Toplotne lastnosti visokokakovostnega jekla za protibalistično zaščito : magistrsko delo

Miladinovska, Julija (avtor), Kosec, Borut (mentor), Mrvar, Primož (član komisije za zagovor), Terčelj, Milan (član komisije za zagovor)

Osnovni namen magistrskega dela je bil določiti toplotne lastnosti in kemijsko sestavo ter ovrednotiti mikrostrukturo visokotrdnih jekel za protibalistično zaščito PROTAC 500, PROTAC 550 in PROTAC 600, največjega slovenskega proizvajalca jekla SIJ Acroni d.o.o., na temperaturnem območju od sobne temperature do 400 °C. Toplotna in temperaturna prevodnost ter specifična toplota so bile določene z metodo tranzientnega planarnega toplotnega vira (TPS) z instrumentom Hot Disk TPS 2200. Gostota je bila določena s klasično Arhimedovo metodo v vodi in z avtomatizirano napravo Densitec v silikonskem olju. Mikrostruktura jekla je bila analizirana z vrstično elektronsko mikroskopijo (SEM), kemijska sestava pa določena z energijsko disperzijsko rentgensko spektroskopijo (EDS). Pri določanju gostote se je klasična Arhimedova metoda v vodi izkazala za stabilnejšo in ponovljivejšo od avtomatizirane naprave Densitec v silikonskem olju, ki je zaradi viskoznosti medija sistematično precenjevala vrednosti za do 2,26 %. Pri sobni temperaturi je imelo jeklo PROTAC 500 najnižjo toplotno prevodnost, približno 19 W/(m·K), in temperaturno prevodnost, približno 5,2 mm²/s. Najvišji vrednosti sta bili določeni za jeklo PROTAC 550, približno 29 W/(m·K) za toplotno prevodnosti in 7,7 mm²/s za temperaturno prevodnost. Do temperature 400 °C ni bil ugotovljen enoten trend spreminjanja toplotne prevodnosti vseh treh jekel. Dokazan je bil tudi izrazit vpliv specifične toplote na izračun temperaturne prevodnosti, kar je pokazalo potrebo po upoštevanju njene temperaturne odvisnosti pri meritvah pri povišanih temperaturah. Z vrstično elektronsko mikroskopijo je bila pri vseh treh jeklih ugotovljena popuščena martenzitna mikrostruktura, sestavljena iz finih martenzitnih letev. Energijska rentgenska spektroskopija je potrdila razlike v kemijski sestavi matice in sekundarnih faz ter pri jeklu PROTAC 550 prisotnost delcev, obogatenih s titanom in niobijem. Dobljeni rezultati so dopolnili podatke o toplotnih lastnostih visokotrdnih jekel za protibalistično zaščito ter omogočili primerjavo njihovega toplotnega vedenja pri povišanih temperaturah.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: visokotrdna jekla za protibalistično zaščito, toplotna prevodnost, temperaturna prevodnost, metoda Hot Disk TPS, gostota.
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
• Organizacija: NTF - Naravoslovnotehniška fakulteta
• Kraj izida: Ljubljana
• Založnik: J. Miladinovska
• Leto izida: 2026
• Št. strani: XVII, 82 str.
• PID: 20.500.12556/RUL-188725
• UDK: 669
• COBISS.SI-ID: 293645571
• Datum objave v RUL: 26.09.2026

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Thermal properties of high-quality armour steel : master's thesis

Izvleček

The primary objective of this master's thesis was to determine the thermal properties and chemical composition, as well as to evaluate the microstructure of PROTAC 500, PROTAC 550, and PROTAC 600 high-strength ballistic protection steels. These steels are produced by Slovenia's largest steel manufacturer, SIJ Acroni d.o.o. The evaluation was conducted across a temperature range from room temperature to 400 °C. Thermal conductivity, thermal diffusivity, and specific heat were determined using the transient planar source (TPS) method with a Hot Disk TPS 2200 instrument. Density was determined using the Archimedes method in water, and the automated Densitec method in silicone oil. The microstructure of the steel was analyzed using scanning electron microscopy (SEM), and the chemical composition was determined using energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). For the density measurements, the classic Archimedes method in water proved to be more stable and reproducible than the automated Densitec device in silicone oil. Due to the viscosity of the medium, the Densitec device systematically overestimated the density values by up to 2.26%. At room temperature, PROTAC 500 steel exhibited the lowest thermal conductivity at approximately 19 W/(m·K) and the lowest thermal diffusivity at approximately 5.2 mm²/s. The highest values were recorded for PROTAC 550 steel, which reached approximately 29 W/(m·K) for thermal conductivity and 7.7 mm²/s for thermal diffusivity. Up to a temperature of 400 °C, no uniform trend in thermal conductivity variation was observed among the three steels. Furthermore, a pronounced influence of specific heat on the calculation of thermal diffusivity was demonstrated. This highlights the necessity of considering temperature dependence during measurements at elevated temperatures. SEM analysis revealed a tempered martensitic microstructure consisting of fine martensitic laths across all three steels. EDS analysis confirmed differences in the chemical composition of the matrix and secondary phases and identified the presence of titanium- and niobium-enriched particles in the PROTAC 550 steel. The obtained results complement the existing data on the thermal properties of high-strength ballistic protection steels and enable a comprehensive comparison of their thermal behavior at elevated temperatures.

• Ključne besede: high-strength ballistic protection steels, thermal conductivity, thermal diffusivity, Hot Disk TPS method, density