Monografia nr 11: Statyczne i dynamiczne właściwości mechaniczne oraz mikrostruktura stali bainitycznych nanostrukturalnych

W monografii przedstawiono charakterystyki materiałowe wysokowytrzymałych stali nanostrukturalnych Fe-0,6%C-Mn-Si-Cr-Mo o mikrostrukturze listwowego bainitu bezwęglikowego (przesyconego węglem) oraz austenitu resztkowego. Podstawowym materiałem badań była stal o składzie chemicznym Fe-0,58%C-1,95%Mn-1,81 %Si-1,32%Cr-O, 70%Mo. Omówiono aspekty technologii wytwarzania i zastosowania blach ze stali bainitycznej nanostrukturalnej na elementy opancerzenia pojazdów specjalnych i obiektów infrastruktury. Wyznaczone zakresy zawartości poszczególnych pierwiastków w stali bainitycznej nanostrukturalnej zapewniają uzyskanie wytrzymałości wyższej od 2,0 GPa przy wydłużeniu min. 12%. Bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na właściwości użytkowe stali bainitycznych jest zawartość, postać i skład chemiczny austenitu resztkowego decydujące o jego stabilności termodynamicznej i mechanicznej. Austenit wywiera istotny wpływ na wytrzymałość i ciągliwość materiału w warunkach obciążeń statycznych i dynamicznych.

Wskazano charakterystyki materiałowe stali bainitycznej nanostrukturalnej istotne dla określonych zastosowań, w szczególności na elementy konstrukcyjne użytkowane w warunkach działania wysokoenergetycznych obciążeń udarowych. Poddano analizie wciąż aktualne zagadnienie dotyczące korelacji (jeśli taka istnieje) pomiędzy właściwościami mechanicznymi wyznaczanymi w testach statycznych i dynamicznych. W tym celu przeprowadzono badania stali nanostrukturalnych bainitycznych w szerokim zakresie prędkości i sposobu odkształcenia, w warunkach obciążeń quasi-statycznych oraz dynamicznych (w tym udarowych) z zastosowaniem różnych technik badawczych. Charakterystyki stali bainitycznej nanostrukturalnej w warunkach obciążeń dynamicznych obejmowały także testy ostrzałem blach. W pracy przedstawiono wyniki analiz zjawiska oddziaływania rdzenia pocisku z blachą oraz wyniki badań zmian mikrostruktury stali bainitycznej nanostrukturalnej w obszarze oddziaływania z pociskami przeciwpancernymi różnych typów. Na podstawie badań mikrostruktury opisano mechanizmy odkształcenia dominujące w trakcie oddziaływania udarowego wywołującego lokalizację naprężenia i odkształcenia. W szczególności poddano analizie zjawisko powstawania adiabatycznych pasm ścinania i ich rolę w procesie absorpcji energii. Wskazano cechy materiału, które mają istotny wpływ na zdolność do absorpcji i rozpraszania energii udaru.

Zaproponowano optymalny zakres badań w celu kwalifikacji materiału do stosowania w warunkach obciążeń udarowych. Opracowano wytyczne w zakresie technologii wytwarzania blach ze stali bainitycznych nanostrukturalnych. Wskazano potencjalne obszary zastosowań stali bainitycznych nanostrukturalnych w przemyśle obronnym i cywilnym biorąc pod uwagę ich ograniczenia dotyczące właściwości użytkowych i technologicznych, jak i technologii wytwarzania. Omówiono aspekt wdrożenia nowego materiału do produkcji przemysłowej oraz zastosowania wyrobów z tego gatunku stali w elementach osłon antyudarowych.