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

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.

Czasopismo: Prace Instytutu Metalurgii Żelaza
Dziedziny: nauki inżynieryjno-techniczne
Dyscypliny: inżynieria materiałowa