Changes in Mechanical Properties of Ultrahigh Strength Nanostructured Steel Resulting from Repeated High Strain Rate Deformation

• Autorzy: Marcisz Jarosław , Garbarz Bogdan , Janiszewski Jacek

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.0800

Warianty tytułu

PL

Zmiany właściwości mechanicznych ultrawytrzymałej stali nanostrukturalnej w wyniku wielokrotnego odkształcenia dynamicznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper contains results of investigation of nanostructured bainitic steel subjected to repeated high-strain-rate deformations using split Hopkinson pressure bar method and uniaxial compression of cylindrical specimens in Gleeble simulator. Steel of chemical composition Fe-0.58%C-1.80%Si-1.95%Mn-1.3Cr-0.7Mo (weight %), after isothermal heat treatment at 210°C, is characterized by following mechanical properties determined at static tensile test: yield strength YS0.2 = 1.3 GPa; ultimate tensile strength UTS = 2.05 GPa; total elongation E = 12%, hardness 610 HV and Charpy-V impact toughness 24 J at +20℃ and 14 J at -40℃. Stress-strain curves obtained for pre-stressed material before the next dynamic compression and after repeated compressions were analysed. Microstructure of the deformed specimens in areas of the dynamic impact was investigated. The effects of the dynamic repeated impact on changes in characteristics of the investigated material, in that on strain hardening mechanism, were established. Critical strains of 5.3% at strain rate 910 s-1 and about 10% at strain rate 50 s-1 for the nanostructured bainite were determined. Exceeding the critical strain under uniaxial repeated high-strain-rate compression, resulted in decreasing of ability of the steel for further plastic deformation and strain hardening.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nanostrukturalnej stali bainitycznej poddanej wielokrotnym odkształceniom dynamicznym z zastosowaniem metody pręta Hopkinsona oraz próby ściskania jednoosiowego próbki walcowej w symulatorze Gleeble. Stal o składzie chemicznym Fe-0,58%C-1,80%Si-1,95%Mn1,3Cr-0,7Mo (% masowe) po wygrzewaniu izotermicznym w temperaturze 210°C charakteryzują następujące właściwości mechaniczne wyznaczone w statycznej próbie rozciągania: Rp0,2 = 1,3 GPa; Rm = 2,05 GPa; wydłużenie całkowite A = 12%, twardość 610 HV oraz udarność KV+20℃ = 24 J i KV-40℃ = 14 J. Analizie poddano krzywe naprężenie-odkształcenie uzyskane dla materiału wstępnie odkształconego przed kolejnym ściskaniem dynamicznym oraz po ściskaniu wielokrotnym. Próbki po odkształceniu poddano badaniom mikrostruktury w obszarach oddziaływania dynamicznego. Określono wpływ dynamicznych obciążeń wielokrotnych na zmiany charakterystyk badanego materiału, m.in. na mechanizm umocnienia odkształceniowego. Wyznaczono odkształcenie krytyczne dla stali nanostrukturalnej zależne od prędkości odkształcenia wynoszące 5,3% (910 s-1) oraz ok. 10% (50 s-1). Przekroczenie odkształcenia krytycznego w warunkach powtórnego jednoosiowego ściskania dynamicznego, skutkuje spadkiem zdolności stali do odkształcenia plastycznego i umocnienia odkształceniowego.

Słowa kluczowe

EN

materials engineering; nanostructured steel; dynamic deformation; adiabatic shear bands

PL

inżynieria materiałowa; stal nanostrukturalna; odkształcenie dynamiczne; adiabatyczne pasma ścinania

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 10, Nr 1 (35)
• Strony: 99--120
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Marcisz Jarosław

• Institute for Ferrous Metallurgy, Gliwice, Poland

autor

Garbarz Bogdan

• Institute for Ferrous Metallurgy, Gliwice, Poland

autor

Janiszewski Jacek

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics and Aerospace, Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Kurzydłowski J. Krzysztof. 1993. Mechanika materiałów. Warszawa: Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej.
• [2] Nowacki K. Wojciech. 1996. „Badanie własności dynamicznych materiałów konstrukcyjnych przy dużych prędkościach deformacji”. Przegląd Mechaniczny 23-24 : 14.
• [3] Meyers Marc Andre. 1994. Dynamic Behavior of Materials. New York: John Wiley & Sons, Inc.
• [4] Janiszewski Jacek. 2012. Badania materiałów inżynierskich w warunkach obciążenia dynamicznego. Warszawa: Wydawnictwo Wojskowej Akademii Technicznej.
• [5] Kolsky Herbert. 1949. An investigation of the mechanical properties of materials at very high rates of loading. Proc. Phys. Soc. Lond. B 62 : 676.
• [6] Weinong W. Chen, Bo Song. 2011. Split Hopkinson (Kolsky) Bar: Design, Testing and Applications. New York, Dordrecht, Heidelberg, London: Springer.
• [7] Bhadeshia Harshad, David Edmonds. 1979. “The Bainite Transformation in a Silicon Steel”. Metallurgical Transactions A 10A: 895.
• [8] Bhadeshia Harshad. 1982. “Thermodynamic analysis of isothermal transformation diagrams”. Metal Science 16(3) : 159.
• [9] Bhadeshia Harshad, David Edmonds. 1983. “Bainite in silicon steels: new composition; property approach Part 1”. Met. Sci. 17(9) : 411.
• [10] Bhadeshia Harshad, John Christian. 1990. “Bainite in steels”. Metallurgical Transactions A 21(3) : 767.
• [11] Bhadeshia Harshad. 2005. “Bulk nanocrystalline steel”. Ironmaking & Steelmaking 32(5) : 405.
• [12] Bhadeshia Harshad, Peter Brown, Carlos Garcia-Mateo. 2010. “Bainite steel and methods of manufacture therof”. Patent GB2462197.
• [13] Garbarz Bogdan. Technologia wytwarzania supertwardych materiałów nanostrukturalnych ze stopów żelaza oraz ich zastosowanie w pancerzach pasywnych i pasywno-reaktywnych. Raport dotyczący projektu POIG.01.03.01-00-042/08, 2009-2013. Praca niepublikowana.
• [14] Garbarz Bogdan, Wojciech Burian. 2014. “Microstructure and Properties of Nanoduplex Bainite–Austenite Steel for Ultra‐High‐Strength Plates”. Steel Research Int. 85(12) : 1620.
• [15] Patent IMŻ na podstawie zgłoszenia nr P. 394037 (UP RP) z dnia 25.02.2011: Stal bainityczno-austenityczna i sposób wytwarzania z tej stali blach; Zgłoszenie patentowe IMŻ nr P. 396431 (UP RP) z dnia 26.09.2011: Sposób obróbki cieplnej stali bainityczno-austenitycznej; Zgłoszenie patentowe IMŻ nr P.407091 (UP RP) z dnia 6.02.2014: Sposób obróbki cieplnej wyrobów z ultrawytrzymałej stali średniostopowej; Prawo ochronne UP RP na znak towarowy NANOSBA®, udzielone od dnia 14.11.2011 (klasa towarowa: 06 blachy stalowe – blachy stalowe o dużej wytrzymałości i plastyczności).
• [16] Marcisz Jarosław. Opracowanie nowoczesnej konstrukcji modułu pancerza odpornego na udarowe oddziaływanie strumienia kumulacyjnego i pocisków. Raport dotyczący projektu nr INNOTECHK1/IN1/27/150443/NCBR/12, 2012-2015. Praca niepublikowana.
• [17] Marcisz Jarosław. Opracowanie technologii produkcji lekkiego kontenera obserwacyjno-obronnego (LOOK) ze stali nanostrukturalnych ultrawytrzymałych. Raport dotyczący projektu nr POIR 04.01.04-000047/16, 2017-2020. Praca niepublikowana.
• [18] Marcisz Jarosław, Bogdan Garbarz, Wojciech Burian, Adam Wiśniewski. 2011. New Generation Maraging Steel and High-Carbon Bainitic Steel for Armours. In Proceedings of the 26th International Symposium on Ballistics. Miami-Florida, USA: 1595.
• [19] Marcisz Jarosław, Wojciech Burian, Jerzy Stępień, Lech Starczewski, Małgorzata Wnuk, Jacek Janiszewski. 2014. Static, dynamic and ballistic properties of bainite-austenite steel for armours. In Proceedings of the 28th International Symposium on Ballistics. Atlanta, USA: 1348.
• [20] Burian Wojciech, Jarosław Marcisz, Bogdan Garbarz, Lech Starczewski 2014. “Nanostructured bainite-austenite steel for armours construction”. Archives of Metallurgy and Materials 59(3) : 1211.
• [21] Marcisz Jarosław, Jacek Janiszewski, Wojciech Burian, Bogdan Garbarz, Jerzy Stępień, Lech Starczewski. 2015. „Badania właściwości dynamicznych wysokowytrzymałej stali nanostrukturalnej”. Prace Instytutu Metalurgii Żelaza 67(2) : 96.
• [22] Marcisz Jarosław, Wojciech Burian, Jacek Janiszewski, Radosław Rozmus R. 2017. „Microstructural changes of the nanostructured bainitic steel induced by quasi-static and dynamic deformation”. Archives of Metallurgy and Materials. 62(4) : 2317.

Uwagi

1. Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).

2. The paper contains the results of examination conducted under a project finances from structural funds POIR 04.01.04.-00-0047/16, entitled: Development of production technology of light observationprotective container (LOOK) made of nanostructured ultrahigh strength steels