Domestic funding

red. Paweł Rokicki

Research and Development Laboratory for Aerospace Materials carried out many projects financed or co-financed by the national centers for support of science and research development. Among them there are The NAtional Center of Research and Development, National Science Center and Ministry of Science and Higher Education.

The most important projects completed or currently ongoing in the Laboratory include:

Optymalizacja kinetyki procesu utleniania poprzez obróbkę powierzchni - strategia dla wytwarzania nowych materiałów

Projekt nr 2015/19/P/ST8/03995/2
Wartość projektu: 875 464,00 PLN
Okres realizacji: 01.03.2017 - 28.02.2019 r.

Kierownik projektu: dr inż. Wojciech Nowak, Tel. +48 17 743 2375, email: w.nowak@prz.edu.pl

Opis projektu:

Celem projektu jest określenie wpływu sposobu obróbki powierzchni na kinetykę reakcji oraz rodzaj uformowanej zgorzeliny dla stopów metali pracujących w wysokiej temperaturze w obecności agresywnych atmosfer utleniających.

Dzięki analizie wyników projektu będzie można uzyskać zarówno jakościową oraz ilościową charakterystykę podstawowych procesów przebiegających w materiałach podczas pracy w wysokich temperaturach i agresywnych środowiskach utleniających. Za pomocą uzyskanych wartości stałych kinetyki reakcji stopy metali zostaną sklasyfikowane i uszeregowane pod względem odporności na korozję wysokotemperaturową. Określenie wpływu rodzaju obróbki powierzchni na kinetykę reakcji pozwoli na zoptymalizowanie procesu wytwarzania materiału do konkretnych zastosowań. Model matematyczny wpływu stopnia obróbki powierzchni materiału na kinetykę reakcji będzie narzędziem za pomocą którego możliwe będzie prognozowanie czasu życia materiału.

fig_1.jpg

Wykres zmiany masy w czasie próby utleniania w 950°C w powietrzu dla szlifowanej i polerowanej próbki nadstopu niklu CMSX-4

fig2.jpg

Mikrostruktura warstw tlenkowych utworzonych na szlifowanej (a) i polerowanej (b) próbce nadstopu niklu CMSX-4 w czasie próby utleniania w 950°C w powietrzu

Opracowanie technologii i wspomagania komputerowego hartowania indukcyjnego konturowego elementów stalowych o złożonych kształtach

Program Badań Stosowanych Nr: PBS2/A5/41/2014
Wartość projektu: 3 301 800,00 PLN
Wartość dofinansowania: 3 301 800,00 PLN
Okres realizacji: 01.02.2014 - 31.01.2017 r.

Opis projektu:

Projekt badań stosowanych obejmuje przeprowadzenie badań przemysłowych hartowania indukcyjnego elementów stalowych o różnych kształtach, w tym także kół zębatych. Część tych badań była przeprowadzona metodą dwu-częstotliwościową ukierunkowaną na przyszłe zastosowanie tej technologii w zaawansowanych dziedzinach gospodarki, w tym zwłaszcza w przemyśle lotniczym. Zakres zadań obejmował budowę uniwersalnego stanowiska doświadczalnego do badań przemysłowych, wybór gatunków stali do badań, identyfikację właściwości materiałowych i parametrów krytycznych dla wybranych gatunków stali, symulację komputerową oraz opracowanie programu użytkowego do projektowania urządzeń, obszerną część doświadczalną oraz ocenę jakości drogą badań metalograficznych i nieniszczących. Efektami końcowymi są między innymi: wytyczne do przygotowania normy hartowania indukcyjnego konturowego kół zębatych, opracowanie kart technologicznych, oferta technologiczna oraz ramowy plan wdrożenia.

Kierownik projektu: dr hab. inż. Grażyna Mrówka - Nowotnik, Tel. +48 17 865 36 46, email: mrowka@prz.edu.pl

bb.jpgMikrostruktura warstwy wierzchniej koła zębatego wykonanego ze stali 40 HNMA po procesie jedno-częstotliwościowego hartowania indukcyjnego

Zastosowanie nowych metod wytwarzania powłok żaroodpornych dla wybranych elementów części gorącej silnika turbinowego w celu zwiększenia jego sprawności

Program Badań Stosowanych Nr: PBS1/A5/10/2012
Wartość projektu: 4 700 000,00 PLN
Wartość dofinansowania: 4 560 000,00 PLN
Okres realizacji: 01.12.2012 - 31.05.2015 r.

Opis projektu:

Główny cel projektu to praktyczne zastosowanie najbardziej zaawansowanych metod wytwarzania warstw żaroodpornych i powłokowych barier cieplnych na elementach silnika lotniczego umożliwiających zwiększenie jego sprawności oraz trwałości. Realizacja projektu umożliwiła dokonać praktycznej weryfikacji opracowanych parametrów wytwarzania nowych rodzajów powłok z wymaganiami procesów produkcyjnych części stosowanych przez największych światowych wytwórców silników lotniczych. W ramach projektu stosowano najbardziej zaawansowane technologie wdrożone lub będące na etapie wdrożenia stosowane w praktyce przemysłowej przez światowych wytwórców m.in. Rolls Royce, GE, P&W. W wyniku zrealizowanych prac badawczych opracowano nowe metody wytwarzania powłokowych barier cieplnych możliwych do zastosowania w silniku turbinowym charakteryzującym się mniejszym zużyciem paliwa oraz większą trwałością. Może to zapewnić ograniczenie emisji zanieczyszczeń poprzez zwiększenie temperatury na turbinie i poprawy efektywności spalania. Przyczyni się także do zwiększenia trwałości elementów silnika przez co ograniczone zostaną koszty jego eksploatacji.

proj_pbs_an_1.png

Charakterystyka pracy powłokowej bariery cieplnej na łopatce turbiny silnika lotniczego, b) mikrostruktura powłokowej bariera cieplnej z metaliczną międzywarstwą i ceramiczną warstwą wierzchnią o strukturze kolumnowej

proj_pbs_an_2.png

Trójwymiarowym obraz mikrostruktury powłoki TBC wytworzonej metodą EB-PVD

Kierownik projektu: dr inż. Andrzej Nowotnik, Tel. +48 17 865 11 21, email: nowotnik@prz.edu.pl

The development of manufacturing process conditions on the nickel-based superalloys turbine blades heat-resistant layers using irreversible processes phenomenological model of diffusion and thermodynamics

Development Program No N R15 0121 10

Project manager: Dr. Eng. Andrzej Nowotnik, tel. +48 17 865 11 21, email: nowotnik@prz.edu.pl

Project description:

The aim of the project is to develop a model, support software solutions and manufacturing technology of layers on nickel-based superalloys by CVD (Chemical Vapour Deposition) method. The software will be a key tool in the designing and manufacturing processes of CVD layers. The technology will provide economic and technical alternative to current methods of determining the conditions of layers manufacturing process maintaining good heat-resistant properties. The basis of the software are modern thermodynamics of irreversible processes (Linear Irreversible Thermodynamics) developed in the United States (H. Brenner, Faculty of Chemical Engineering MIT), Poland (Danielewski and Wierzba AGH, Interdisciplinary Centre for Materials Modelling) and Ukraine (Gusak, Cherkassy State Univ.).

A unique feature of the CVD and PCVD process will be first time used model combining phenomenological reaction description with the thermodynamics of irreversible processes. In addition to commonly used mass conservation law, for the first time in thermodynamic calculations of kinetics reaction , constant volume continuity law, the Gibbs-Duhem relationship (allowing the determination of the phase composition and layers growth rate) and the equation for motion (for determining the evolution and impact of stress) will be linked.

Practical aspect of research results developed within the project: (1) reduction in workload of process conditions selection for manufacturing of aluminide layer on new nickel-based superalloys blades of various sizes, (2) a key tool for development of new manufacturing technology of heat-resistant CVD layers and prediction of their phase composition and properties, (3) the basis for implementation of process control software used in CVD method in order to obtain layers of repetitive structure and properties. These layers will meet the requirements of engineers, technologists and high environmental standards.

proj_rozw_an.jpg

Local drift velocity in the AlCrNi system based on aluminizing process calculations.

Modern materials technologies used in the aerospace industry

Key project No POIG.01.01.02-00-015/08
  • Research topic ZB no 10: Modern barrier coatings on critical engine parts
  • Research topic ZB no 11: Advanced Aircraft Materials structure (single crystal, directional crystallization)

Cooperation with:
- Precision Foundry, WSK "PZL–Rzeszów" S.A.

Project description:

Studies for quality evaluation of crystal structure excellence for cored SC castings of Ni-based superalloy CMSX-4

orientacja.jpg

 

Opracowanie i wdrożenie technologii kształtowania plastycznego z nagrzewaniem oporowym elementów silników lotniczych z trudnoodkształcalnych nadstopów niklu i żelaza

Projekt realizowanego w ramach Programu „INNOTECH” w ścieżce programowej „IN-TECH”

Nr INNOTECH-K2/IN2/39/182334/NCBR/13

Współpraca z:

- WSK „PZL-Rzeszow” S.A.

 

Opis projektu:

Celem projektu jest opracowanie i wdrożenie technologii kształtowania plastycznego wybranych demonstratorów elementów podzespołów silników lotniczych wykonywanych z trudnoodkształcalnych blach nadstopów niklu i żelaza. Innowacyjnym rozwiązaniem w technologii jest zastosowanie nowatorskiej techniki elektrycznego nagrzewania oporowego wsadu – blachy. Nagrzewanie oporowe umożliwi skrócenie czasu operacji nagrzewania oraz przeniesienia wsadu do prasy. Oprzyrządowanie do nagrzewania oporowego będzie znajdować się bezpośrednio przy narzędziach kształtujących. Zaprojektowana i wykonana konstrukcja oprzyrządowania do nagrzewania oporowego oraz opracowana technologia kształtowania blach z jej zastosowaniem umożliwi obniżenie kosztów produkcji również poprzez zmniejszenie liczby operacji technologicznych. Osiągnięcie zamierzonego celu projektu wiążę się z realizacją zadań badawczych w zakresie opracowania: - modelu numerycznego procesu wytwarzania wybranych elementów z blach stopów trudnoodkształcalnych, - założeń konstrukcyjnych doświadczalnego stanowiska badawczego do nagrzewania oporowego i kształtowania plastycznego blach. Ponadto dla ustalenia kryteriów doboru warunków procesu kształtowania trudnoodkształcalnych blach nadstopów niklu i żelaza będą prowadzone badania: - mikrostruktury, właściwości mechanicznych i anizotropii lach badanych stopów (m.in. Inconel 625, Inconel 718, 17-4 PH, AISI 410) w temperaturze pokojowej i podwyższonej (do 500ºC), - wpływu warunków odkształcania plastycznego (temperatura, prędkość odkształcania) na wartość naprężenia uplastyczniającego, - wpływu rodzaju materiału i geometrii półwyrobu lub wyrobu oraz sposobu nagrzewania oporowego na rozkład wartości temperatury w kształtowanych plastycznie elementach podzespołów silnika.

 

Solidification front control of low-pressure turbine blades made from nickel based superalloy cast in vacuum by changing the geometrical characteristic, the annealing process and thermal insulation of the ceramic mold

Project No U-8140/G/R

Cooperation with:

  • Precision Foundry, WSK "PZL–Rzeszow" S.A.
  • Faculty of Foundry Engineering, AGH Krakow

u-8140.jpg

A wax model set (left) and ceramic mold (in the middle) for measurement of the heat transfer coefficient between the mold and the cast. Wax model set with plates of a thickness of 8.5 and 11.5 mm (right) for measurement of the volumetric rate of nucleation of grains in the cast, depending on the alloy overcooling.

Development and implementation of an integrated designing and producion methodology system for pipe systems in turbine aircraft engines

Applied Research Programme No 6 ZR6 2007/C/07010 (2009-2011)

zr6.jpg

Static tensile test and fatigue test with a small number of cycles at room and elevated temperatures of the pipe material and pipe samples without pre-deformation and deflection