Pilotażowe wyniki badań nowej, opatentowanej metody wysokorozdzielczego mapowania dezorientacji materiałów monokrystalicznych.

Stan obecny

Wiele gałęzi przemysłu wykorzystuje obecnie materiały monokrystaliczne w celu osiągnięcia większej sprawności urządzeń bądź konstrukcji. Jednym z podstawowych problemów takich materiałów jest ich tendencja do tworzenia przypadkowych ziaren bądź wewnętrznych dezorientacji wpływających na ich jakość. Jednym z przykładów mogą być odlewane łopatki turbiny wysokiego ciśnienia stosowane w silnikach lotniczych oraz turbinach energetycznych. Otrzymywanie tych elementów w formie monokrystalicznej poprzez proces kierunkowej krystalizacji zwiększa ich wytrzymałość oraz pozwala bezawaryjnie pracować w dłuższym okresie czasu.

Celem prac było przeprowadzenie pilotażowych badań z wykorzystaniem nowatorskiej metody wysokorozdzielczego mapowania dezorientacji. Pozwala ona określić doskonałość strukturalną monokryształów na całej jej powierzchni z wysoką rozdzielczością obrazowania. Jako materiały do badań wykorzystano otrzymane w warunkach przemysłowych stopy wykorzystywanych w przemyśle lotniczym oraz motoryzacyjnym – we współpracy z Laboratorium Badań Materiałów dla Przemysłu Lotniczego Politechniki Rzeszowskiej oraz Toyota R&D Lab.

Rezultaty badań

Zastosowanie opatentowanej metody badawczej pozwoliło na obrazowanie wewnętrznej dezorientacji oraz występujących odkształceń sieci krystalicznej w makro skali dla całych powierzchni otrzymanych monokryształów. Było to szczególnie ważne z uwagi na duże zdefektowanie przemysłowo otrzymywanych monokryształów, które utrudnia stosowanie typowych metod badawczych.

Obrazowanie stosowanych w przemyśle lotniczym odlewów z nadstopów niklu pozwoliło na analizę dezorientacji od poziomu występujących w strukturze dendrytów do całych powierzchni przekrojów prętów (ok. 10 mm średnicy). Ujawniło to złożoność zdefektowania niespotykaną w przypadku innych materiałów.

Metoda może być zastosowana do wszystkich materiałów otrzymywanych w formie monokrystalicznej. Jako przykład wykonano pomiary otrzymywanych w warunkach przemysłowych metodą strefowego topienia monokrystalicznych stopów tytanu. Ujawniło to znaczne zdefektowanie otrzymanych odlewów oraz liniową strefową dezorientację wynikającą ze sposobu otrzymywania.

Opracowana metoda może z powodzeniem być stosowana w warunkach przemysłowych z uwagi na prostą aparaturę oraz łatwe w interpretacji przedstawienie wyników pomiaru. Za jej pomocą można rozwiązywać problemy powstałych defektów natury technologicznej w celu udoskonalenia procesów produkcji, , jak również prowadzić badania podstawowe.

W chwili obecnej rozwiązanie znajduje się na VI poziomie gotowości technologicznej według skali TRL.

Kontakt z Brokerem Technologii
Biuro Współpracy z Gospodarką, Uniwersytet Śląski w Katowicach

Biuro Współpracy z Gospodarką

tel. 32 359 23 36

e-mail: transfer@us.edu.pl