Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

The influence of cooling rate on the microstructure and mechanical properties of the IN713C superalloy during the casting process of new generation jet engine turbine blades

Malwina Anna Witczak

Abstract

The aim of this work was to investigate casting of thin-walled low pressure turbine blades for aero-engine. The investigated material was precipitation hardened nickel-based super alloy Inconel 713C. In order to gain better insight into the casting of complex shape blade, with cooling channels and thin walls, five thermocouples were mounted into the ceramic form, which enabled registering the temperature during the preheat, casting of molten alloy and its solidification. The casted blades were investigated with light/scanning electron microscopy, X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive spectroscopy (EDS). Micro hardness tests were also carried out. Qualitative and quantitative analyses were performed of the observed dendritic microstructures, which consisted of the matrix γ phase, the strengthening γ’ phase, primary carbides rich in Nb (NbC), eutectics rich in Zr and borides rich in Mo. The results showed a change in the size of γ’ phase, near to larger precipitates. In the areas were thermocouples were placed, ceramic forms cracked causing formation of pores. This confirms the influence of solidification conditions on the cast’s microstructure. The research included in this work was carried out in collaboration of Department of Materials Science and Engineering, Warsaw University of Technology with Department of Materials Science, Rzeszów University of Technology and Pratt & Whitney Rzeszów.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Malwina Anna Witczak (FMSE) Malwina Anna Witczak,, Faculty of Materials Science and Engineering (FMSE)
Title in Polish
Wpływ szybkości chłodzenia na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne nadstopu IN713C w procesie odlewania łopatek silnika lotniczego nowej generacji
Supervisor
Krzysztof Kurzydłowski (FMSE/DMD) Krzysztof Kurzydłowski,, Division of Materials Design (FMSE/DMD)Faculty of Materials Science and Engineering (FMSE)
Certifying unit
Faculty of Materials Science and Engineering (FMSE)
Affiliation unit
Division of Materials Design (FMSE/DMD)
Study subject / specialization
, Inżynieria Materiałowa
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
11-02-2016
Issue date (year)
2016
Internal identifier
IM-D.002082
Reviewers
Krzysztof Kurzydłowski (FMSE/DMD) Krzysztof Kurzydłowski,, Division of Materials Design (FMSE/DMD)Faculty of Materials Science and Engineering (FMSE) Krzysztof Rożniatowski (FMSE/DMD) Krzysztof Rożniatowski,, Division of Materials Design (FMSE/DMD)Faculty of Materials Science and Engineering (FMSE)
Keywords in Polish
Inconel 713C, IN713C, odlewanie precyzyjne, nadstopy niklu
Keywords in English
nickel based superalloys, investment casting
Abstract in Polish
Przedłożona praca dotyczy przeprowadzenia próby odlewniczej oraz badań mikrostruktury wielkogabarytowej, rdzeniowanej i cienkościennej łopatki turbiny niskiego ciśnienia silnika lotniczego. Badanym materiałem jest umacniany wydzieleniowo superstop niklu Inconel 713C. Ze względu na skomplikowany kształt odlewanej łopatki - kanały chłodzące i cienkie ścianki - do jej wytworzenia wykorzystano zaawansowany technologicznie proces odlewania metodą wytapianych modeli woskowych. Proces odlewania zmodyfikowano o umieszczenie w ceramicznej formie pięciu termopar rejestrujących zmiany temperatury podczas nagrzewania formy, zalewania ciekłym stopem oraz jego krzepnięcia. W trakcie krzepnięcia metalu forma pękła w miejscach umieszczenia dwóch termopar, co miało wpływ na mikrostrukturę odlewu. Uzyskany odlew poddano badaniom mikrostruktury i właściwości za pomocą mikroskopii świetlnej, elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM), dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego (XRD), rentgenowskiej spektroskopii energodyspersyjnej (EDS). Przeprowadzono także pomiary mikrotwardości. Zaobserwowane elementy mikrostruktury poddano analizie jakościowej oraz ilościowej. Ujawniono dendrytyczny charakter mikrostruktury oraz jej składniki charakterystyczne dla nadstopów niklu: fazę γ, stanowiącą osnowę, umacniającą fazę γ’ oraz wydzielenia węglików pierwotnych bogatych w niob (NbC), węglików wtórnych, eutektyk bogatych w cyrkon oraz borków bogatych w molibden. Zaobserwowano zmianę rozmiarów kubicznych cząstek γ’ w pobliżu innych wydzieleń oraz obecność porów kurczowych i niedolewów, szczególnie w pobliżu miejsc umieszczenia termopar. Uzyskane wyniki świadczą o wpływie warunków krzepnięcia na mikrostrukturę odlewu. Pomiary mikrotwardości wykazały podwyższoną twardość w obszarach międzydendrytycznych. Badania ujęte w pracy zrealizowano we współpracy Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej z Katedrą Materiałoznawstwa Politechniki Rzeszowskiej oraz firmą Pratt & Whitney Rzeszów.
File
  • File: 1
    PRACA INŻYNIERSKA Malwina Witczak.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 8073

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT0a0821eb979846d191a04838d253b1b9/
URN
urn:pw-repo:WUT0a0821eb979846d191a04838d253b1b9

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page