal were used: 4 and 5 mm/min. The single crystals microscopic observations and crystal orientation investigations by X-ray topography were performed. Crystal orientation was determined on the basis of the measurement of angle aberration direction [001] taken from grown direction. Angle aberration is the basic parameter to quantify single crystal quality. The results of investigations indicate that single crystals pulling rate has an effect on single crystals structure quality.

18

Mechanizmy odkształcenia w metalach o sieci A1 o średniej i dużej energii błędu ułożenia

Wajda W., Paul H.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2009

|

R. 54, nr 12

869-874

PL

W artykule analizowano mechanizmy formowania się pasmowych niejednorodności odkształcenia w monokryształach miedzi, reprezentującej grupę metali o sieci A1 o średniej i dużej wartości energii błędu ułożenia (EBU) deformowanych w płaskim stanie odkształcenia. Orientacje monokryształów dobrano tak, aby reprezentowały krystality o symetrycznym i niesymetrycznym rozkładzie aktywnych systemów poślizgu. Wyniki doświadczalne wykorzystano do weryfikacji symulacji numerycznej odkształcania w warunkach ograniczonego płynięcia materiału. Symulację przeprowadzono z wykorzystaniem modelu materiału Cristal Plasticity.

EN

In this work the development of band like strain inhomogeneities in single crystals deformed in plane strain conditions was investigated. The investigation was carried out for the face centred cubic metals with medium and high stack fault energy (SFE). Initial orientation of single crystal was chosen to represent crystallites with symmetric and unsymmetric distribution of active slip system. The experimental results were used for numerical simulation confirmation. The Cristal Plasticity model was employed to describe crystal behaviour.

19

Turbine blades of the single crystal nickel based CMSX-6 superalloy

Onyszko A., Kubiak K., Sieniawski J.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2009

|

Vol. 32, nr 1

66-69

EN

Purpose: Research and Development Laboratory for Aerospace Materials in Rzeszow University of Technology is the place where production of single crystal nickel base superalloys has been proved technically feasible. This paper presents the method of manufacturing the single crystal superalloys turbine blades and the prospective developments of the enterprise. Design/methodology/approach: Turbine blades were produced in the vacuum induction melting furnace ALD for investment casting of equiaxed, directionally solidified and single crystal materials. The CMSX-6 nickel based superalloy is used for production of turbine blades. Findings: The ceramic moulds production process was formulated. All main parameters of single crystal production was accordanted. Research limitations/implications: EBSD analysis clearly revealed that the casted turbine blades are single crystals and possessed [001] crystal orientation. Originality/value: The paper gives a general review of the technology of production single crystals turbine blades.

20

Odkształceniowe zachowanie monokryształów stopu aluminium Al-1%Mn

Wajda W., Bijak M., Paul H., Madej Ł. Ł., Trębacz L.

Rudy i Metale Nieżelazne

|

2007

|

R. 52, nr 11

664-668

PL

Badano wpływ pasmowych niejednorodności odkształcenia na umocnieniowe zachowanie się monokryształów stopu Al-1%Mn odkształcanego w próbie nieswobodnego ściskania. Wybrano orientacje niestabilne: sześcienną-{100}<001>, ścinania-{100}<011> oraz C-{112}<111>. Odkształcenie przeprowadzono w temperaturze pokojowej w matrycy kanalikowej, w kilku etapach, do sumarycznego zgniotu wynoszącego ok. 85 %. Zmiany mikrostruktury i tekstury badano za pomocą mikroskopii elektronowej skaningowej i transmisyjnej i skorelowano je z wynikami symulacji numerycznej z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych

EN

Influence of band-like deformation heterogeneities on hardening behaviour of Al-1wt.%Mn alloy single crystals deformed in plane strain compression was studied in this work. Unstable orientations were chosen: cube {100}<001>, shear {100}<011> and C {112}<111>. Deformation in stages adding up to 85 % has been carried out in channel-die device in ambient temperature. Changes of microstructure and texture have been observed with scanning electron microscopy and transmission electron microscopy and were correlated with results from numerical simulations using Finite Element Method.