TECHNOLOGIE KSZTAŁTOWANIA PLASTYCZNEGO NA ZIMNO I OBRÓBKI CIEPLNEJ ELEMENTÓW STALOWYCH STOSOWANYCH W PRZEMYŚLE AMUNICYJNYM

Transkrypt

1 Prace IMŻ 1 (2011) 1 Jarosław MARCISZ, Jerzy STĘPIEŃ Instytut Metalurgii Żelaza Jan MATERNIAK Politechnika Poznańska Zdzisław KACZMAREK, Dariusz SZAŁATA FPS Bolechowo TECHNOLOGIE KSZTAŁTOWANIA PLASTYCZNEGO NA ZIMNO I OBRÓBKI CIEPLNEJ ELEMENTÓW STALOWYCH STOSOWANYCH W PRZEMYŚLE AMUNICYJNYM Opracowano podstawy technologii seryjnej produkcji elementów stalowych amunicji kalibru 30 mm. Elementami stalowymi będącymi przedmiotem badań były: łuska oraz ogniwo taśmy rozsypnej. Zakres pracy obejmował wytypowanie gatunku stali i technologii produkcji oraz rodzaju wsadu do wytwarzania elementów stalowych amunicji. Określono założenia do technologii produkcji półwyrobów w postaci prętów oraz blach kształtowanych na gorąco i na zimno z przemysłowych wlewków ciągłych i z wlewków laboratoryjnych. Kolejnym etapem było opracowanie technologii obróbki plastycznej obejmującej kształtowanie na zimno metodą wyciskania, wyciągania i gięcia oraz projekt i wykonanie narzędzi w celu wytworzenia modelowych łusek i ogniw taśmy rozsypnej. Ostatnim etapem technologii wytwarzania wyrobów będących przedmiotem badań w pracy było ustalenie parametrów obróbki cieplnej, zapewniających uzyskanie wymaganych właściwości technologicznych półwyrobów oraz właściwości mechanicznych i użytkowych wyrobów finalnych. Końcowym wynikiem realizacji pracy było wytworzenie partii modelowej łusek oraz ogniw taśmy rozsypnej. Słowa kluczowe: łuska stalowa, taśma amunicyjna, obróbka plastyczna, obróbka cieplna TECHNOLOGIES FOR COLD FORMING AND HEAT TREATMENT OF STEEL ELEMENTS USED IN THE AMMUNITION INDUSTRY The fundamentals of technology for series production of steel components of 30 mm calibre ammunition were developed. The subject of investigations was the following steel components: cartridge case and disintegrating belt link. The scope of the work included the selection of steel grade and manufacturing technology as well as the type of charge for making steel components of ammunition. The assumptions for technology for making semi-products in the form of bars and sheets hot- and cold-formed from industrial cast strands and experimental ingots were determined. Another stage was the development of the plastic forming technology including cold forming by extrusion, stretching and bending as well as design and execution of tools to produce model cartridge cases and disintegrating belt links. The last stage of the technology for making products being subject of the investigations in the work was to determine the heat treatment parameters to ensure that the required technological properties of semi-products and mechanical and utility properties of final products are obtained. The final result of the work was production of the model batch of cartridge cases and disintegrating belt links. Key words: steel cartridge case, ammunition belt, plastic forming, heat treatment 1. WSTĘP Wyroby stalowe stosowane w przemyśle amunicyjnym charakteryzują się wysokimi wymaganiami w zakresie tolerancji wymiarowych oraz właściwości użytkowych. Spełnienie wąskich tolerancji w zakresie w/w charakterystyk zapewnia niezawodność i bezpieczeństwo użytkowania tych wyrobów w warunkach ich eksploatacji. Z kolei uzyskanie powtarzalnej w sposób seryjny partii wyrobów wymaga precyzyjnego doboru materiału oraz opracowania technologii wytwarzania w zakresie obróbki plastycznej, obróbki cieplnej i powierzchniowej. Dane wyjściowe do opracowania technologii wytwarzania stanowią w tym przypadku zarówno wymagania w zakresie wymiarów i właściwości, jak również znajomość warunków eksploatacji. Niezbędnym elementem kontroli jakości wykonania wyrobów dla przemysłu amunicyjnego są testy w rzeczywistych

2 2 Praca zbiorowa Prace IMŻ 1 (2011) warunkach użytkowania. Odwzorowanie warunków panujących podczas testów poligonowych jest praktycznie niemożliwe w laboratorium [1 5]. Poszczególne etapy technologii wytwarzania elementów stalowych amunicji opracowano na podstawie założeń konstrukcyjnych i materiałowych do wykonania modelowych łusek stalowych i ogniw taśmy rozsypnej. W pierwszej części pracy określono wymagania dla łusek w zakresie właściwości mechanicznych, jakości powierzchni oraz wymiarów. Następnie opracowano dokumentację konstrukcyjną łuski stalowej oraz skład chemiczny stali zapewniający uzyskanie wymaganych właściwości technologicznych półwyrobów i właściwości wyrobu finalnego. Gatunek stali do produkcji łuski został dobrany w ten sposób, aby zapewnić wymagane właściwości wyrobu po obróbce cieplnej oraz odpowiednią podatność do odkształcenia plastycznego na zimno, zapewniającą otrzymanie minimalnej grubości ścianki łuski około 0,70 mm. Dobór gatunku stali uwzględniał jego cenę i dostępność na krajowym rynku producentów wlewków ciągłych. Wytypowana grupa gatunkowa stali do wytwarzania ogniw zapewnia zarówno uzyskanie wymaganych właściwości mechanicznych i użytkowych wyrobu, jak również odpowiednią podatność do odkształcenia plastycznego (gięcia) i właściwości sprężyste. Określono optymalne wymiary materiału wsadowego oraz półwyrobów przeznaczonych do operacji kształtowania plastycznego i obróbki cieplnej. Opracowane dokumentacje modelowe łuski i ogniwa były podstawą do opracowania technologii wytwarzania, mianowicie kolejnych operacji obróbki plastycznej, obróbki skrawaniem i obróbki cieplnej. Dla poszczególnych operacji obróbki plastycznej wykonano dokumentacje konstrukcyjne narzędzi do wykonania partii modelowych łusek i ogniw. 2. MATERIAŁ DO PRODUKCJI ŁUSEK I OGNIW TAŚMY ROZSYPNEJ Na rys. 1 w formie diagramów i w tablicy 1 przedstawiono wymagania odbiorcy łusek w zakresie twardości i właściwości mechanicznych. Wymagania te oraz wstępna technologia wytwarzania były podstawą do wytypowania gatunku stali do seryjnej produkcji łusek. Tablica 1. Wymagane właściwości mechaniczne w różnych miejscach łuski wyznaczone w statycznej próbie rozciągania Table 1. Required mechanical properties at different points within the cartridge case, determined in static tensile test Odległość od dna łuski do środka pierścienia próbki, mm Wytrzymałość na rozciąganie, R m, MPa Wydłużenie, A 5, % Stal do produkcji łuski powinna zapewnić uzyskanie wymaganych właściwości mechanicznych (zgodnie z tablicą 1) oraz wymaganej twardości, wytrzymałości i wydłużenia w zależności od odległości od dna łuski (zgodnie z diagramem na rys. 1). Założono uzyskanie końcowych właściwości wyrobów po zastosowaniu ulepszania cieplnego. Ze względu na małą grubość ścianki oraz technologię produkcji metodą wyciskania, przetłaczania i wyciągania stal powinna wykazywać dużą podatność do kształtowania plastycznego na zimno. Założono zastosowanie do produkcji łuski stali niestopowej w celu optymalizacji kosztów produkcji. Dla tej grupy gatunkowej stali wymagane właściwości wyrobu zapewnia odpowiednia zawartość pierwiastków podstawowych, głównie C i Mn, natomiast ze względu na podatność do przeróbki plastycznej należy dobrać zakresy dopuszczalnych lub pożądanych zawartości m.in. Si, S, P, N i Al oraz domieszkowych pierwiastków metalicznych takich jak Cu i Sn. Przy wyborze gatunku stali uwzględniono jego dostępność na rynku krajowych producentów wlewków ciągłych. W zakresie doboru stali określono optymalne wymiary materiału wyjściowego i półwyrobu formowanego na gorąco, będącego wsadem Rys. 1. Wymagane wartości twardości na długości łuski do naboju kalibru 30 mm Fig. 1. Required hardness values over the length of cartridge case for 30 mm calibre cartridge

3 Prace IMŻ 1 (2011) Technologie kształtowania plastycznego na zimno i obróbki cieplnej... 3 do wytworzenia modelowych wyprasek. Do produkcji łuski wytypowano gatunek stali C35 o zmodyfikowanym składzie chemicznym (w % masowych): max 0,15%Si; 0,34 0,38%C; 0,75 0,80Mn%; min. 0,020% Al met oraz poniżej 0,01%S, 0,15%Cu i 80 ppm N. Z uwagi na stopień przerobu plastycznego wymiary przekroju poprzecznego wlewków powinny wynosić lub mm. Materiał do produkcji taśmy rozsypnej po finalnej obróbce cieplnej powinien zapewnić uzyskanie twardości powyżej 500 HV i odpowiednich właściwości sprężystych. Przyjęto, że ogniwa będą produkowane z taśmy stalowej walcowanej na zimno i zmiękczonej, a finalne właściwości będą uzyskiwane po ulepszaniu cieplnym. Biorąc pod uwagę powyższe wymagania zaproponowano gatunek stali niestopowej C55 w formie taśmy zimnowalcowanej zmiękczonej. 3. ZAŁOŻENIA TECHNOLOGII OBRÓBKI PLASTYCZNEJ ŁUSEK Opracowano schemat technologii kształtowania plastycznego łuski stalowej kalibru 30 mm, zgodnie z którym wytworzono partię modelową. W procesie technologicznym kształtowania łuski stalowej do amunicji kalibru 30 mm, materiał wyjściowy stanowią odcinki pręta okrągłego o średnicy 46 mm. Pierwsze dwie operacje to kształtowanie przez wyciskanie na zimno. Kształt uzyskanej po drugiej operacji wypraski pozwala na dalsze formowanie płaszcza łuski przez wyciąganie ścianki. Dopuszczalne siły w kolejnych ciągach pozwalają na uzyskanie wymiarów części cylindrycznej łuski w czterech operacjach obróbki plastycznej ścianki. Następną operacją jest prasowanie dna. Po tej operacji następuje zawężanie płaszcza łuski i obróbka cieplna łuski, a kolejna operacja obróbki plastycznej to kształtowanie szyjki łuski. Następnie wyrób poddawany jest wykańczającej obróbce mechanicznej. Procesy wyciskania obejmują wyciskanie współbieżne z maksymalnym odkształceniem materiału wypraski wynoszącym ϕ = 0,11. Z krzywej umocnienia dla zastosowanego gatunku stali określono wartość granicy plastyczności w części wyciskanej, która jest równa σ p1 = 355 N/mm 2. Przy wyjściowej granicy plastyczności σ p0 = 300 N/ mm 2, średnie naprężenie uplastyczniające wyniesie σ ps = 328 N/mm 2. Proces wyciskania w pierwszej operacji jest realizowany przy małym odkształceniu o granicznej wartości 0,8 1,0. W procesach obróbki plastycznej objętościowej na zimno, podstawowym ograniczeniem stosowalności procesu jest wytrzymałość narzędzi. Przeprowadzono oszacowania wartości średnich nacisków pod stemplem, ze względu na wytrzymałość narzędzi w procesie wyciskania współbieżnego stali C35. Obliczone naciski średnie pod stemplem, mieszczą się w przedziale od 308 do 529 MPa. Przyjmując nawet największą ich wartość, pozostaje duży zapas bezpieczeństwa, gdyż dopuszczalne naciski dla zastosowanego materiału stempla wynoszą MPa. Wartość siły wyciskania, obliczona dla nacisków p = 529 MPa, wynosi F = 880 kn. Kolejna operacja wyciskanie przeciwbieżne jest połączeniem swobodnego drążenia z wyciskaniem przeciwbieżnym. Możliwość swobodnego drążenia w pierwszej fazie wyciskania zmniejsza naciski pod stemplem oraz naprężenia w matrycy. Dla zapewnienia maksymalnego współczynnika bezpieczeństwa procesu, obliczono naciski i siły tylko dla operacji wyciskania przeciwbieżnego. Średnie odkształcenie w ściance wypraski określone na podstawie zależności: 2 dd o 1 do do { = ln ln (1) 2 2 d d d d d o - 1 o dla zastosowanych wymiarów narzędzi wynosi 1,31. Dla obliczonego odkształcenia, naprężenie uplastyczniające wyznaczone z krzywej umocnienia stali o zawartości 0,3%C, wynosi σ p1 = 600 MPa. Średnia obliczona wartość nacisków pod stemplem wynosi 2044 MPa jest dopuszczalna dla zastosowanych narzędzi. Operacje wyciągania ścianki łuski są realizowane w czterech etapach obróbki plastycznej z międzyoperacyjną obróbką cieplną. Redukcja grubości ścianki z 6,20 do 0,73 mm jest realizowana z zastosowaniem współczynnika wyciągania w zakresie 1,60 1,85 w kolejnych operacjach. Zaproponowane wartości współczynników wyciągania są dopuszczalne i umożliwiają wyciąganie bez obaw o naderwanie dna i obrzeża. To oznacza również, że siła wyciągania nie przekracza siły zrywającej (F Zr = π d s g R m ), która dla pierwszej operacji wynosi 300 kn. Dla operacji prasowania dna oszacowano siłę potrzebną do prasowania na podstawie zależności: 2 F 3 d = r (2) 4 Według powyższej zależności, dla σ p0 = 300MPa i d = 50 mm otrzymano wartość F = 1,8 MN. Zawężanie łuski oraz kształtowanie szyjki łuski zaprojektowano do wykonania w operacjach obciskania. W technologii przewiduje się operacje zawężania szyjki i płaszcza przez obciskanie sztywnym stemplem na prasie. 4. ZAŁOŻENIA TECHNOLOGII OBRÓBKI PLASTYCZNEJ OGNIW Technologia wykonywania ogniw taśmy rozsypnej obejmuje operacje kształtowania plastycznego (gięcia) na zimno. W procesie technologicznym kształtowania ogniw z materiału wyjściowego w postaci odcinków blachy grubości 2 mm, w pierwszej operacji wykonywana jest wykrojka, w której obszary gięte powinny być usytuowane prostopadle do kierunku walcowania (KW) taśmy (rys. 2). Rys. 2. Kształt wykrojki do wykonania ogniwa taśmy amunicyjnej rozsypnej i jej usytuowanie w stosunku do kierunku walcowania (KW) Fig. 2. Shape of sheared blank for making the disintegrating ammunition belt link and its location in relation to the rolling direction (KW)

4 4 Praca zbiorowa Prace IMŻ 1 (2011) W następnej kolejności wykonywane są operacje dziurkowania i znakowania w części środkowej ogniwa. Pierwsze operacje kształtowania dotyczą końcówek skrzydełek zewnętrznych. Końcówki wyginanych skrzydełek posiadają dodatkowe zagięcia pod kątem 35. Promień gięcia jest równy grubości blachy. Kolejno kształtowane są końcówki skrzydełka wewnętrznego. Następna operacja to wyginanie wstępne części środkowej skrzydełka wewnętrznego. Jest to operacja zapewniająca w kolejnych zabiegach centrowanie ogniwa w stosunku do pozostałych obszarów. Kolejny zabieg to wyginanie korytka w skrzydełku wewnętrznym i kształtowanie rowka. Część środkowa jest pogłębiona w postaci korytka z równoczesnym wykonaniem żebra usztywniającego. Następnie jest realizowane wyginanie środkowego skrzydełka. Bazując na wykonanym korytku, zostanie zagięte środkowe skrzydełko do dołu w stosunku do zewnętrznych skrzydełek. Kolejna operacja to wyginanie skrzydełek zewnętrznych. Bazując na wykonanym środkowym korytku, zostaną wygięte skrzydełka zewnętrzne. Równocześnie przemieści się skrzydełko wewnętrzne. Bazując na wykonanym korytku, zostanie wygięte skrzydełko wewnętrzne typu U z równoczesnym zachowaniem wymaganej odległości osi skrzydełek. Końcówka części środkowej, nosek, zostanie wygięta pod kątem 260. Następnie zostaną dogięte skrzydełka na obwód łuski. Skrzydełka zewnętrzne obejmują łuskę, a wewnętrzne służą do połączenia z następnym ogniwem. Ponieważ wykonane są wstępne zagięcia obrzeży skrzydełek, nie można ich doginać na obwód łuski za pomocą promieniowo ukształtowanego stempla. Operacja ta zostanie zrealizowana za pomocą bocznych stempli napędzanych od suwaka prasy klinami. Ostatnią operacją kształtowania jest formowanie zaczepu na końcówce noska. 5. MATERIAŁ BADAŃ WLEWKI STALOWE PRZEZNACZONE DO PRODUKCJI ŁUSEK KALIBRU 30 MM Z zastosowaniem zmodyfikowanej przemysłowej technologii produkcji stali w gatunku C35E wytworzono wlewki ciągłe o przekroju poprzecznym kw. 160 mm. Odcinki wlewków o długości 2 m przeznaczono do przeróbki plastycznej na pręty okrągłe metodą walcowania na gorąco i ciągnienia. Dodatkowo wytworzono wlewek laboratoryjny ze stali do produkcji łusek w gatunku oznaczonym w pracy C35L. Wlewek o przekroju poprzecznym 140/160 mm przeznaczono do badań i prób przemysłowych po kuciu na gorąco na pręty. Przeprowadzone badania jakości wlewków przemysłowych i wlewka laboratoryjnego wykazały, że w zakresie makrostruktury, jakości powierzchni i jakości wewnętrznej (zawartość i rodzaj wtrąceń niemetalicznych oraz rodzaj mikrostruktury) spełniają one wymagania dla półwyrobów do dalszego przetwarzania w szczególności do wytwarzania łusek kalibru 30 mm. Składy chemiczne materiału badań w postaci wlewków (analiza wytopowa) zawiera tablica 2. Z wlewków przemysłowych wykonano półwyroby w postaci prętów ciągnionych φ 46 mm na modelowe łuski do amunicji kalibru 30 mm. Pierwszym etapem wytwarzania prętów było walcowanie na gorąco wlewków kw.160 mm na pręt φ 48 mm, które następnie metodą ciągnienia przetworzono na średnicę finalną φ46 mm oraz zastosowano końcową obróbkę cieplną zmiękczającą. Wyniki wykonanych badań laboratoryjnych wykazały, że półwyroby w postaci prętów ze stali C35E po ciągnieniu przeznaczone do wytwarzania modelowej partii łusek, spełniają wymagania w zakresie jakości powierzchni, makrostruktury, zawartości wtrąceń niemetalicznych, równomierności mikrostruktury i twardości. WLEWKI DO PRODUKCJI OGNIW TAŚMY ROZSYPNEJ Wytworzono wlewki o przekroju poprzecznym mm przeznaczone do walcowania na gorąco i na zimno w warunkach laboratoryjnych w celu wytworzenia taśmy o grubości 2 mm i szerokości minimalnej 170 mm. Wlewki laboratoryjne w zakresie składu chemicznego, makrostruktury oraz jakości wewnętrznej spełniły wymagania dla materiału przeznaczonego do wytwarzania ogniw. Skład chemiczny wlewków laboratoryjnych zawiera tablica 3. W tablicy 4 przedstawiono skład chemiczny stali wytworzonej w warunkach przemysłowych, z której wykonano taśmy o grubości 2 mm. Wykonano półwyroby w postaci pasów o grubości 2 mm i szerokości mm przeznaczonych na ogniwa taśmy rozsypnej do amunicji kalibru 30 mm. Wytwarzano je metodą walcowania na gorąco do grubości około 4 mm, następnie metodą walcowania na zimno do grubości 2 mm z międzyoperacyjnym wyżarzaniem oraz z zastosowaniem końcowej obróbki cieplnej zmiękczającej. Wykonane badania wykazały, że taśmy ze stali C55S (wytop przemysłowy) i taśmy ze Tablica 2. Skład chemiczny wytopów badawczych ze stali w gatunku C35, (% masowe) Table 2. Chemical composition of test hests from C35 steel, (mass %) Nr wytopu / Gatunek stali C Mn Si P S Cr Ni Cu Mo Al całk / C35E 0,34 0,76 0,20 0,011 0,005 0,07 0,05 0,130 0,010 0,025 S120 / C35L 0,37 0,86 0,11 0,010 0,013 0,17 0,02 0,028 0,028 0,022 Tablica 3. Skład chemiczny stali w gatunku C55 (wlewki laboratoryjne), analiza wytopowa (% masowe) Table 3. Chemical composition of C55 steel (laboratory ingots), ladle chemical analysis, (mass %) Nr wytopu / Gatunek stali C Mn Si P S Cr Ni Cu Alc Al rozp N O S115 / C55L 0,58 0,85 0,24 0,008 <0,005 0,30 <0,02 0,019 0,016 0,015 0,0024 0,0013 S124 / C55L 0,56 0,85 0,25 0,008 <0,005 0,28 <0,02 0,022 0,005 nie badano

5 Prace IMŻ 1 (2011) Technologie kształtowania plastycznego na zimno i obróbki cieplnej... 5 Tablica 4. Skład chemiczny stali w gatunku C55S (wytop przemysłowy), analiza kontrolna, (% masowe) Table 4. Chemical composition of C55S steel (industrial heat), check analysis, (mass %) Nr wytopu / Gatunek stali P / C55S C Mn Si P S Cr Ni Mo Co V 0,53 0,67 0,30 0,014 0,003 0,28 0,05 <0,010 0,009 <0,005 Nb Ti Alc Cu Ca Sn N O <0,010 0,003 0,037 0,027 0,0011 <0, ppm 20 ppm stali C55L (wytop laboratoryjny), spełniają wymagania w zakresie jakości powierzchni, makrostruktury, zawartości wtrąceń niemetalicznych, równomierności mikrostruktury oraz twardości i mogą być zastosowane do wytwarzania modelowej partii ogniw. 6. CHARAKTERYSTYKI MATERIAŁOWE STALI PRZEZNACZONYCH NA ELEMENTY AMUNICJI Opracowano charakterystyki materiałowe stali przeznaczonych do wytwarzania łusek oraz ogniw taśmy rozsypnej. Dane materiałowe wytypowanych do badań gatunków stali stanowiły wykresy przemian fazowych CTPc, charakterystyki hartowności, krzywe odpuszczania oraz charakterystyki odkształcalności w celu doboru optymalnych parametrów operacji obróbki cieplnej i przeróbki plastycznej, wchodzących w skład przemysłowego procesu technologicznego. Stal przeznaczona do wytwarzania łusek kalibru 30mm należy do grupy gatunkowej C35, a stal przeznaczona do wytwarzania ogniw taśmy rozsypnej należy do grupy gatunkowej C55. Jako podstawowy materiał badań do wyznaczenia charakterystyk materiałowych zastosowano: w przypadku stali przeznaczonej do wytwarzania łusek pręty wykonane metodą kucia na gorąco z wlewka laboratoryjnego (oznaczenie C35L wytop S120) oraz pręty walcowane na gorąco i następnie ciągnione z wytopu przemysłowego (oznaczenie C35E wytop 62050); w przypadku stali przeznaczonej do wytwarzania ogniw taśmy wykonane metodą wstępnego walcowania na gorąco i końcowego walcowania na zimno z wlewków laboratoryjnych (oznaczenie C55L wytopy S115 i S124) oraz gotowa taśma walcowana na zimno ze stali C55S z wytopu przemysłowego. WYNIKI BADAŃ DYLATOMETRYCZNYCH Wyniki badań dylatometrycznych dla wytopu przemysłowego gatunku stali C35 w postaci zestawienia temperatur charakterystycznych oraz diagramu CTPc zamieszczono odpowiednio w tablicy 5 i na rys. 3. Zwraca uwagę fakt, że po zastosowaniu maksymalnej możliwej szybkości chłodzenia ok. 460ºC/s nie otrzymano całkowicie martenzytycznej struktury. Tablica 5. Zestawienie temperatur charakterystycznych dla stali C35E, wytop nr Table 5. Summary of temperatures characteristic of C35E steel, heat no Temperatura, C A C1 A C3 M S Rys. 3. Wykres CTP C stali C35E wytop przemysłowy Fig. 3. TTT diagram of C35E steel industrial heat

6 6 Praca zbiorowa Prace IMŻ 1 (2011) Rys. 4. Wykres CTPC stali C55L wytop laboratoryjny Fig. 4. TTT diagram of C55L steel laboratury heat Wyniki badań dylatometrycznych dla wytopu laboratoryjnego gatunku stali C55 w postaci zestawienia temperatur charakterystycznych oraz diagramu CTPc zamieszczono odpowiednio w tablicy 6 i na rys. 4. Tablica 6. Zestawienie temperatur charakterystycznych dla stali C55L, wytop S124 Table 6. Summary of temperatures characteristic of C55L steel, heat no. S124 Temperatura, C A C1 A C3 M S KRZYWE HARTOWNOŚCI STALI C35 Tablica 7. Zestawienie parametrów wariantów prób hartowania od czoła Table 7. Summary of parameters for end-quench hardenability test variants Gatunek stali C35L C35E Temperatura austenityzowania, C Czas, minuty nagrzewania wygrzewania oziębiania 860 ± > ± >10 Badania hartowności stali C35L oraz C35E przeprowadzono stosując metodę oziębiania od czoła (próba Jominy ego) próbek o wymiarach φ mm z kołnierzem, zgodnie z instrukcją normy PN-EN ISO 642. Próbki do badań, w przypadku stali C35L, pobrano z kutego na gorąco pręta o średnicy 35 mm, natomiast próbki ze stali C35E pochodziły z walcowanego na gorąco i ciągnionego pręta o średnicy 46 mm. Materiał przed obróbką mechaniczną poddany był wyżarzaniu normalizującemu w temperaturze 860 C przez 20 minut, z następnym chłodzeniem swobodnym w powietrzu. Parametry przeprowadzonych prób hartowania zestawiono w tablicy 7. Próbki wygrzewano w atmosferze gazu obojętnego, stosując dodatkowo stalową osłonę, na dnie której umieszczono wkładkę grafitową. Zahartowane próbki przeszlifowano w dwóch jednakowo oddalonych od osi i równoległych płaszczyznach, usuwając warstwę o grubości ok. 0,5 mm dla stali C35L oraz ok. 1 mm w przypadku stali C35E. Pomiary twar- Tablica 8. Parametry obróbki cieplnej oraz wyniki pomiarów twardości próbek ze stali C35E Table 8. Heat treatment parameters and results of hardness measurements of C35E steel samples Parametry obróbki cieplnej Normalizowanie 860 C/ 20 min / powietrze Zmiękczanie Temperatura C Czas h Średnia twardość HV

7 Prace IMŻ 1 (2011) Technologie kształtowania plastycznego na zimno i obróbki cieplnej... 7 Rys. 5. Wyniki pomiarów twardości w próbie Jominy ego dla stali C35E. Parametry próby: temperatura austenityzowania: 860 C, czas wygrzewania: 30 minut Fig. 5. Results of hardness measurements in Jominy end-quench test for C35E steel. Test parameters: austenitising temperature: 860 C, soaking time: 30 minutes dości metodą HV10 wykonano wzdłuż długości próbki w osi przeszlifowanych powierzchni, stosując począwszy od czoła próbki następujące odstępy między miejscami pomiarów: 20 pomiarów co 0,5 mm, 10 pomiarów co 1 mm i pozostałe co 2 mm. Dodatkowo pomiary twardości wykonano na przekroju wzdłużnym w osi próbek, stosując przyjęte wcześniej odległości pomiędzy nimi. Uzyskane wyniki twardości w próbie Jominy ego badanych wytopów stali C35E przedstawiono na rys. 5. PARAMETRY WYŻARZANIA ZMIĘKCZAJĄCEGO STALI C35 Wyżarzanie zmiękczające jest stosowane w trakcie międzyoperacyjnego wygrzewania wytłoczek podczas operacji wyciągania ścianki łuski. Badania wykonano dla gatunku stali C35E z wytopu przemysłowego, stanowiącego podstawowy materiał do wytwarzania łusek. Parametry obróbki zmiękczającej (wygrzewania poniżej temperatury A 1 ) oraz wyniki pomiarów twardości zmiękczonych próbek zamieszczono w tablicy 8. CHARAKTERYSTYKI ODPUSZCZANIA STALI C35 Na rys. 6 zamieszczono przykładowe zależności twardości od temperatury i czasu odpuszczania dla stali C35E oraz przykładowy obraz mikrostruktury po ulepszaniu cieplnym obserwowany za pomocą mikroskopu świetlnego. a) b) Rys. 6. Zmiany twardości stali C35E w zależności od parametrów temperaturowo-czasowych odpuszczania (a) oraz mikrostruktura stali C35E po odpuszczaniu w temperaturze 450 C przez 0,5 godziny (b). Próbka o grubości 1,5 mm Fig. 6. Changes in C35E steel hardness depending on temperature and time of tempering (a) and microstructure of C35E steel after tempering at 450 C for 0.5 hour (b). Sample thickness 1.5 mm

8 8 Praca zbiorowa Prace IMŻ 1 (2011) WYNIKI BADAŃ WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH STALI C35E Badania właściwości mechanicznych stali C35E wykonano na materiale po następujących obróbkach: po zmiękczaniu przez 1 godzinę w temperaturach 690 C i 700 C, po ulepszaniu cieplnym: austenityzowanie w temperaturze 860 C w czasie 15 minut, hartowanie w wodzie, odpuszczanie w zakresie temperatury C przez 0,5 lub 1 godzinę. Wyniki prób rozciągania oraz parametry obróbki cieplnej próbek i ich wymiary podano w tablicy 9. Tablica 9. Wyniki statycznych prób rozciągania stali C35E Table 9. Results of static tensile tests of C35E steel Parametry odpuszczania / zmiękczania temperatura / czas Właściwości mechaniczne R 0,2, (*R eh ), MPa R m, MPa A 5 % Próbki okrągłe: d 0 = 9 mm, L 0 = 45 mm 690 C / 1 h 363* ,2 376* ,2 700 C / 1 h 349* ,2 365* ,4 400 C / 0,5 h , ,0 400 C / 1 h , ,2 420 C / 0,5 h , ,4 420 C / 1 h , ,6 430 C / 0,5 h , ,4 430 C / 1 h , ,1 450 C / 0,5 h ,1 450 C / 1 h , ,9 Próbki płaskie: a 0 = 2 mm, b 0 = 15 mm, L 0 = 50 mm 420 C / 0,5 h , C / 0,5 h , ,0 CHARAKTERYSTYKI ODPUSZCZANIA STALI W GATUNKU C55 Wyniki pomiarów twardości próbek ze stali w gatunku C55S po ulepszaniu cieplnym i parametry odpuszczania zamieszczono w tablicy 10, a przykładowy obraz mikrostruktury obserwowany za pomocą mikroskopu świetlnego przedstawiono na rys. 7. Wytop przemysłowy gatunku stali C55S stanowi podstawowy materiał badań w pracy i został wykorzystany do wytworzenia partii modelowej ogniw. BADANIA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH STALI C55 Badania właściwości mechanicznych stali C55S wykonano na materiale po następujących obróbkach: po Rys. 7. Mikrostruktura stali C55S po hartowaniu i odpuszczaniu w temperaturze 340 C przez 60 minut Fig. 7. Microstructure of C55S steel after hardening and tempering at 340 C for 60 minutes Tablica 10. Parametry odpuszczania oraz wyniki pomiarów twardości stali C55S Table 10. Tempering parameters and results of hardness measurement of C55S steel samples Parametry odpuszczania Wyniki pomiarów twardości HV10 Średnia twardość 250 C / 30 min 627; 620; 620; 620; C / 60 min 627; 627; 620; 620; C / 90 min 620; 620; 620; 620; C / 120 min 599; 599; 599; 592; C / 30 min 585; 585; 585; 585; C / 60 min 585; 579; 579; 579; C / 90 min 579; 572; 572; 572; C / 120 min 548; 548; 554; 554; C / 60 min 542; 545; 536; C / 30 min 530; 525; 525; 530; C / 60 min 519; 519; 519; 519; 519; C / 30 min 512; 510; 511; C / 15 min 464; 464; 468; C / 30 min 446; 446; 441; C / 15 min 498; 498; 493; 493; C / 10 min 464; 464; 464; 459; austenityzowaniu w temperaturze 830 C w czasie 10 minut i chłodzeniu w oleju (hartowanie) oraz po ulepszaniu cieplnym: hartowanie jw. oraz odpuszczanie w zakresie temperatury C. Wyniki prób rozciągania oraz parametry obróbki cieplej próbek i ich wymiary podano w tablicy 11. ANALIZA CHARAKTERYSTYK MATERIAŁOWYCH STALI C35 W ASPEKCIE WYMAGANYCH WŁAŚCIWOŚCI TECHNOLOGICZNYCH I UŻYTKOWYCH Przemiany fazowe w trakcie ciągłego chłodzenia z zakresu temperaturowego trwałości austenitu Opracowano wykresy CTPc dla wytopów S120- laboratoryjny (gatunek C35L) i nr przemysłowy (gatunek C35E). Opracowane wykresy CTP C są zbliżo-

9 Prace IMŻ 1 (2011) Technologie kształtowania plastycznego na zimno i obróbki cieplnej... 9 Tablica 11. Wyniki statycznych prób rozciągania stali C55S Table 11. Results of static tensile tests of C55S steel Parametry odpuszczania/ hartowania R 0,2, MPa Właściwości mechaniczne R m, MPa Wydłużenie, % Próbki płaskie: a 0 = 2 mm, b 0 = 20 mm, L 0 = 80 mm 860 C/10min/olej C/1h/pow , C/0,5h/pow C/1h/pow ,7 360 C/0,5h/pow ,7 Próbki płaskie: a 0 = 2 mm, b 0 = 20 mm, L 0 = 35 mm 350 C/0,5h/pow , ,1 350 C/1h/pow , ,4 ne, a różnią się tym, że wykres dla wytopu S120 jest zgodnie z oczekiwaniami przesunięty nieco w prawo. Nawet dla największych zastosowanych szybkości chłodzenia nie nastąpiła przemiana całkowicie martenzytyczna, ale udział innych faz jest bardzo mały. Dla wytopu o wyższej zawartości węgla maksymalna uzyskana twardość wynosi 614 HV10, a dla wytopu o niższej zawartości węgla maksymalna uzyskana twardość (przy większej szybkości chłodzenia) wynosi 602 HV10. Zmierzona temperatura całkowitej przemiany w austenit podczas wolnego nagrzewania (A C3 ) dla badanych wytopów wynosi ok. 810ºC. Wynika z tego, że w procesach przemysłowych temperatura austenityzowania stali C35 powinna mieścić się w zakresie A C3 + (30 50) ºC, czyli od 840 do 860ºC. Hartowność Badania hartowności wykonano dla gatunków C35L oraz C35E, stosując metodę oziębiania od czoła (próba Jominy ego). Zastosowano dwie temperatury austenityzowania: 860ºC i 930ºC. Po hartowaniu z niższej temperatury austenityzowania 860ºC otrzymano krzywe twardości wzdłuż próbki Jominy ego świadczące o tym, że głębokość zahartowania na martenzyt (> 90% martenzytu) dla stali C35 w warunkach jednostronnego chłodzenia wodnego wynosi ok. 3 mm. Podwyższenie temperatury austenityzowania do 930ºC zmienia kształt krzywej, ale niewiele zwiększa głębokość zahartowania na martenzyt. Maksymalny poziom twardości, jaki uzyskano przy chłodzonej powierzchni wynosi ok. 600 HV. Wyżarzanie zmiękczające Wyżarzanie zmiękczające polegało na wygrzewaniu w temperaturach poniżej temperatury A 1. Wymagany stopień zmiękczenia, poniżej 140 HB/HV, dla wytopu C35E uzyskano w wyniku wygrzewania w temperaturze 700ºC w czasie powyżej 3 godzin. Dla wytopu C35L najniższy poziom twardości dla zastosowanych parametrów wynosił 145 HV po wygrzewaniu w temperaturze 700ºC w czasie powyżej 4 godzin. W celu powtarzalnego uzyskiwania twardości niższej od 140 HB/ HV dla różnych wytopów stali C35 należy zastosować temperaturę z zakresu ºC i odpowiednio długi czas wyżarzania dobrany eksperymentalnie. Stosowanie temperatury wyższej niż 700ºC nie jest zalecane, gdyż na skutek niedokładności w uzyskaniu rzeczywistej temperatury materiału może nastąpić przekroczenie temperatury A C3 i reaustenityzacja, prowadząca po ochłodzeniu do wzrostu twardości. Charakterystyki odpuszczania Zależności twardości od temperatury i czasu odpuszczania opracowano dla wytopów C35E i C35L z zastosowaniem próbek o trzech grubościach: 5, 1,5 i 0,7 mm, zahartowanych w wodzie z temperatury 860ºC. Stwierdzono, że grubość próbek nie wywiera istotnego wpływu na twardość ulepszonych cieplnie próbek. Z analizy charakterystyk odpuszczania wynika, że wymaganą twardość płaszcza łusek można uzyskać dla całego zakresu grubości 0,7 5,0 mm w wyniku odpuszczania w temperaturze z zakresu ºC w czasie minut. Żądaną wartość twardości można uzyskać poprzez dobór parametrów odpuszczania na podstawie opracowanych charakterystyk. Właściwości mechaniczne w stanie ulepszonym cieplnie Badanie właściwości mechanicznych w próbie jednoosiowego rozciągania wykonano dla wytopu C35E. Po odpuszczaniu w temperaturach z zakresu ºC, zapewniającym wymaganą twardość, uzyskano wartości granicy plastyczności i wytrzymałość powyżej 1000 MPa i jednocześnie wydłużenie A 5 powyżej 12% (na próbkach okrągłych), co ze znacznym nadmiarem spełnia ustalone wymagane wartości. ANALIZA CHARAKTERYSTYK MATERIAŁOWYCH STALI C55 W ASPEKCIE WYMAGANYCH WŁAŚCIWOŚCI TECHNOLOGICZNYCH I UŻYTKOWYCH Przemiany fazowe w trakcie ciągłego chłodzenia z zakresu temperaturowego trwałości austenitu W celu zbadania przemian fazowych zachodzących w trakcie chłodzenia stali C55 z temperaturowego zakresu trwałości austenitu opracowano wykres CTP C. Wykres opracowano dla wytopu S124 wytop laboratoryjny (gatunek C55L). Całkowicie martenzytyczną strukturę otrzymano dla krytycznej szybkości chłodzenia równej ok. 50ºC/s i uzyskano twardość ok. 770 HV10. Zmierzona temperatura całkowitej przemiany w austenit podczas wolnego nagrzewania (A C3 ) dla wytopu S124 jest równa 779ºC. Wynika z tego, że w procesach przemysłowych temperatura austenityzowania stali C55 powinna mieścić się w zakresie A C3 + (30 50) ºC, czyli od 810 do 830ºC. Hartowność Do stosowanej do produkcji ogniw taśmy stalowej o grubości 2 mm, hartowność stali C55 jest wystarczająca ze znacznym nadmiarem i dlatego nie była przedmiotem badań standardowymi metodami. Z obliczeń teoretycznych i z wykresu CTP C wynika, że chłodzenie wyrobów ze stali C55 w oleju powoduje zahartowanie na wskroś do grubości ok. 8 mm, a chłodzenie w wodzie do grubości ok. 12 mm.

10 10 Praca zbiorowa Prace IMŻ 1 (2011) Charakterystyki odpuszczania Charakterystyki odpuszczania w postaci zależności twardości od temperatury i czasu odpuszczania opracowano dla wytopów C55S i C55L z zastosowaniem próbek zahartowanych w oleju z temperatury 830ºC. Z analizy twardości odpuszczonych próbek wynika, że wymaganą twardość z zakresu HV otrzymuje się w wyniku odpuszczania w temperaturze z zakresu ºC w czasie minut. Żądaną wartość twardości można uzyskać poprzez dobór konkretnych parametrów odpuszczania na podstawie opracowanych charakterystyk. Właściwości mechaniczne w stanie ulepszonym cieplnie Badanie właściwości mechanicznych w próbie jednoosiowego rozciągania wykonano dla wytopów C55S i C55L. Po odpuszczaniu w temperaturach z zakresu ºC, zapewniającym wymaganą twardość, dla wytopu laboratoryjnego C55L na próbkach okrągłych wykonanych z kutych prętów uzyskano wartości granicy plastyczności w zakresie MPa, wytrzymałość w zakresie MPa i jednocześnie wydłużenie A 5 powyżej 7,5%, co spełnia z nadmiarem ustalone wymagane wartości: granicy plastyczności min MPa, wytrzymałości na rozciąganie min MPa i wydłużenia względnego A 5 min. 5%. Na próbkach płaskich o długości pomiarowej 35 mm, wykonanych z taśmy wyprodukowanej w warunkach przemysłowych, uzyskano właściwości na granicy wymaganych wartości lub nieznacznie przekraczające te wymagania. 7. WYKONANIE NARZĘDZI DO PRODUKCJI ŁUSEK I WYTWORZENIE MODELOWEJ PARTII ŁUSEK Wykonano dokumentację techniczną do wykonania narzędzi do produkcji partii modelowej łusek oraz opracowano technologię wykonania łusek. W technologii wytwarzania łusek kalibru 30 mm, w celu zaprojektowania i doboru materiału na narzędzia wyznaczono parametry wyjściowe materiału wsadowego dotyczące: rodzaju wsadu, twardości, właściwości mechanicznych i mikrostruktury. Opracowano wstępny schemat technologii, obejmujący zarówno operacje kształtowania plastycznego, jak i obróbki cieplnej. Wykonano oprzyrządowanie do wykonania partii modelowej łusek o kalibrze 30 mm do następujących procesów: wyciskania współbieżnego, wyciskania przeciwbieżnego, wyciągania ścianki, prasowania dna, zawężania i obróbki mechanicznej. WYKONANIE PARTII MODELOWEJ ŁUSEK O KALIBRZE 30 MM Partia modelowa łusek o kalibrze 30 mm została wykonana zgodnie z przyjętymi założeniami technologii wytwarzania. Wsadem do wyciskania współbieżnego był odcinek pręta, z którego wykonano pierwszą wypraskę, a wsadem do wyciskania przeciwbieżnego była wypraska po wyciskaniu współbieżnym. Wypraskę po wyciskaniu przeciwbieżnym przedstawiono na rys. 8a. Następnie wykonano obróbkę plastyczną wyciągania ścianki z zastosowaniem różnych stempli, matryc i zderzaków. Przykład wytłoczki z partii modelowej po drugim ciągu przedstawiono na rys. 8b. a) Rys. 8. Wypraska po wyciskaniu (a) i po wyciąganiu ścianki (b) Fig. 8. Die stamping after extrusion (a) and wall drawing (b) Pomiędzy operacjami ciągowymi przeprowadzano obróbkę cieplno-chemiczną wytłoczek. Celem tych operacji było zmiękczenie materiału, który umocnił się w trakcie obróbki plastycznej wyciągania i odpowiednie przygotowanie powierzchni do wykonania kolejnego ciągu. Kolejną operacją, po wyciąganiu ścianki, było prasowanie dna łusek. Po operacji prasowania dna następują operacje zawężania, a pomiędzy nimi przeprowadzana jest obróbka cieplna płaszcza łuski polegająca na hartowaniu i odpuszczaniu oraz wyżarzaniu zmiękczającym w obszarze szyjki łuski, która podlega drugiemu zawężaniu. Przykład wytłoczki łuski z partii modelowej po zawężaniu szyjki przedstawiono na rys. 9. Rys. 9. Wytłoczka po operacji zawężania szyjki Fig. 9. Cup after neck thinning operation Po operacji zawężania szyjki przeprowadzono obróbkę skrawaniem. Ostatnim etapem technologii produkcji łusek jest pokrycie ich powierzchni wewnętrznych i zewnętrznych powłoką ochronną. Powłoka chroni powierzchnie łusek przed korozją oraz nadaje jej odpowiednie właściwości eksploatacyjne. Do wymagań właściwości eksploatacyjnych powłoki ochronnej łuski należą między innymi: twardość, odporność na ścieranie i na działanie podwyższonej temperatury. Zastosowano powłokę dwuwarstwową cynkowo-chromową. W pierwszym etapie łuski pokrywano warstwą cynku metodą elektrolityczną, a następnie prowadzono chromianowanie. Badania nad doborem powłoki są nadal kontynuowane. Wykonane łuski zostały przeznaczone do dalszych badań w celu ostatecznej weryfikacji zastosowanych parametrów wytwarzania. b)

11 Prace IMŻ 1 (2011) Technologie kształtowania plastycznego na zimno i obróbki cieplnej wego wykonano w procesie kształtowania ogniwa wewnętrznego i rozstawu osi w całym ogniwie. Wykonane w tej operacji ogniwo przedstawiono na rys. 12. Ostatnią operacją było wykonanie wgniotu w wytłaczaku na części zaczepowej ogniwa. Rys. 10. Łuska z partii modelowej po obróbce skrawaniem i obróbce powierzchniowej Fig. 10. Cartridge case of model batch after machining and surface treatment 8. WYKONANIE NARZĘDZI DO PRODUKCJI OGNIW I WYTWORZENIE MODELOWEJ PARTII OGNIW TAŚMY ROZSYPNEJ Opracowano dokumentację konstrukcyjną narzędzi do produkcji partii modelowej ogniw oraz wytyczne do technologii produkcji ogniw taśmy rozsypnej w zakresie doboru materiału i jego właściwości na poszczególnych etapach wytwarzania pojedynczych ogniw. Określono stan wyjściowy materiału (w zakresie twardości, właściwości mechanicznych i mikrostruktury) istotny z punktu widzenia projektowania narzędzi m.in. ze względu na zjawisko sprężynowania i podatność do operacji gięcia. Opracowano wstępny schemat technologii obejmujący zarówno operacje kształtowania plastycznego jak i obróbki cieplnej. Na podstawie dokumentacji konstrukcyjnej wytworzono prototypowy zestaw narzędzi do produkcji ogniw. Za pomocą tych narzędzi wytworzono partię modelową ogniw stalowej taśmy rozsypnej do amunicji kalibru 30 mm. Partię modelową ogniw wykonano zgodnie z opracowanym procesem technologicznym zakładającym zastosowanie metod obróbki plastycznej na prasach mechanicznych. Przebieg procesu po wykonaniu obrysu ogniwa składał się z kolejnych operacji kształtowania metodą gięcia, wgniatania i przetłaczania. Z uwagi na modelowy charakter partii ogniw nie wykonywano kosztownego w wykonaniu wykrojnika i do wykrawania obrysu zastosowano cięcie wodne. Wykonany w tych operacjach półwyrób przedstawiono na 11. Rys. 11. Półwyrób po gięciu końcówek ogniwa środkowego i wstępnym gięciu promienia Fig. 11. Semi-product after bending of middle link ends and preliminary bending of radius Następnie realizowano proces drugiego gięcia wewnętrznego promienia ogniwa środkowego. Operację ostatecznego kształtowania ogniw zewnętrznych realizowano w procesie kształtowania ogniw zewnętrznych. Operację ostatecznego kształtowania ogniwa środko- Rys. 12. Ogniwo po ostatecznym kształtowaniu Fig. 12. Link after final forming Wykonane ogniwa zostały przeznaczone do dalszych prób technologicznych i do przeprowadzenia obróbki cieplnej oraz do badań laboratoryjnych w celu ostatecznej weryfikacji zastosowanych parametrów wytwarzania i ustalenia założeń do technologii produkcji w celu uzyskania finalnych właściwości wyrobu. Wytworzone w ramach partii modelowej ogniwa, w stanie przed obróbką cieplną, spełniły założenia w zakresie geometrii i wymiarów zgodnie z opracowaną w projekcie dokumentacją konstrukcyjną. BADANIA OGNIW Z PARTII MODELOWEJ Do badań partii modelowej wytypowano ogniwa poddane następującej obróbce cieplnej: hartowanie w oleju poprzedzone nagrzewaniem do temperatury 830 C oraz odpuszczanie w temperaturze 360 C przez 1 godzinę. Zakres badań obejmował: badania mikrostruktury i jakości powierzchni po obróbce cieplnej, pomiary twardości próbek z ogniw po hartowaniu i odpuszczaniu stanowiącym końcowy etap obróbki cieplnej, pomiary właściwości mechanicznych. Do badań mikrostruktury i do pomiarów twardości wycięto próbki z różnych obszarów ogniw. Wyniki pomiarów twardości zamieszczono w tablicy 12. Uzyskana twardość ogniw w zakresie HV10 spełnia wymagania określone na poziomie powyżej 500 HV. Wykonane pomiary w kilku miejscach ogniwa wykazały niewielki rozrzut twardości, który świadczy o prawidłowo przeprowadzonej obróbce cieplnej. Tablica 12. Wyniki pomiarów twardości próbek pobranych z ogniw po finalnej obróbce cieplnej Table 12. Results of hardness measurements of samples taken from links after final heat treatment Oznaczenie próbek Wyniki pomiarów twardości HV10 pr1 530; 525; 530 pr2 536; 530; 536 pr3 542; 536; 536 pr4 530; 530; 519 pr5 536; 536; 530 pr6 525; 536; 536

12 12 Praca zbiorowa Prace IMŻ 1 (2011) a) b) Rys. 13. Mikrostruktura próbek wyciętych z ogniwa Fig. 13. Microstructure of samples cut out of link Tablica 13. Wyniki badań właściwości mechanicznych próbki pobranej z ogniwa po finalnej obróbce cieplnej i powierzchniowej Table 13. Results of mechanical property tests for sample taken from link after final heat and surface treatment Oznaczenie próbki Szerokość, mm Grubość, mm R 0,2, MPa R m, MPa Moduł Younga E, MPa ogn1 3,18 2, Na rys. 13 zamieszczono przykładową mikrostrukturę badanych ogniw. Stwierdzono równomierną mikrostrukturę martenzytu odpuszczonego we wszystkich badanych próbkach. W obszarach przypowierzchniowych ogniwa występowało nieznaczne odwęglenie niezupełne o głębokości ok. 20 μm (0,02 mm), które nie stanowi wady wyrobu. Do badań właściwości mechanicznych zastosowano nietypową próbkę wykonaną z ogniwa po finalnej obróbce cieplnej. Wyniki badań właściwości mechanicznych zamieszczono w tablicy 13. Badana próbka charakteryzuje się wysoką wytrzymałością 1671 MPa i dobrą plastycznością oszacowaną z krzywej rozciągania na poziomie ok. 4%. dołu do góry urządzenia, czyli od szyjki do dna łuski. Fotografia na rys. 14 przedstawia strefowe nagrzewanie indukcyjne i chłodzenie strumieniem wodnym. Przed nagrzewaniem indukcyjnym i chłodzeniem wodnym łuska jest w stanie po zmiękczaniu i pierwszym zawężaniu. 9. OBRÓBKA CIEPLNA MODELOWYCH ŁUSEK Obróbka cieplna łusek obejmująca ulepszanie cieplne płaszcza jest realizowana w celu nadania właściwości mechanicznych w tej części wyrobu. Dodatkowo w obszarze szyjki łusek jest realizowane miejscowe zmiękczanie, które w połączeniu z następującym po nim kształtowaniem na zimno ma zapewnić wymagane w tym miejscu łuski właściwości. Proces hartowania prowadzono z wykorzystaniem metody nagrzewania indukcyjnego strefowego i chłodzenia natryskowego. Polega ona na zastosowaniu wąskiego induktora wzbudnika, który nagrzewa fragment obracającego się przedmiotu. Nagrzewany przedmiot jest płynnie przesuwany w osi pionowej wzbudnika i po osiągnięciu temperatury przemiany austenitycznej wchodzi w obszar schładzania natryskowego wodnego realizowanego za pomocą odpowiednio ukształtowanego pierścienia. W trakcie nagrzewania i chłodzenia łuska obraca się wokół osi pionowej i jest odwrócona dnem do góry, a pierścienie grzewczy i chłodzący przesuwają się od Rys. 14. Hartowanie w strumieniu wodnym po indukcyjnym nagrzaniu strefowym łuski Fig. 14. Quench hardening in water jet after induction zone heating of cartridge case Wykonano pomiary twardości na przekroju poprzecznym pierścieni pobranych z wytłoczek po hartowaniu zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 15. Szerokość pierścieni wynosiła 30 mm. Wyniki pomiarów zamieszczono w tablicy 14. Pomiary twardości na grubości ścianki wykazały poprawną w zakresie wartości i równomierności twardość, świadczącą o występowaniu struktury martenzytu na całej długości wytłoczek.

13 Prace IMŻ 1 (2011) Technologie kształtowania plastycznego na zimno i obróbki cieplnej na stanowisku do strefowego nagrzewania indukcyjnego. Strefa zmiękczana była nagrzana impulsowo do temperatury ok. 900 C. Rys. 15. Fotografia łuski po hartowaniu z zaznaczonymi miejscami pomiarów twardości na grubości ścianki Fig. 15. Photograph of cartridge case after quench hardening with marked points of hardness measurements over the wall thickness Tablica 14. Wyniki pomiarów twardości na przekroju poprzecznym pierścieni pobranych z wytłoczek po hartowaniu Table 14. Results of hardness measurements on cross-section of dies sampled from cups after quench hardening Oznaczenie próbek Wyniki pomiarów twardości HV10 Pr_6 pr 6.6.p 653, 666 pr 6.5.p 689, 692 pr 6.4.p 707, 706 pr 6.3.p 679, 698 pr 6.2.p 714, 693 Pr_8 pr 8.6.p 643, 636 pr 8.5.p 688, 697 pr 8.3.p 704, 697 pr 8.2.p 695, 703 HARTOWANIE METODĄ INDUKCYJNEGO NAGRZEWANIA STREFOWEGO I CHŁODZENIA NATRYSKIEM WODNYM ANALIZA ZASTOSOWANEJ METODY OBRÓBKI CIEPLNEJ Wytypowany do obróbki cieplnej płaszcza łusek sposób hartowania z zastosowaniem indukcyjnego nagrzewania strefowego i chłodzenia natryskiem wodnym posiada następujące cechy charakterystyczne: możliwość nagrzewania i chłodzenia wytłoczki na całej wymaganej długości oraz w wybranym małym obszarze z możliwością uwzględnienia zmian grubości ścianki wyrobu, wysoka wydajność procesu, gdyż nagrzewanie i chłodzenie odbywa się na jednym stanowisku, uniknięcie odkształceń hartowanych detali i nadmiernego utlenienia, możliwość całkowitego zautomatyzowania sterowania procesem: zarówno jego parametrami przesuwu i obrotów jak i parametrami generatora przetwornicy oraz chłodzenia wodą, co zapewnia powtarzalność uzyskiwania wymaganych właściwości wyrobów. WYŻARZANIE SZYJKI ŁUSKI Po ulepszaniu cieplnym płaszcza łusek następuje zawężanie szyjki. W tym celu obszar szyjki łuski, w którym następuje zawężanie jest krótkotrwale nagrzewany. Zmiękczanie szyjki do zawężania przeprowadzono WYZNACZENIE PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ I OPTYMALNYCH WŁAŚCIWOŚCI MODELOWYCH ŁUSEK I ELEMENTÓW TAŚMY Opracowano parametry obróbki cieplnej na poszczególnych etapach technologii wytwarzania łusek i ogniw oraz parametry finalnej obróbki cieplnej kształtującej właściwości mechaniczne i użytkowe w/w wyrobów. Parametry te wyznaczono przy założeniu seryjnej produkcji na podstawie wytworzonej w projekcie partii modelowej łusek i ogniw. Opracowanie optymalnych parametrów obróbki cieplnej dla wyrobów będących przedmiotem projektu wykonano na podstawie charakterystyk materiałowych oraz na podstawie badań właściwości łusek i ogniw po obróbce cieplnej wykonanej w warunkach przemysłowych. Zabiegi obróbki cieplnej dotyczyły zmiękczania wyprasek na poszczególnych etapach kształtowania plastycznego, chłodzenia natryskiem wodnym po wcześniejszym strefowym nagrzewaniu indukcyjnym oraz odpuszczania i zmiękczania miejscowego w obszarze szyjki łuski. Badania łusek wykonano w związku z powyższym po hartowaniu, po odpuszczaniu i po zmiękczaniu. BADANIA WYTŁOCZEK PO OBRÓBCE CIEPLNEJ W WARUNKACH PRZEMYSŁOWYCH Do badań wytypowano materiał w postaci wytłoczek po ulepszaniu cieplnym oraz w postaci łusek po finalnej obróbce cieplnej i kształtowaniu plastycznym szyjki. Wykonane badania były następujące: po hartowaniu, odpuszczaniu 450 C/1 1,5 godziny oraz zmiękczaniu badania mikrostruktury i pomiary twardości na długości płaszcza wytłoczki oraz próby wytrzymałościowe; po hartowaniu i odpuszczaniu jak wyżej oraz zmiękczaniu i zawężaniu szyjki badania mikrostruktury i pomiary twardości na długości płaszcza łuski i próby wytrzymałościowe. Na rys. 16 zamieszczono rozkład twardości na długości płaszcza wytłoczki po finalnej obróbce cieplnej bez kształtowania szyjki łuski. Zgodnie z wymaganiami twardość w rejonie szyjki łuski wynosi od HV. Twardość w pozostałej części płaszcza łuski wynosi ok HV. Na rys. 17 zamieszczono rozkład twardości łuski po finalnej obróbce cieplnej oraz po kształtowaniu szyjki. Rozkład twardości dla badanej próbki jest zgodny z wymaganiami w poszczególnych obszarach łuski. W rejonie szyjki łuski twardość mieści się w granicach HV, a w środkowej części łuski wynosi ok HV. W poszczególnych obszarach ze względu na zastosowany schemat obróbki cieplnej i plastycznej obserwowano zróżnicowane typy mikrostruktury stali: ferrytyczno-perlityczną (i/lub bainityczną) z równomiernie rozmieszczonymi wyspami perlitu i/lub bainitu w obszarze szyjki, martenzytu odpuszczonego z drobnymi węglikami w środkowej części płaszcza oraz strukturę wyjściową nie zmienioną w trakcie zabiegów finalnej obróbki cieplnej w dnie łuski. Pomiędzy wymienionymi strefami o zróżnicowanych mikrostrukturach występowały obszary przejściowe o mikrostrukturach mieszanych. Wymienione typy mikrostruktur w poszczególnych strefach łuski zapewniają uzyskanie

14 14 Praca zbiorowa Prace IMŻ 1 (2011) Rys. 16. Rozkład twardości na długości wytłoczki po finalnej obróbce cieplnej (ulepszanie cieplne płaszcza oraz miejscowe zmiękczenie w obszarze szyjki łuski) Fig. 16. Distribution of hardness over the cup length after final heat treatment (shell toughening and local softening within the cartridge case neck area) Rys. 17. Rozkład twardości na długości wytłoczki po finalnej obróbce cieplnej i plastycznej (ulepszanie cieplne płaszcza oraz miejscowe zmiękczenie w obszarze szyjki łuski i kształtowanie na zimno szyjki) Fig. 17. Distribution of hardness over the cup length after final heat treatment and plastic forming (shell toughening as well as local softening within the cartridge case neck area and cold forming of neck) a) b) Rys. 18. Mikrostruktura w środkowej części płaszcza wytłoczki (a) oraz w pobliżu dna łuski (b) po finalnej obróbce cieplnej Fig. 18. Microstructure in the middle part of cup sheet (a) and nearby the cartridge case bottom (b) after final heat treatment wymaganych właściwości mechanicznych i użytkowych wyrobu. Na rys. 18 zamieszczono przykładowe mikrostruktury w wymienionych obszarach łuski po finalnej obróbce cieplnej i plastycznej. Wyniki badań właściwości mechanicznych próbek pobranych z łusek po finalnej obróbce cieplnej i plastycznej zamieszczono w tablicy 15. Dla próbek ze środkowej części płaszcza łusek w jednym przypadku

15 Prace IMŻ 1 (2011) Technologie kształtowania plastycznego na zimno i obróbki cieplnej nie uzyskano wymaganej wartości wydłużenia. Pozostałe próbki spełniły wszystkie wymagania w zakresie wytrzymałości (R m > 900 MPa) oraz plastyczności (A 5 > 4%). W obszarze szyjki łuski uzyskano wydłużenie A 5 o wartościach 8,0 i 9,6%. Tablica 15. Wyniki badań właściwości mechanicznych wyznaczonych w statycznej próbie rozciągania próbek pobranych z wytłoczek po obróbce cieplnej. Próbki 2HOZ/1 i 2HOZ/2 pobrano ze strefy zmiękczonej w obszarze szyjki łuski, a pozostałe ze środkowej części płaszcza łuski Table 15. Results of testing mechanical properties determined in static tensile test for samples taken from cups after heat treatment. The 2HOZ/1 and 2HOZ/2 samples were taken from softened zone within the cartridge case neck area, while the others from the middle part of the cartridge case shell Oznaczenie próby R 0,2 ; MPa R m, MPa A 5, % 2HOZ/ ,0 2HOZ/ ,6 2HOZ/ ,6 2HOZ/ ,0 2HOZ/ ,0 2HOZZa/ ,0 2HOZZa/ ,0 2HOZZa/ ,0 WYNIKI BADAŃ ŁUSEK Z PARTII PRZEDMODELOWEJ PO TESTACH STRZELANIA Partia łusek przeznaczona do badań w warunkach poligonowych składająca się z 20 sztuk została nazwana u wykonawcy testów strzelania przedmodelową. Do badań z tej partii wytypowano łuski po testach strzelania (oznaczone L8 i L10). Zakres badań łusek obejmował pomiary twardości na długości płaszcza oraz wyznaczenie właściwości mechanicznych z wybranych obszarów próbek. Wyniki pomiarów twardości dla badanych łusek przedstawia rys. 19. Łuski spełniły wymagania w odniesieniu do wartości twardości w poszczególnych strefach. Na uwagę zasługuje także fakt dobrej powtarzalności twardości dla badanych próbek. Do badań właściwości wytrzymałościowych w statycznej próbie rozciągania wytypowano po jednej próbce z obszarów szyjki łusek (nr 8-2 i 10-2) i po jednej ze środkowej części płaszczy łusek (nr 8-4 i 10-4). Wyniki badań właściwości mechanicznych zamieszczono w tablicy 16. Uzyskane wartości wytrzymałości oraz wydłużenia wskazują na poprawność doboru parametrów technologii obróbki cieplnej i prawidłowy przebieg zabiegów technologii wytwarzania. W przypadku właściwości mechanicznych na uwagę także zasługuje dobra powtarzalność uzyskanych wyników pomiarów. PODSUMOWANIE Celem pracy było opracowanie podstaw technologii seryjnej produkcji elementów stalowych amunicji kalibru 30 mm, tj. łuski oraz ogniwa taśmy rozsypnej. Założenia do technologii opracowano dla seryjnej produkcji tych wyrobów na podstawie wytworzonych w projekcie partii modelowych. Technologie wytwarzania łusek i ogniw stalowych podzielono na dwa główne etapy. Pierwszy etap dotyczył doboru materiału oraz parametrów obróbki cieplnej na poszczególnych etapach wytwarzania, a drugi etap był związany z technologią ob- Rys. 19. Rozkłady twardości na długości płaszcza łusek po testach ostrzałem Fig. 19. Distributions of hardness over cartridge case shell length after firing tests Tablica 16. Wyniki badań właściwości mechanicznych wyznaczonych w próbie statycznego rozciągania próbek pobranych z łusek po testach strzelania Table 16. Results of testing mechanical properties determined in static tensile test for samples taken from cartridge cases after shooting tests Oznaczenie próbki R 0,2, MPa R m, MPa A 5, % Grubość ścianki w miejscu pobrania próbki, mm Miejsce pobrania próbki 8_ ,3 0,68 Szyjka łuski 8_ ,7 1,04 Płaszcz łuski 10_ ,3 0,71 Szyjka łuski 10_ ,7 1,06 Płaszcz łuski

16 16 Praca zbiorowa Prace IMŻ 1 (2011) róbki plastycznej w zakresie konstrukcji i wytworzenia wyrobów i narzędzi do ich produkcji. DOBÓR MATERIAŁU I PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ DO WYTWARZANIA ŁUSEK Technologia produkcji seryjnej łusek stalowych oraz końcowe właściwości wyrobu, zmienne na długości płaszcza łuski, wymagają zastosowania do ich wytwarzania stali średniowęglowej niestopowej w postaci pręta ciągnionego o średnicy 46 mm. Pręt walcowany na gorąco o średnicy około 50 mm stanowiący wsad do ciągnienia powinien być wykonany z wlewka ciągłego o przekroju poprzecznym minimum mm (preferowany mm), aby zapewnić odpowiednio duży stopień przerobu plastycznego. W stanie dostawy należy poddać kontroli: skład chemiczny, twardość, właściwości mechaniczne, głębokość odwęglenia, mikrostrukturę. Pręt w stanie dostawy należy dostarczyć po obróbce cieplnej zmiękczającej na twardość poniżej 140 HB. Mikrostruktura powinna być równomierna na przekroju poprzecznym i składać się z ferrytu i skoagulowanych węglików. Taki stan materiału zapewnia podatność do obróbki plastycznej metodą wyciskania i dalszego wyciągania ścianki na zimno. W trakcie wyciągania ścianki na zimno stosuje się wyżarzanie międzyoperacyjne, zapewniające uzyskanie optymalnej twardości i równomierność mikrostruktury niezbędne do realizacji kolejnych ciągów w celu otrzymania ścianki o grubości poniżej 1 mm. Zgodnie z opracowanymi wytycznymi w zakresie składu chemicznego i formatu wlewków przemysłowych oraz uwzględniając dostępność tego typu asortymentu półwyrobów na krajowym rynku wytwórców wlewków ciągłych, do produkcji łuski kalibru 30 mm zmodyfikowano skład stali w gatunku C35 i wytypowano format wlewków kw. 160 mm. W stosunku do stali standardowo wytwarzanego gatunku C35 uwzględniono dodatkowe wymagania dotyczące stali do ciągnienia na zimno wyrobów o małej grubości ścianki. Wymagania te są związane z zawartością takich pierwiastków jak: Si, P, S, Cu, Sn. Zawartość C i Mn ustalono na poziomie, który zapewnił uzyskanie wymaganych właściwości mechanicznych wyrobów po obróbce cieplnej. OBRÓBKA CIEPLNA ŁUSEK Obróbka cieplna stosowana w technologii wytwarzania łusek obejmuje kilka etapów. Pierwszy etap jest związany z wyżarzaniem międzyoperacyjnym zmiękczającym, stosowanym po kolejnych ciągach realizowanych na zimno. Następnie obszar płaszcza łuski jest poddawany hartowaniu, które jest realizowane przez indukcyjne nagrzewanie strefowe i bezpośrednie chłodzenie natryskowe wodne. Kolejnym zabiegiem jest odpuszczanie płaszcza łuski w piecu komorowym. Po odpuszczaniu obszar płaszcza łuski w jego górnej części jest miejscowo i chwilowo nagrzewany do zakresu austenitu i poddawany swobodnemu studzeniu w powietrzu. Ma to na celu zmiękczenie tej strefy przed kształtowaniem szyjki łuski na zimno. Odkształcenie szyjki łuski nadaje kształt końcowy wyrobu oraz wymagane właściwości mechaniczne w obszarze górnym. Pręt ciągniony po wyżarzaniu zmiękczającym o twardości poniżej 140 HB(HV) stanowi materiał wsadowy do produkcji łusek. Operacje wyżarzania zmiękczającego są wykonywane każdorazowo po kolejnych etapach wyciągania ścianki łuski. Na skutek kilkukrotnego wyżarzania w obszarze ścianki łuski powstaje mikrostruktura o osnowie równoosiowych ziarn ferrytu z równomiernie rozłożonymi i globularnymi (skoagulowanymi) węglikami. Parametry wyżarzania zmiękczającego są następujące: temperatura C, czas 1 2 godziny. W celu powtarzalnego uzyskiwania w stanie zmiękczonym twardości niższej od 140 HB/ HV dla różnych wytopów stali C35, należy zastosować temperaturę z zakresu ºC i odpowiednio długi czas wyżarzania dobrany eksperymentalnie. Stosowanie temperatury wyższej niż 700ºC nie jest zalecane, gdyż na skutek niedokładności w uzyskaniu rzeczywistej temperatury materiału może nastąpić przekroczenie temperatury Ac 3 i reaustenityzacja, prowadząca po ochłodzeniu do wzrostu twardości. Hartowanie płaszcza łuski jest realizowane po operacji drugiego zawężania. Materiał wyjściowy do hartowania charakteryzuje struktura nieznacznie odkształconego ferrytu i globularnych węglików powstała w wyniku kilkukrotnego wyżarzania zmiękczającego i odkształcenia w trakcie zawężania. Hartowanie jest realizowane przez strefowe nagrzewanie indukcyjne i intensywne chłodzenie natryskowe wodne. Proces hartowania jest w pełni zautomatyzowany w zakresie prędkości przesuwu cewki nagrzewającej i chłodzącej oraz mocy generatora uwzględniających zmienną grubość ścianki łuski. Temperatura nagrzewania ze względu na krótki czas powinna być wyższa od 950 C. W warunkach nagrzewania indukcyjnego ze względu na krótki czas procesu nie występuje zagrożenie rozrostu ziarna austenitu oraz znacznego odwęglenia i/lub utlenienia w przypowierzchniowej warstwie płaszcza półwyrobu. Poprawność procesu hartowania należy potwierdzić przez pomiary twardości płaszcza łuski. Twardość powinna wynosić 600±20 HV i być równomierna na przekroju niezależnie od grubości ścianki. Odpuszczanie płaszcza łuski jest istotnym etapem technologii wytwarzania, w którym kształtowane są finalne właściwości tego obszaru wyrobu. Na podstawie badań laboratoryjnych oraz przemysłowych eksperymentów wytwarzania partii modelowej łusek ustalono temperaturę odpuszczania 450 C oraz czas odpuszczania 120 minut. Twardość płaszcza łusek wynosi po odpuszczaniu od 310 do 350 HV i jest zgodna z założonymi wymaganiami. W tym obszarze łusek wykonuje się również badania właściwości mechanicznych. W obszarze płaszcza łusek materiał posiada najwyższą wytrzymałość R m > 900 MPa i A 5 > 4%. Operacja zmiękczania przed kształtowaniem szyjki łuski ma na celu umożliwienie prawidłowego przeprowadzenia operacji nadania kształtu w tym obszarze łuski metodą odkształcenia na zimno oraz jednoczesne nadanie wymaganych właściwości (twardości). Zabieg ten jest realizowany przez strefowe i chwilowe nagrzewanie indukcyjne do zakresu austenitu (powyżej 900 C) i swobodne chłodzenie w powietrzu. Twardość po obróbce zmiękczającej w rejonie szyjki łuski wynosi od HV i nieznacznie wzrasta na skutek zabiegu kształtowania, ze względu na wielkość stosowanych w tej operacji odkształceń. Uzyskany poziom twardości gwarantuje prawidłowe parametry wyrobu w zakresie siły rozcalania pocisku z łuską, co jest przedmiotem badań odbiorowych.

17 Prace IMŻ 1 (2011) Technologie kształtowania plastycznego na zimno i obróbki cieplnej DOBÓR MATERIAŁU I PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ DO WYTWARZANIA OGNIW TAŚMY ROZSYPNEJ Do produkcji ogniw taśmy rozsypnej dobrano stal w gatunku C55 w postaci taśmy walcowanej na zimno o grubości 2 mm. W stanie dostawy materiał powinien być zmiękczony na twardość poniżej 200 HV (R m < 600 MPa i wydłużenie A 80 = min. 20%). Technologia wytwarzania ogniwa składa się z operacji wycinania oraz gięcia, a następnie obróbki cieplnej. Obróbka cieplna ogniw polega na hartowaniu z temperatury 830 C i niskim odpuszczaniu w celu uzyskania wytrzymałości powyżej 1400 MPa. W trakcie wytwarzania partii modelowej ogniw zastosowano następujące parametry obróbki cieplnej: temperatura nagrzewania 830 C i chłodzenie w oleju; temperatura odpuszczania 360 C, czas odpuszczania 60 minut. Zastosowane parametry gwarantują uzyskanie wymaganych właściwości mechanicznych i użytkowych wyrobów z wystarczającym zapasem bezpieczeństwa. Uzyskana twardość badanych ogniw z partii modelowej w zakresie HV10 spełnia wymagania określone na poziomie HV. W próbie rozciągania niestandardowej próbki pobranej z ogniwa po finalnej obróbce cieplnej uzyskano: R 0,2 > 1500 MPa; R m > 1600 MPa oraz wydłużenie oszacowane na poziomie 4%. Ogniwa po obróbce cieplnej należy poddać kontroli kształtu i wymiarów i w razie potrzeby zastosować operację kalibrowania. Przeprowadzone w projekcie badania wykazały, że zastosowane dla wytypowanego gatunku stali hartowanie w oleju i odpuszczanie nie powoduje zniekształceń wyrobu wywołanych naprężeniami hartowniczymi. KONSTRUKCJA ŁUSEK I OGNIW ORAZ NARZĘDZI DO ICH WYTWARZANIA Opracowano dokumentację konstrukcyjną wyrobów oraz narzędzi do wyprodukowania partii modelowych łusek i ogniw. W trakcie realizacji pracy dokumentacja była na bieżąco korygowana na podstawie badań jakości półwyrobów i wyrobów w zakresie geometrii, wymiarów i jakości powierzchni oraz jakości wewnętrznej. Dokonano m.in. korekty w dokumentacji konstrukcyjnej łuski w zakresie kąta nachylenia ścianki szyjki w wyniku szczegółowych badań oraz przeprowadzonych testów ostrzału. Artykuł zawiera wyniki pracy finansowanej przez MNiSW ze środków na naukę w latach jako projekt rozwojowy nr O R LITERATURA 1. J. Marcisz, J. Stępień, J. Materniak, Z. Kaczmarek: Podstawy technologii produkcji łuski stalowej kalibru 30 mm, Materiały Konferencyjne Perspektywy rozwoju krajowej produkcji napędów rakietowych AMUNICJA 2009, Kołobrzeg kwietnia 2009, wyd. Politechniki Poznańskiej, s J. Marcisz, J. Stępień, J. Materniak, Z. Kaczmarek, D. Szałata, B. Garbarz, M. Adamczyk, W. Burian: Technologia produkcji łuski stalowej kalibru 30 mm w FPS Bolechowo. Materiały VIII Międzynarodowej Konferencji Uzbrojeniowej - Naukowe aspekty techniki uzbrojenia i bezpieczeństwa, Pułtusk, , s Z. Kaczmarek, J. Materniak, D. Szałata, J. Marcisz, J. Stępień, B. Garbarz, M. Adamczyk: Taśma amunicyjna do naboju kalibru 30 mm podstawy technologii produkcji. Problemy Mechatroniki, Uzbrojenie, Lotnictwo, Inżynieria Bezpieczeństwa, 2 (2), 2010, Z. Kaczmarek, J. Materniak, D. Szałata, J. Marcisz, J. Stępień, B. Garbarz, M. Adamczyk: Taśma amunicyjna do naboju kalibru 30 mm podstawy technologii produkcji. Materiały VIII Międzynarodowej Konferencji Uzbrojeniowej Naukowe aspekty techniki uzbrojenia i bezpieczeństwa, Pułtusk, , s J. Marcisz, J. Stępień, J. Materniak, Z. Kaczmarek, D. Szałata, B. Garbarz, M. Adamczyk, W. Burian: Technologia produkcji łuski stalowej kalibru 30 mm w FPS Bolechowo. Problemy Mechatroniki, Uzbrojenie, Lotnictwo, Inżynieria Bezpieczeństwa, 2 (4), 2011, Recenzent: prof. dr hab. Józef Paduch