Ciągliwość dynamiczna stali 38HMJ (1.8509) z warstwą azotowaną w warunkach próby pierścieniowej

• Autorzy: Dębski A. , Janiszewski J

Warianty tytułu

EN

Dynamic ductility of 38HMJ (1.8509) steel with surface enriched with nitrogen under expanding ring test conditions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych, których celem była ocena ciągliwości stali 38HMJ (1.8509) z warstwą azotowaną (rys. 1) w warunkach dynamicznego odkształcenia plastycznego. Ocenę ciągliwości badanej stali przeprowadzono ze względu na wymagania stawiane materiałom stosowanym w produkcji luf broni strzeleckiej. Badania ciągliwości przeprowadzono zarówno w warunkach kwazistatycznego (rys. 2, tab. 1), jak i dynamicznego odkształcenia. Próby dynamiczne wytypowanej stali wykonano za pomocą niestandardowej metody badawczej, tj. techniki elektromagnetycznej próby pierścieniowej, który zapewnia badanie materiałów w warunkach odkształcenia plastycznego z szybkościami odkształcenia rzędu 104 s–1 (rys. 3 i 4). Ponadto dynamiczne rozciąganie stali 38HMJ zrealizowano z zastosowaniem pośredniej metody napędzania wykorzystującej tzw. pierścień kompozytowy (rys. 5). Do rejestracji i analizy ruchu pierścienia podczas ekspansji promieniowej wykorzystano szybką kamerę oraz specjalistyczne oprogramowanie Tema Motion 2D, gwarantujące dużą dokładność pomiarową (rys. 4 i 6). W wyniku przeprowadzonych prób pierścieniowych stwierdzono, że próbki pierścieniowe z warstwą azotowaną pękają już w początkowej fazie napędzania (rys. 7) na wiele drobnych fragmentów (rys. 8). Obserwacje te dowodzą, że ciągliwość pierścieni ze stali 38HMJ z warstwą azotowaną obniżyła się w sposób drastyczny w porównaniu z pierścieniami wykonanymi ze stali w stanie dostawy (rys. 9). Negatywny wpływ warstwy azotowanej na ciągliwość dynamiczną stali 38HMJ potwierdzają także obliczone wartości wydłużenia obwodowego εθ i odkształcenia równomiernego εr (tab. 3), które osiągnęły zaledwie poziom odpowiednio 0,4 i 0,1%. Jest to niekorzystne zjawisko ze względu na bezpieczeństwo eksploatacji luf broni strzeleckiej, dlatego powinno ono być uwzględnione podczas badań nad zastosowaniem stali 38HMJ w produkcji luf.

EN

The results of experimental studies on ductility assessment of 38HMJ (1.8509) steel with surface enriched with nitrogen under high strain rate loading conditions are presented in this paper. The ductility evaluation of the tested steel was carried out with respect to requirements applying to barrel materials. The ductility studies were performed both under quais-static (Fig. 2, Tab. 1) and dynamic deformation conditions. High strain rate experiments were conducted with the use of the unusual experimental method, that is, an electromagnetic expanding ring technique, which guarantees materials studies with strain rates order of 104 s–1 (Fig. 3 and 4). Moreover, the dynamic tensile of the selected steel was realized by applying the indirect launching method with using a so-called composite ring (Fig. 5). Besides, to record and analyze the ring motion during radial expansion, the high speed camera and specialized Tema Motion 2D software were used to guarantee high measuring accuracy (Fig. 4 and 6). As result of the performed ring tests, it was found that ring samples with surface enriched with nitrogen broke up at the first stage of ring launching (Fig. 7) into many small fragments (Fig. 8). These observations demonstrate that ring ductility of 38HMJ steel with surface enriched with nitrogen decreases in a drastic way in comparison to analogous ring samples made of 38HMJ steel in as-received state (Fig. 9). The negative influence of a nitride layer on the dynamic ductility of 38HMJ steel is also confirmed by the calculated values of circumferencal elongation εθ and uniform strain εr (Tab. 3), which achive only the level of 0.4 and 0.1%, respectively. It is a disadvantageous phenomenon, with respect to requirements applying to barrel materials, therefore it should be taken into consideration during the studies on application of 38HMJ steel in barrels fabrication.

Słowa kluczowe

PL

ciągliwość metali; azotowanie; właściwości dynamiczne materiału; elektromagnetyczna próba pierścieniowa

EN

metal ductility; nitriding; high strain rate properties; electromagnetic expanding ring test

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 6
• Strony: 689--692
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dębski A.

• Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Janiszewski J

• Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

Bibliografia

• [1] Łataś Z., Żółciak T., Dębski A., Michalski J.: Nowe materiały i technologie obróbki cieplno-chemicznej luf broni strzeleckiej. Inżynieria Materiałowa 4 (2010) 1077÷1080.
• [2] Blicharski M.: Inżynieria materiałowa. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne Warszawa (2004).
• [3] Gray III G. T..: ASM Handbook: Mechanical testing and evaluation. Vol. 8. [In:] Kuhn H., Medlin D., ed. Materials Park, OH: ASM International (2000) 939÷1270.
• [4] Meyers M. A.: Dynamic behaviour of materials. Johs Wiley and Sons, INC, New York-Chichester-Brisbane-Toronto-Singapoure (1994).
• [5] Warnes R. H., Duffey T. A., Karp R. R., Carden A. E.: An improved technique for determining dynamic material properties using the expanding ring, shock Waves and high-strain-rate phenomena in metals. Plenum Press New York and London (1981).
• [6] Rajendran A. M., Fyfe I. M.: Inertia effects on the ductile failure of thin rings. Journal of Applied Mechanics 49 (1982) 31÷36.
• [7] Grady D. E., Benson D. A.: Fragmentation of metal rings by electromagnetic loading. Experimental Mechanics 23 (1983).
• [8] Janiszewski J., Pichola W.: Laboratoryjne urządzenie do ekspansji elektromagnetycznej cienkościennych pierścieni metalowych. Biul. WAT, vol. LVII 3, 651 (2008) 261÷272.
• [9] Janiszewski J., Pichola W.: Development of electromagnetic ring expansion apparatus for high-strain-rate test. Solid State Phenomena 147-149 (2009) 645÷650.
• [10] Gourdin W. H., Weinland S. L., Boling R. M.: Development of the electrometrically launched expanding ring as a high-strain-rate test technique. K Rev. sci. Instrum. 60 (3) (1989) 427÷432.

Uwagi

PL

Praca została zrealizowana jako część projektu badawczego nr 0025/R/T00/2009 finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego w latach 2009÷2012.