Szanowni Państwo,
zapraszamy na seminarium naukowe
Instytutu Inżynierii Materiałowej Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach
które odbędzie się
we wtorek, 18 czerwca 2024 o godz. 1200
w auli P/0/05
(Kampus Chorzów, 75 Pułku Piechoty 1a)
Wykład nt.
„Niejednorodność orientacji i struktury w monokrystalicznych odlewach CMSX-4 i CMSX-6”
wygłosi
mgr inż. Bartosz Terlecki
Seminarium dotyczyło będzie tematyki rozprawy doktorskiej
Promotor: dr hab. Włodzimierz Bogdanowicz, prof. UŚ
Streszczenie:
Głównymi komponentami odpowiadającymi za stabilność procesów sprężania oraz przepływu spalin w silniku, a tym samym za bezpieczeństwo lotu, są łopatki pierwszego i drugiego stopnia turbiny wysokiego ciśnienia wykonane z monokrystalicznych nadstopów. Ze względu na agresywne środowisko pracy, elementy te muszą spełniać wysokie wymagania dotyczące technik wytwarzania i kontroli jakości, w tym badania ich orientacji krystalicznej. W przemyśle lotniczym, do produkcji monokrystalicznych łopatek turbinowych, najczęściej stosowane są nadstopy niklu typu CMSX-6 i CMSX-4. Nadstopy te wyróżniają się wyjątkowymi właściwościami mechanicznymi i termicznymi, co czyni je szczególnie odpowiednimi do pracy w ekstremalnych warunkach eksploatacyjnych silników lotniczych. Prowadzone są szeroko zakrojone badania mające na celu zwiększenie ich właściwości mechanicznych w tym odporności na pełzanie. Nadstopy niklu charakteryzują się wysoką żaroodpornością, żarowytrzymałością, dobrą odpornością na korozję oraz stabilnością strukturalną w wysokich temperaturach. Takowe łopatki uzyskuję z wykorzystaniem pionowej krystalizacji kierunkowej a ich właściwości są zależne od parametrów procesu monokrystalizacji kierunkowej i od składu chemicznego. Przemysł lotniczy wykorzystuje metody pionowe Bridgmana HRS (High Rate Solidification) oraz LMC (Liquid Metal Cooling) do wytwarzania monokrystalicznych odlewów łopatek, przez ich wyciąganie z zadaną prędkością ze strefy grzewczej pieca. Po procesie krystalizacji łopatki składają się z układów jednakowo zorientowanych dendrytów równoległych do osi łopatki. Otrzymany materiał może zawierać różnorodne defekty strukturalne, takie jak granice niskiego kąta, rozbieżności dendrytyczne, niejednorodności składu chemicznego (tzw. freckle) oraz obce ziarna. Defekty te są niemożliwe do usunięcia podczas obróbki cieplnej i mogą negatywnie wpływać na właściwości mechaniczne odlewów, prowadząc do obniżenia ich wytrzymałości oraz trwałości w warunkach eksploatacyjnych.
Praca obejmuje swym zakresem analizę porównawczą orientacji krystalicznej nadstopów niklowych CMSX-6 i CMSX-4 oraz morfologii wybranych fragmentów zamka monokrystalicznych łopatek. Stop CMSX-4 różni się głównie od stopu CMSX-6 domieszką Re i W. Zabieg wzbogacenia składu chemicznego o oba ww. dodatki stopowe oraz tendencja do zwiększania stężenia Re jest powszechna wśród wiodących producentów nadstopów niklowych na całym świecie. Porównanie odlewów wykonanych ze stopu CMSX-6 i CMSX-4 pozwoliło na ustalenie zmian strukturalnych związanych z obecnością tych pierwiastków. W pracy opisano różnice struktury dendrytycznej wynikające z obecności Re i W. Porównano niejednorodności struktury dendrytyczne, orientacji krystalicznej jak i składu chemicznego łopatek. Przy pomocy dedykowanego rentgenowskiego dyfraktometru EFG określono niejednorodności dezorientacji krystalicznej struktury poprzez analizę kątów α, β, γ będącymi składowymi dezorientacji oraz parametru sieci a0γ’ zamków łopatek wykonanych z CMSX-6 i CMSX-4. Dezorientacje i zdefektowania łopatek analizowano metodami dyfrakcyjnej topografii rentgenowskiej z użyciem zmodyfikowanej techniki Auleytnera. Techniki mikroskopii elektronowej uzupełniły interpretację wyników uzyskanych metodami rentgenowskimi. Mikroskopia skaningowa SEM umożliwiła charakterystykę morfologii faz γ, γ’ i eutektyki γ/γ’ oraz oszacowanie wielkości cząstek fazy γ’ dla zamków CMSX-4 i CMSX-6. Techniką EDS wykonano mapowanie rozkładu pierwiastków stopowych struktury odlewów. Zastosowanie techniki EBSD oszacowało dezorientacje krystaliczną zdefektowanych obszarów. Wyżej wymienione techniki pozwoliły na porównanie orientacji krystalicznej, składu chemicznego łopatek wykonanych ze stopów CMSX-4 i CMSX-6.