Microstructure, mechanical properties and geometry of a model batch of semi-spherical steel liners intended for use in the extractive industry

• Autorzy: Stępień Jerzy , Burdek Marek , Marcisz Jarosław , Żak Artur , Janiszewski Jacek

Identyfikatory

DOI

10.32730/imz.2657-747.21.3.2

Warianty tytułu

PL

Mikrostruktura, właściwości mechanicznie i geometria partii modelowej stalowych wkładek kumulacyjnych półsferycznych przeznaczonych do zastosowania w przemyśle wydobywczym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of investigation of the microstructure and mechanical properties of Fe-based materials intended for the production of semi-spherical liners for experimental shaped charges. The tests were carried out on samples taken in three directions in relation to the rolling direction: 0°, 45° and 90°, of the following materials: cold-rolled sheets made of DC04 steel, hot-rolled sheets made of 04J steel, and cold-rolled strips made of 004G steel developed at Łukasiewicz -IMŻ and annealed at 650°C. Semi-spherical drawpieces with a diameter of 106.4 mm, intended for liners, were made of the sheets with the use of cold stamping. Tests of the microstructure and HV hardness of samples taken from the test batch were carried out on cross-sections along the pressing direction and the model batch -on sections transverse to the stamping direction The geometry of the model batch drawpieces was also measured. The ferrite grain size evaluation was performed according to the ASTM E112 standard using µgrain software with a grain size evaluation module using counting the number of intersections of grain boundaries with a circle.

PL

Przedstawiono wyniki badań mikrostruktury i właściwości mechanicznych materiałów na bazie Fe przeznaczonych do wytwarzania wkładek półsferycznych do eksperymentalnych ładunków kumulacyjnych. Badania wykonano na próbkach pobranych w trzech kierunkach w stosunku do kierunku walcowania 0°, 45° i 90° z następujących materiałów: blach walcowanych na zimno ze stali DC04, blachy walcowanej na gorąco ze stali 04J oraz taśm walcowanych na zimno i wyżarzanych w temperaturze 650°C ze stali 004G opracowanej w Łukasiewicz -IMŻ. Z blach metodą tłoczenia na zimno wykonano wytłoczki półsferyczne o średnicy 106,4 mm przeznaczone na wkładki kumulacyjne. Przeprowadzono badania mikrostruktury i twardości HV próbek pobranych z partii testowej na przekrojach wzdłuż kierunku tłoczenia i partii modelowej -na przekrojach poprzecznych do kierunku tłoczenia oraz pomiary geometrii wytłoczek partii modelowej. Badania wielkości ziaren ferrytu wykonano zgodnie z normą ASTM E112 z zastosowaniem oprogramowania µgrain z modułem do oceny wielkości ziarna metodą zliczania liczby przecięć granic ziaren z okręgiem.

Słowa kluczowe

EN

shaped charge liners; drawpiece; steel sheet; microstructure; mechanical properties; mean chord; ferrite grain size distribution

PL

wkładka kumulacyjna; wytłoczka; blacha stalowa; mikrostruktura; właściwości mechaniczne; średnia cięciwa; rozkład wielkości ziaren ferrytu

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukaszewicz - Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica
• Czasopismo: Journal of Metallic Materials
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 73, no. 3
• Strony: 7--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Stępień Jerzy

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metalurgii Żelaza, ul. K. Miarki 12-14, 44-100 Gliwice, Poland

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

autor

Burdek Marek

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metalurgii Żelaza

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

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

Janiszewski Jacek

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechatroniki Uzbrojenia i Lotnictwa

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

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. Proceedings of the physical society B, 1950, 64 (4), p. 289.
• [3] J. Janiszewski, E. Włodarczyk. Rola materiału wkładki w formowaniu strumienia kumulacyjnego. Bulletin of MUT, 2002, 51 (3), pp. 41-64.
• [4] H.M. 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: Int. Symp. Ballistics Proc. 19th, Switzerland, 2001, pp. 583-89.
• [7] Z. Wilk, B. Zygmunt. Zastosowanie ładunków kumulacyjnych do perforacji odwiertów geologicznych. Bulletin of MUT, 2007, 56 (1), pp. 245-58.
• [8] C.J. Poole, J.R. Ockendon, J.P. Curtis. Gas leakage from fragmentation warheads. In: Proc. 20th Int. Symp. Ballistics, Florida, 2002, pp. 113-17.
• [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. 130-37.
• [10] A. Wojewódka, T. Witkowski. Metodyka modelowania procesu formowania strumienia kumulacyjnego wydłużonych ładunków materiałów wybuchowych. Chemik 2011, 65 (1), pp. 28-5.
• [11] 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. 20-5.
• [12] A. Żak, J. Marcisz et al. Opracowanie składów chemicznych materiałów przeznaczonych do budowy wkładek kumulacyjnych oraz technologii ich wytwarzania. Łukasiewicz -IMŻ Research Project Report No. PI 0010 02-02 and PI 0010 02-04, December 2018 [unpublished].
• [13] A. Żak, J. Marcisz, M. Burdek. Wykonanie testowych wkładek kumulacyjnych ze stopów na bazie Fe oraz przeprowadzenie badań na poligonie doświadczalnym. Report PI 0010 05 part 1, December 2019 [unpublished].
• [14] J. Marcisz, A. Żak, T. Tomczak et al. Badania mikrostruktury i właściwości mechanicznych nowoopracowanych materiałów na bazie Fe przeznaczonych do wytwarzania wkładek kumulacyjnych. Łukasiewicz -IMŻ Study Report No. PI 0010 03-02 p. 1, December 2019 [unpublished].
• [15] J. Marcisz, J. Stępień, T. Tomczak. Badania mikrostruktury i właściwości mechanicznych nowoopracowanych materiałów na bazie Fe przeznaczonych do wytwarzania wkładek kumulacyjnych. Łukasiewicz -IMŻ Study Report No. PI 0010 03-02 p. 2, December 2020 [unpublished].
• [16] J. Stępień, M. Burdek. Wykonanie testowych wkładek kumulacyjnych ze stopów na bazie Fe oraz przeprowadzenie badań na poligonie doświadczalnym. Report PI 0010 05 part 2, December 2020 [unpublished].
• [17] M. Burdek, J. Stępień. Opracowanie technologii wytwarzania wkładek kumulacyjnych z nowoopracowanych materiałów na bazie Fe. Report PI 0010 03 05 part 2, December 2020 [unpublished].
• [18] J. Stępień, M. Burdek. Wykonanie testowych wkładek kumulacyjnych ze stopów na bazie Fe oraz przeprowadzenie badań na poligonie doświadczalnym. Report PI 0010 05 part 3, November 2021 [unpublished].
• [19] ASTM E112-12: Standard Test Methods for Determining Average Grain Size.

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).