Microstructure and mechanical properties of steels for shaped charge liners and preliminary assessment of the effectiveness of experimental shaped charges intended for use in the mining industry

• Autorzy: Marcisz Jarosław , Żak Artur , Stępień Jerzy , Burdek Marek , Tomczak Tymoteusz , Burian Wojciech , Janiszewski Jacek , Pytlik Mateusz

Identyfikatory

DOI

10.32730/imz.2657-747.21.2.1

Warianty tytułu

PL

Mikrostruktura i właściwości mechaniczne stali przeznaczonych do wytwarzania wkładek kumulacyjnych oraz wstępna ocena skuteczności ładunków eksperymentalnych przeznaczonych do zastosowania w przemyśle wydobywczym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of investigation of the microstructure and mechanical properties of Fe-based materials designed for the manufacture of semi-spherical liners for experimental shaped charges. The tests were carried out on material samples taken from two semi-finished products, i.e. a rod for the manufacture of charge liners with a diameter of 50 mm using machining, and sheets for the manufacture of liners with a diameter of 100 mm using cold drawing. Microstructure examination was also carried out on a test specimen obtained using the additive method (3D-WAAM), made of low-carbon unalloyed steel wire. Firing tests on concrete blocks were carried out in order to quantify the effects of drilling at the Experimental Mine Barbara. The scope of the tests consisted of firing at cylindrical concrete blocks using projectiles containing 50 mm diameter liners made of Fe-based alloys. Based on the results of the laboratory material, two experimental steel grades were selected for further testing. Plates made of the selected steels will be used to manufacture charge liners with a diameter of 100 mm.

PL

Przedstawiono wyniki badań mikrostruktury i właściwości mechanicznych materiałów na bazie Fe przeznaczonych do wytwarzania wkładek półsferycznych do eksperymentalnych ładunków kumulacyjnych. Badaniom poddano próbki materiałowe pobrane z dwóch półfabrykatów, tj. pręta do wytwarzania wkładek kumulacyjnych o średnicy 50 mm metodą obróbki skrawaniem oraz blach do wytwarzania wkładek o średnicy 100 mm metodą tłoczenia na zimno. Przeprowadzono badania mikrostruktury próbki testowej wykonanej metodą przyrostową (3D-WAAM) z drutu ze stali niskowęglowej niestopowej. Próby strzelania do bloków betonowych w celu ilościowego oszacowania skutków drążenia otworów przeprowadzono w Kopalni Doświadczalnej Barbara. Zakres badań obejmował strzelanie do walcowych bloków betonowych z wykorzystaniem pocisków zawierających wkładki o średnicy 50 mm wykonane ze stopów na bazie Fe. Na podstawie wyników badań materiału laboratoryjnego wytypowano do dalszych badań dwa eksperymentalne gatunki stali. Blachy z dobranych stali będą wykorzystane do wytwarzania wkładek kumulacyjnych o średnicy 100 mm.

Słowa kluczowe

EN

shaped charge liners; Fe-based alloys; microstructure; mechanical properties; rock drilling

PL

wkładki do pocisków kumulacyjnych; stopy na bazie Fe; mikrostruktura; właściwości mechaniczne; drążenie skał

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukaszewicz - Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica
• Czasopismo: Journal of Metallic Materials
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 73, no. 2
• Strony: 2--12
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Marcisz Jarosław

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metalurgii Żelaza

• https://orcid.org/0000-0002-0001-2197

autor

Żak Artur

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metalurgii Żelaza

• https://orcid.org/0000-0002-1902-8615

autor

Stępień Jerzy

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metalurgii Żelaza

• https://orcid.org/0000-0002-1702-424X

autor

Burdek Marek

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metalurgii Żelaza

• https://orcid.org/0000-0002-2556-6460

autor

Tomczak Tymoteusz

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metalurgii Żelaza

• https://orcid.org/0000-0001-8339-7792

autor

Burian Wojciech

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metali Nieżelaznych

• https://orcid.org/0000-0002-2759-2929

autor

Janiszewski Jacek

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechatroniki Uzbrojenia i Lotnictwa

• https://orcid.org/0000-0003-3783-8774

autor

Pytlik Mateusz

• Główny Instytut Górnictwa

• https://orcid.org/0000-0001-6659-2406

Bibliografia

• [1] W.P. Walters, J.A. Zukas. Fundamentals of shaped charges. New York: A. Wiley-Interscience Publication, 1989.
• [2] D.C. Pack, W.M. Evans. Penetration by high-velocity (Munroe) jets: I. Proceedings of the Physical Society, B, 1951, 64 (4), p. 298.
• [3] J. Janiszewski, E. Włodarczyk. Rola materiału wkładki w formowaniu strumienia kumulacyjnego (synteza danych literaturowych). Biuletyn WAT, 2002, 51 (3), pp. 41-64.
• [4] H.N. Kalia. Penetration in granite by shaped charge liners of various metals. Doctoral Dissertations, 1970, No. 2038.
• [5] H. Nowak, D. Smoleński. Ładunki kumulacyjne w wojsku, górnictwie i przemyśle. Warszawa: Wydawnictwo MON, 1974.
• [6] B. Bourne, K.G. Cowan, J.P. Curtis. Shaped charge warheads containing low melt energy metal liners. In: Proc. 19th Int. Symp. Ballistics. Switzerland, 2001, pp. 583-589.
• [7] Z. Wilk, B. Zygmunt. Zastosowanie ładunków kumulacyjnych do perforacji odwiertów geologicznych. Biuletyn WAT, 2007, 56, (1), pp. 245-258.
• [8] C.J. Poole, J.R. Ockendon, J.P. Curtis. Gas leakage from fragmentation warheads. In: Proc. 20th Int. Symp. Ballistics, Florida, 2002 pp. 113-117.
• [9] T. Elshenawy, Q.M. Li. Influences of target strength and confinement on the penetration depth of an oil well perforator. International Journal of Impact Engineering, 2013, 54, pp. 130-137.
• [10] Z. Wilk, B. Zygmunt, A. Jackowski. Koncepcja technologii wytwarzania wkładek proszkowych do ładunków kumulacyjnych stosowanych w perforacji odwiertów geologicznych. Biuletyn WAT, 2007, 56 (2), pp. 109-122.
• [11] A. Wojewódka, T. Witkowski. Metodyka modelowania procesu formowania strumienia kumulacyjnego wydłużonych ładunków materiałów wybuchowych. Chemik, 2011, 65, 1, pp. 28-35.
• [12] W. Burian, M. Magier, M. Rotkegel, J. Sobala, J. Szymała, A. Żak. Badania możliwości otworowania z wykorzystaniem ładunków kumulacyjnych. Przegląd Górniczy, 2016, 72 (7), pp. 20-25.
• [13] A. Żak, J. Marcisz et al. Materiały o strukturze nanokrystalicznej i amorficznej do konstrukcji wkładek kumulacyjnych do zastosowania w przemyśle wydobywczym. Łukasiewicz - IMŻ Research Project Report No. PI 0010 02-02 i PI 0010 02-04, December 2018. [unpublished].
• [14] J. Marcisz, A. Żak, T. Tomczak et al. Materiały o strukturze nanokrystalicznej i amorficznej do konstrukcji wkładek kumulacyjnych do zastosowania w przemyśle wydobywczym. Łukasiewicz - IMŻ Research Project Report No. PI 0010 03-02 part 1, December 2019. [unpublished].
• [15] J. Marcisz, J. Stępień, T. Tomczak. Materiały o strukturze nanokrystalicznej i amorficznej do konstrukcji wkładek kumulacyjnych do zastosowania w przemyśle wydobywczym. Łukasiewicz - IMŻ Research Project Report No. PI 0010 03-02 part 2, December 2020. [unpublished]

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).