Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Optymalizacja właściwości balistycznych blach ze stali nanostrukturalnej bainitycznej przeznaczonych na opancerzenie kontenera LOOK

100%

Marcisz J. , Garbarz B. , Zalecki W. , Kania-Pifczyk Z. , Starczewski L. , Gołuński M.

Problemy Techniki Uzbrojenia

|

2019

|

tom R. 48, z. 151

97--119

PL

W celu podwyższenia właściwości eksploatacyjnych kontenera obserwacyjno-obronnego LOOK opracowywane jest innowacyjne opancerzenie, którego elementy będą wykonane z blach ze stali nanostrukturalnej bainitycznej, co zapewni poziom 2 ochrony wg STANAG 4569. Z uwagi na odmienne właściwości mechaniczne i technologiczne tych blach w odniesieniu do blach pancernych stosowanych obecnie, modyfikacji uległa konstrukcja opancerzenia kontenera. Artykuł zawiera wyniki badań charakterystyk materiałowych oraz testów ostrzałem blach ze stali nanostrukturalnej wytworzonych w warunkach półprzemysłowych. W celu optymalizacji parametrów obróbki cieplnej blach wykonano badania kinetyki przemian fazowych, a następnie dla różnych wariantów obróbki prze-prowadzono pomiary właściwości mechanicznych oraz analizę zmian mikrostruktury i właściwości w miejscach oddziaływań pocisków w trakcie testów ostrzałem. Przedstawione badania poprzedzają uruchomienie procesu produkcji blach arkuszowych z nowego gatunku stali do produkcji systemu opancerzenia kontenera LOOK. Optymalizację właściwości mechanicznych blach wykonano przez dobór następujących parametrów wytwarzania: składu chemicznego stali, przeróbki plastycznej i wstępnej obróbki cieplnej oraz temperatury i czasu finalnej obróbki cieplnej (wygrzewania izotermicznego). W badaniach zwrócono uwagę na wpływ segregacji pierwiastków stopowych i domieszkowych na właściwości ochronne blach. W wyniku zastosowania temperatury wygrzewania w zakresie 210-225°C (temperatura MS = ok. 200°C dla szybkości chłodzenia 1-2 °C/s) i czasu odpowiednio w przedziale 120-70 godzin uzyskano następujące właściwości mechaniczne materiału: Rp0,2 1400-1500 MPa, Rm 2000-2150 MPa; A 10-13%; KV (w temp. otoczenia) 10-16 J oraz twardość 590-610 HV10 (53-54 HRC). Mikrostrukturę blach stanowił bezwęglikowy nanobainit listwowy oraz austenit resztkowy w ilości 10-21%. W testach ostrzałem zastosowano blachy o grubości 6,3 i 7,5 mm oraz amunicję 5,56x45 mm M193 i 7,62x51 mm API BZ. Na podstawie wyników tych testów oraz badań mikrostruktury w miejscach ostrzału stwierdzono występowanie zjawisk świadczących o wysokiej skuteczności ochronnej badanych blach, przejawiających się dużą zdolnością do pochłaniania i rozpraszania energii pocisku bez skłonności do pękania. Na podstawie wyników badań właściwości mechanicznych i testów ostrzałem blach eksperymentalnych, opracowano skład chemiczny stali nanostrukturalnej bainitycznej, dostosowany do wykonania w warunkach przemysłowych blach o grubości w zakresie 6-8 mm. Przeprowadzono analizę możliwości obniżenia masy opancerzenia kontenera na podstawie wyników badań blach ze stali nanostrukturalnej wytworzonych w warunkach półprzemysłowych. Na podstawie analizy konstrukcji i warunków użytkowania kontenera wskazano obszary newralgiczne z punktu widzenia ochrony balistycznej, które poddane będą testom ostrzałem. Badania balistyczne zostaną wykonane na segmentach kontenera reprezentujących wytypowane obszary newralgiczne.

EN

An innovative armour system containing plates made of nanostructured bainite steel is under development to improve operating properties of a light armoured observation-protective container (LAOC) providing the 2nd protection level according to STANAG 4569. Armour system solution of the container has been modified because the new plates have different mechanical and technological properties than currently used armour plates. The paper presents results of investigation of material characteristics and firing tests of plates made of nanostructured steel in the semi-industrial scale. To optimise parameters of heat treatment of the plates the kinetics of phase transformation was examined, and mechanical properties were measured, and changes in microstructure in the area of projectile interaction at firing tests were analysed for different variants of treatment. The reported investigations precede the industrial scale production process for plates made of the new grade steel designed for the armour system of LAOC. Optimisation of mechanical properties of the plates has been carried out by selection of such production parameters as chemical composition of the steel, hot working, interprocess heat treatment and temperature and time of final heat treatment (isothermal annealing). Effect of primary segregation of alloying and residual elements on protective properties of the plates is indicated. As a result of applying the annealing temperature in the range of 210-225°C (Ms temperature is ca. 200°C at cooling rate 1-2°C/s) and time in the range of 120-70 hours respectively, the following properties have been achieved: YS0.2 (yield strength) 1400-1500 MPa; UTS (ultimate tensile strength) 2000-2150 MPa; TE (total elongation) 10-13%, impact toughness KV at room temperature 10-16 J and hardness 590-610 HV (53-54 HRC). Microstructure of the plates consists of carbide free lathy nanobainite and 10-21% (volume fraction) of retained austenite. Plates of thickness 6.3 and 7.5 mm and ammunition type of 5.56x45 mm M193 and 7.62x51 mm API BZ have been used in the firing tests. Based on results of firing tests and microstructure examination in the area of projectile interaction the phenomena have been identified indicating high efficiency of ballistic protection of investigated plates, manifested by high ability to absorption and dissipation of projectile energy without susceptibility to cracking. Based on the results of mechanical properties measurements and firing tests a chemical composition of the nanostructured bainitic steel adjusted for industrial production of plates of thickness in the range of 6-8 mm has been developed. An analysis of container armour system mass reduction possibility, basing on results of investigation of the nanostructured bainite steel plates made in the semi-industrial scale, has been carried out. Basing on the analysis of the container construction and operational conditions some sensitive areas of ballistic protection have been specified to be subjected to firing tests. Ballistic examination will be carried out using the container segments representing the selected sensitive areas.

2

Badania właściwości dynamicznych wysokowytrzymałej stali nanostrukturalnej

100%

Marcisz J. , Janiszewski J. , Burian W. , Garbarz B. , Stępień J. , Starczewski L.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2015

|

tom T. 67, nr 2

96--105

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dynamicznych wysokowytrzymałej stali nanostrukturalnej, planowanej do zastosowania w warunkach wysokoenergetycznych obciążeń udarowych. Eksperymenty obejmowały szeroki zakres prędkości odkształcenia i sposobu odkształcenia skutkujących powstaniem zróżnicowanych stanów naprężenia i odkształcenia. Badania dynamiczne realizowano w testach ściskania jednoosiowego z prędkością do 200 s-1 w symulatorze Gleeble, metodą dzielonego pręta Hopkinsona (SHPB) w celu wyznaczenia dynamicznych krzywych płynięcia przy prędkości odkształcenia do 5,1*103 s-1 oraz w testach ostrzałem. Analizie poddano zmiany mikrostruktury będące wynikiem zastosowania wymienionych sposobów odkształcenia. Opracowano charakterystyki materiałowe wysokowytrzymałej stali nanostrukturalnej i wskazano czynniki decydujące o wysokiej zdolności do pochłaniania i rozpraszania energii udarowej.

EN

Results of dynamic examination of high-strength nanostructured steel intended for use in the high energy impact conditions are presented in the paper. Experiments cover wide range of strain rate and method of deformation resulting in different stress and strain state. Dynamic tests of uniaxial compression with strain rate up to 200 s-1 in the Gleeble simulator, the split Hopkinson pressure bar (SHPB) method to determine dynamic curves of plastic flow at strain rate up to 5.19*103 s-1 and firing tests were carried out. Microstructure changes resulted from the above mentioned methods of deformation were analyzed. Characteristics of high-strength nanostructured steel were determined and factors responsible for high ability to energy absorption and dissipation were indicated.

3

Niekonwencjonalne technologie obróbki cieplnej ultrawytrzymałych stali konstrukcyjnych

100%

Marcisz J. , Garbarz B.

|

tom nr 7-8

22--28

PL

W artykule przedstawiono technologie obróbki cieplnej dwóch grup gatunkowych stali ultrawytrzymałych. Opisane etapy procesów wytwarzania wyrobów z tych stali obejmują niekonwencjonalne zabiegi cieplne, niestosowane w technologiach standardowych. W przypadku stali nanostrukturalnej bainityczno-austenitycznej NANOS-BA® niestandardową operacją jest proces długotrwałego niskotemperaturowego wygrzewania izotermicznego, który stanowi finalny etap wytwarzania i kształtuje właściwości użytkowe wyrobów. W odniesieniu do stali maraging opisano nowy sposób optymalizacji procesu starzenia w celu poprawy właściwości plastycznych materiału. Podano przykład realizacji procesu obróbki cieplnej blach ze stali NANOS-BA® w warunkach przemysłowych.

EN

Final heat treatment technologies for two classes of ultra-strength steels are presented in the paper. The described stages of production processes comprise thermal operations not used in standard heat treatment technologies. For the nanostructured bainite-austenite NANOS-BA® steel a process of unconventional long-lasting low-temperature isothermal heating is applied to obtain required properties of products. In the case of maraging steels, a new method of the optimisation of standard ageing heat treatment to improve ductility of the steels has been described. An example of industrial heat treatment of sheets made of the NANOS-BA® steel is presented.

4

Etapowa obróbka cieplna stali nanobainitycznych

100%

Marcisz J. , Walnik B.

|

tom nr 7-8

32--38

PL

Parametry finalnej obróbki cieplnej stali nanobainitycznej polegającej na wygrzewaniu izotermicznym charakteryzuje niska temperatura procesu, ale i bardzo długi czas obróbki, od kilkudziesięciu do ponad stu godzin. Z tego powodu stanowią one wciąż aktualny przedmiot badań mających na celu jednoczesną poprawę właściwości użytkowych oraz obniżenie kosztów wytwarzania. W artykule przedstawiono zagadnienie optymalizacji parametrów obróbki cieplnej w celu skrócenia czasu wygrzewania izotermicznego stali nanobainitycznej.

EN

The parameters of the final heat treatment of nanobainite steels consisting in isothermal annealing are characterized by low temperature but very long duration, from several dozens to over one hundred hours. Therefore they are still the subject of research aiming at improving the performance properties and reducing the production costs. The issue of the optimization of the heat treatment parameters in order to shorten the duration of the isothermal annealing of nanobainite steels is presented in the article.

5

Odporność na zużycie erozyjne nanostrukturalnej stali bainityczno-austenitycznej

84%

Marcisz J. , Walnik B. , Burian W. , Iwaniak A. , Wieczorek J. , Paluch D.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2015

|

tom T. 67, nr 1

14--21

PL

Wykonano badania odporności na zużycie erozyjne nanostrukturalnej stali bainityczno-austenitycznej (NANOS-BA ®). Wyniki badań wykazały wyższą o ok. 10% odporność stali NANOS-BA® na zużycie erozyjne w warunkach oddziaływania cząstek uderzających pod kątami: 30°, 45°, 60° i 90° w porównaniu do komercyjnej stali trudnościeralnej o twardości 600 HV. Opracowane warianty obróbki cieplnej stali bainityczno-austenitycznej umożliwiają zmniejszenie zużycia materiału do 55% w porównaniu do stali trudnościeralnej, dla wybranych kątów padania erodentu. Zrealizowano eksperyment polegający na zastosowaniu mieszadeł wykonanych ze stali NANOS-BA® w mieszarce turbinowej. Mieszadła pracowały 700 minut w warunkach oddziaływania ścierno-udarowego twardych cząstek, a wyniki badań potwierdziły wyższą odporność badanych stali na zużycie niż materiałów dotychczas stosowanych. Przeprowadzono analizę możliwości zastosowania stali NANOS-BA® na elementy trudnościeralne.

EN

Examination of erosive wear resistance of nanostructured bainite-austenite steel (NANOS-BA®) was conducted. The results show higher erosive wear resistance of steel NANOS-BA® by approx. 10% than the commercial wear-resistant steel of hardness 600 HV under conditions of particles impact at angles: 30°, 45°, 60° and 90°. The newly developed variants of heat treatment of NANOS-BA® steel cause a reduction of wear to 55% less than that of the wear resistant steel, depending on the angle of erosion particles impact. An experiment of applying stirrers made of NANOS-BA® steel installed in a turbine mixer used for mixing fine grained hard materials was carried out. Stirrers worked in aggressive environment under the impact of abrasive hard particles about 700 minutes. The results of investigation confirmed the higher wear resistance of stirrers made of NANOS-BA® steel in comparison with materials used so far. Analysis of application possibility of NANOS-BA® steel for wear resistant elements was carried out.

6

Technologie wytwarzania supertwardych materiałów nanostrukturalnych ze stopów żelaza oraz ich zastosowanie w pancerzach

84%

Garbarz B. , Burian W. , Marcisz J. , Żak A. , Wiśniewski A. , Żochowski P.

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2015

|

tom T. 67, nr 3

2--33

PL

Artykuł zawiera najważniejsze rezultaty projektu pt. „Technologie wytwarzania supertwardych materiałów nanostrukturalnych ze stopów żelaza oraz ich zastosowanie w pancerzach pasywnych i pasywno-reaktywnych” UDAPOIG.01.03.01-00-042/08-05, zrealizowanego w okresie w okresie 1.02.2009 – 31.08.2013 przez Instytut Metalurgii Żelaza (lider konsorcjum) oraz Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia (członek konsorcjum). Celem projektu było opracowanie gatunków stali o strukturze nanokrystalicznej przeznaczonych do zastosowania w konstrukcji pancerzy chroniących przed przebiciem pociskami przeciwpancernymi oraz opracowanie modeli pancerzy zawierających warstwy z opracowanych gatunków stali. Do badań wytypowano trzy rodzaje materiałów: superczyste wysokowytrzymałe stale maraging, wysokowęglowe stale bainityczne o strukturze nanokrystalicznej oraz dwufazowe nanokrystaliczno – amorficzne stopy żelaza. Zaprojektowano nowy gatunek stali ultrawytrzymałej (oznaczony NANOS-BA) o składzie chemicznym 0,6%C-1,8%Si-2,0%Mn + dodatki Cr, Co, Mo, V, zapewniającym wytworzenie nanostruktury składającej się z nanolistew bezwęglikowego bainitu i austenitu resztkowego. Opracowano wytyczne do przemysłowej technologii wytwarzania blach ze stali NANOS-BA o grubości z zakresu 4÷20 mm i ich obróbki cieplnej. Po fi nalnej obróbce cieplnej właściwości mechaniczne blach NANOS-BA są następujące: Rm >1,9 GPa, R 0,2 >1,3 GPa, A5 > 14%, HV10 > 600. Zaprojektowano zmodyfikowane gatunki ultrawytrzymałych stali maraging w klasach od MS350 do MS550 i parametry niestandardowej obróbki cieplnej zwiększającej ciągliwość oraz nową stal umacnianą wydzieleniowo o obniżonej w stosunku do stali typu maraging zawartości pierwiastków stopowych, oznaczoną NANOS-3D. Opracowano skład chemiczny stopu na bazie żelaza Fe-10%Mo-3%Cr-3,2%C-1,2%B charakteryzujący się zdolnością do morfizacji przy stosunkowo małej szybkości chłodzenia ze stanu ciekłego (rzędu 102 ºC/s). Zbudowano i uruchomiono stanowisko laboratoryjne do topienia i odlewania stopów na bazie Fe w formie elementów o grubości do 5 mm wykazujących strukturę nanokrystaliczno-amorficzną. Osiągnięcie poziomu pozwalającego na uzyskanie wyrobów amorficznych o wymaganym zespole właściwości do zastosowań przemysłowych wymaga dalszych badań. Opracowano modele numeryczne do symulacji oddziaływania pocisków z pancerzem z blachy stalowej na bazie programów LS-DYNA i AUTODYN. Na podstawie wyników badań ostrzałem stwierdzono, że zdolność ochronna płytek ze stali NANOS-BA i ze stali maraging o zoptymalizowanych właściwościach jest wyższa od zdolności ochronnej płyt stalowych o najwyższych parametrach dostępnych obecnie na rynku. Oceniając właściwości mechaniczne, poziom ochrony balistycznej, koszty wytwarzania i możliwość uruchomienia produkcji w kraju, do przemysłowego wytwarzania elementów pancerzy wytypowano stal nanobainityczną NANOS-BA. Zaprojektowano konstrukcję oraz opracowano dokumentację konstrukcyjną i wykonawczą modułu pasywnego pancerza warstwowego w wersji produkcyjnej, zawierającego warstwę z opracowanej w projekcie stali NANOS-BA.

EN

The most important results of the project ”Technology of production of superhard nanostructured Fe–based alloys and their application in passive and passive-reactive armours” UDA-POIG.01.03.01-00-042/08-05, carried out in the period of 1.02.2009 – 31.08.2013 by Instytut Metalurgii Żelaza (lider of the consortium) and Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia (member of the consortium) are reported in the paper. The main goal of the project was to develop new nanostructured steel grades intended for application in armour constructions protecting against anti-tank ammunition as well as to develop armour models containing layers made of the developed steel grades. Three types of materials were chosen for investigation: ultra-clean high-strength maraging steels, high-carbon bainitic steels with nanocrystalline structure and dual-phase nanocrystalline – amorphous iron alloys. A new grade of medium alloy ultra-strength steel (named NANOS-BA) containing 0.6%C-1.8%Si-2.0%Mn + additions of Cr, Co, Mo, V allowing to form the nanostructure comprising nano-laths of carbideless bainite and retained austenite was developed. The guidelines and preliminary parameters of industrial technology for manufacturing of 4-20 mm thick plates from NANOS-BA steel were worked out. After the final heat treatment the plates characterised with the following properties: Rm >1.9 GPa, R 0.2 >1.3 GPa, A5 > 14%, HV10 > 600. Modified grades of ultra-strength maraging steels of classes from MS350 to MS550 were designed and parameters of non-standard heat treatment increasing the toughness were proposed and a new precipitation strengthened steel grade named NANOS-3D, containing lower amount of alloying elements in comparison with maraging steels was designed. A composition of iron – based alloy Fe-10%Mo-3%Cr-3.2% C-1.2%B characterised with amorphisation ability at relatively low cooling rate of about 102 ºC/s was developed. Experimental facilities for melting and casting of Fe – based alloys with nanograined – amorphous structure in the form of up to 5 mm thick components was designed and commissioned. Manufacturing of several millimetre thick metallic alloys with amorphous structure is a new method in the world and achieving the level allowing to get the products of required set of properties for industrial applications needs further research to be undertaken. Numerical models based on LS-DYNA and AUTODYN programmes to simulate the interaction between projectiles and the armour made of steel plate were developed. From analysis of the fi ring tests results it was found that the protection ability of specimens made of NANOS-BA steel and maraging steels with the optimised properties was higher than the protection ability of the steel plates with the highest currently available parameters. Based on assessment of mechanical properties, level of protection ability, manufacturing costs and possibility of starting domestic production, nanobainitic steel NANOS-BA was selected for industrial production of armour components. The construction design and technical specifications enabling industrialproduction of a module of the passive layered armour containing a NANOS-BA layer were worked out.

7

Nanostructured Bainite-Austenite Steel for Armours Construction

84%

Burian W. , Marcisz J. , Garbarz B. , Starczewski L.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

tom Vol. 59, iss. 3

1211--1216

EN

Nanostructured bainite-austenite steels are applied in the armours construction due to their excellent combination of strength and ductility which enables to lower the armour weight and to improve the protection efficiency. Mechanical properties of the bainite-austenite steels can be controlled in the wide range by chemical composition and heat treatment. In the paper the results of investigation comprising measuring of quasi - static mechanical properties, dynamic yield stress and firing tests of bainite-austenite steel NANOS-BA® are presented. Reported results show that the investigated bainite-austenite steel can be used for constructing add-on armour and that the armour fulfils requirements of protection level 2 of STANAG 4569. Obtained reduction in weight of the tested NANOS-BA® plates in comparison with the present solutions is about 30%.

PL

Nanostrukturalne stale bainityczno – austenityczne stosowane do konstrukcji osłon balistycznych ze względu na znakomitą kombinację wytrzymałości i ciągliwości umożliwiają obniżenie masy własnej osłon i podwyższenie ich skuteczności ochronnej. Właściwości mechaniczne stali bainityczno – austenitycznych mogą być kontrolowane w szerokim zakresie poprzez modyfikację składu chemicznego i parametrów obróbki cieplnej. W artykule przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych wyznaczanych w testach statycznych i dynamicznych oraz wyniki prób przestrzeleniowych. Przedstawione wyniki badań wskazują, że stale bainityczno – austenityczne (NANOS-BA®) mogą zostać wykorzystane do konstrukcji opancerzenia o masie własnej mniejszej o 30 % w stosunku do rozwiązań stosowanych obecnie dla wymaganego 2 poziomu ochrony według STANAG 4569.