Kierownik projektu: dr hab. inż. Bogdan Garbarz, prof. nzw. (Zakład Technologii Wytwarzania i Aplikacji Wyrobów)

Zleceniodawca: Ośrodek Przetwarzania Informacji - Instytucja Wdrażająca

Wykonawcy: Konsorcjum – Instytut Metalurgii Żelaza (lider) oraz Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia

Okres realizacji: 2.02.2009 – 31.08.2013

Celem głównym projektu było opracowanie nowych materiałów stalowych o strukturze nanokrystalicznej przeznaczonych do zastosowania w konstrukcji pancerzy chroniących przed przebiciem pociskami przeciwpancernymi oraz opracowanie modeli pancerzy zawierających warstwy z nowej generacji materiałów stalowych.

W wyniku zrealizowania projektu osiągnięto następujące rezultaty:

 ■ Opracowano nowy gatunek średniostopowej stali ultrawytrzymałej nanostrukturalnej o składzie chemicznym  0,6%C-1,8%Si - 2,0%Mn + dodatki Cr, Co, Mo, V, zapewniającym wytworzenie struktury nano-duplex składającej się z nanolistew bezwęglikowego bainitu i austenitu resztkowego. Skład chemiczny opracowanej stali jest przedmiotem postępowania patentowego (zgłoszenie z dnia 25.02.2011r. przez Instytut Metalurgii Żelaza do Urzędu Patentowego RP: Stal bainityczno-austenityczna i sposób wytwarzania z tej stali blach, nr P. 394037), a na oznaczenie  stali nano-duplex bainityczno-austenitycznej i blach wykonanych z tej stali Instytut Metalurgii Żelaza uzyskał od Urzędu Patentowego RP (zgłoszenie z dnia 14.11.2011 r.) ochronę znaku towarowego w postaci: NANOS-BA® (prawo ochronne nr 252398). W wyniku wykonanych symulacji numerycznych, badań przemian fazowych i symulacji fizycznych w skali półprzemysłowej, opracowano wytyczne do technologii przemysłowej wytwarzania blach ze stali NANOS-BA® o grubości z zakresu 4 – 20 mm i ich obróbki cieplnej. Po finalnej obróbce cieplnej właściwości mechaniczne blach NANOS-BA® są następujące: R_m >1,9 GPa,  R_e >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 ich ciągliwość oraz nową stal umacnianą wydzieleniowo o obniżonej w stosunku do stali typu maraging zawartości pierwiastków stopowych, oznaczoną NANOS-3D. Stal NANOS-3D jest stalą stopową niskowęglową zawierającą od 0,05 do 0,09% węgla i pierwiastki stopowe o sumarycznej zawartości nie przekraczającej wartości ok. 15% masowych. Proces starzenia powoduje wydzielanie trzech typów nanowydzieleń umacniających (cząstek fazy międzymetalicznej Ni₃Mo, cząstek węglików Mo₂C oraz cząstek miedzi Cu-ε) i w konsekwencji uzyskanie granicy plastyczności większej od ok. 1,4 GPa, wytrzymałości  większej od ok. 1,5 GPa oraz plastyczności określonej parametrem wydłużenia względnego A₅ powyżej12%. Skład chemiczny stali NANOS-D3 został zgłoszony do opatentowania (zgłoszenie patentowe z dnia 13.08.2012 r. przez Instytut Metalurgii Żelaza do Urzędu Patentowego RP dotyczące prawa ochronnego na wynalazek: Sposób otrzymywania ultrawytrzymałej stali umacnianej wydzieleniowo, nr P. 400358).

■ Metodą symulacji numerycznych i eksperymentów fizycznych opracowano skład chemiczny stopu na bazie żelaza Fe-10%Mo-3%Cr-3,2%C-1,2%B charakteryzujący się zdolnością do amorfizacji przy stosunkowo małej szybkości chłodzenia ze stanu ciekłego (rzędu 10² ºC/s), co pozwala uzyskiwać elementy o strukturze zawierającej fazę amorficzną o grubości kilku milimetrów. Wytwarzanie stopów metalicznych o grubości kilkumilimetrowej o strukturze amorficznej jest metodą nową w skali światowej i osiągnięcie poziomu pozwalającego na otrzymywanie wyrobów o wymaganym zespole właściwości do zastosowań przemysłowych jest trudne do przewidzenia. W projekcie opracowano, zbudowano i uruchomiono stanowisko laboratoryjne do odlewania ze stopów na bazie Fe elementów o grubości do 5 mm o strukturze nanoziarnisto - amorficznej. 

■ Opracowano modele numeryczne do symulacji oddziaływania pocisków z pancerzem z blachy stalowej na bazie programu AUTODYN. Do opisu odkształcenia i zniszczenia pancerza zastosowano model Johnsona-Cooka, a do opisu odkształcenia i zniszczenia rdzenia pocisku - model Johnsona-Holmquista. 

■ Wykonano porównawcze badania balistyczne metodą ostrzału próbek z materiałów opracowanych i wytworzonych w projekcie i ze stali pancernych produkowanych przemysłowo. Na podstawie wyników tych badań 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 nanostrukturalną NANOS-BA®.

■ Wykonano fizyczne modele  pancerza w postaci warstwowych układów zawierających opracowane i wytworzone w projekcie materiały. Eksperymentalne panele warstwowe testowano metodą ostrzału, w tym ostrzału wielokrotnego („multihit”). Wyniki tych testów wykorzystano do projektu pancerza warstwowego pasywnego. Opracowany warstwowy pancerz pasywny stanowi bazę do rozwinięcia tej konstrukcji w celu otrzymania pancerza reaktywnego. 

■ Zaprojektowano konstrukcję oraz opracowano dokumentację konstrukcyjną i wykonawczą modułu pasywnego pancerza warstwowego w wersji produkcyjnej, zawierającego warstwę z opracowanej w projekcie stali NANOS-BA®.