Перспективы повышения броневых свойств алюминиевых сплавов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Перспективы повышения броневых свойств алюминиевых сплавов

В.Ф. Каширин

Э.Н. Петрова

В.П. Яньков

Для изделий легкой весовой категории необходимость снижения массы диктуется требованиями обеспечения высокой маневренности, плавучести и авиатранспортабельности при одновременном повышении уровня защиты. Применение алюминиевых сплавов объясняется рядом существенных преимуществ их перед сталью, такими как высокая технологичность при выплавке, литье, всех видах горячей и холодной деформации и механической обработки, что позволяет снизить трудоемкость производства конструкций. При достаточно высокой стойкости в большинстве условий испытаний алюминиевые сплавы обеспечивают требуемую жесткость в значительно меньшей массе нежели стали.

Технологичность и малый вес алюминия облегчает создание на его основе различного рода комбинированных и композиционных (слоистых) материалов. алюминиевый сплав сталь

В России в период 1960-1963 гг. были разработаны алюминиевые броневые сплавы 1901 и 1903 системы Al-Zn-Mg, которые нашли широкое применение в изделиях бронетанковой техники легкой весовой категории.

С момента создания этих сплавов и до настоящего времени как у нас, так и за рубежом, идет непрерывный поиск путей повышения уровня их пулестойкости. Решение этой задачи связано с необходимостью одновременного повышения прочностных и пластических свойств. Существенное повышение твердости за счет легирования приводит к снижению пластических свойств. Уровень броневых свойств сплавов при таких решениях снижается.

Повышение уровня прочностных и пластических свойств сплавов 1901 и 1903 технологическим приемами за счет повышения качества слитка, снижения продольно-поперечной анизотропии механических свойств, режимов деформационно-термической обработки ДТО, создания заданной анизотропии за счет сдвиговых деформаций, дает прирост механических характеристик, особенно пластических, но не приводит к заметному росту броневых свойств. В то же время использование таких процессов в значительной степени усложняет технологический процесс изготовления алюминиевой брони, и следовательно, приводит к значительному росту ее стоимости.

Наиболее перспективным направлением повышения броневых свойств применительно к алюминиевым сплавам является разработка слоистых материалов, отличительной особенностью которых является наличие у них резерва пластических свойств, за счет применения прослоек из алюминия АД1, что позволяет использовать в качестве основного слоя более прочные сплавы, чем существующие 1901 и 1903 табл. 1.

Приведена область хрупких разрушений для сплавов 1901 и 1903: 160 ед HB - для пуль, 135 ед НВ - для снарядов.

Приведена конструкция слоистых плит, с прослойками АД1 и характер разрушения. Это позволяет повысить твердость лицевого слоя до 190 ед НВ для пуль и 170 ед НВ для снарядов и изменить характер разрушения.

Процесс разрушения алюминиевой брони как в околократерной зоне, так и в зоне откола связан с пластической деформацией, обусловленной внедрением индентора.

Возникновение поперечных трещин и их слияние образует тыльный откол при непробитии, что связано с направлением волокна.

В слоистом алюминиевом материале меняется характер разрушения, с тыльной стороны образуется выпучина, тыльные отколы отсутствуют, что повышает стойкость и живучесть. ОАО "НИИ Стали" разработало семейство слоистой алюминиевой брони ПАС-1, ПАС-2, ПАС-1А, ПАС-2А, ПАС-1Б с различными марками алюминиевых высокопрочных сплавов для лицевого слоя с повышенным содержанием Zn/Mg с 1,8…2,7 и твердостью до 180 ед НВ и тыльным слоем из сплава 1903 с твердостью 140-150 ед НВ. Такое соотношение Zn/Mg приводит к увеличению твердости и одновременно значительному повышению стойкости к коррозионному разрушению.

Сравнительная оценка пулестойкости плит из слойных алюминиевых сплавов показала возможность повышения уровня противопульной стойкости по сравнению с:

1903 - слоистые плиты ПАС-1 и ПАС-2 обеспечивают выигрыш 5…8%;

ПАС-1 А и ПАС-2 А - 3…5% по сравнению с ПАС-1 и ПАС-2.

Дальнейшие разработки слойной алюминиевой брони ПАС-1 Б позволяют повысить выигрыш и по сравнению с ПАС-1 А до 5%.

В ОАО "НИИ Стали" разработан технологический процесс изготовления крупногабаритных слоистых плит. Выпущены технические условия.

Использование плит ПАС-1 А, ПАС-2 А, ПАС-1 Б в корпусах и башнях, обработанных по низкотемпературным режимам термообработки корпусов и башен, обеспечивает повышение уровня броневых свойств на 5…7% и уровень коррозионной стойкости по сравнению с серийными плитами за счет использования в качестве плакирующих и промежуточных слоев сплава АЦ1, осуществляющего протекторную защиту основных слоев.

Применение алюминиевой брони для СИЗ было ограничено. Малая толщина, ограниченный вес СИБ, комплексные требования по защите как от пуль, так и осколков, делают условия нагружения их чрезвычайно жесткими и применение какого-либо одного броневого материала не может обеспечить максимальную защиту при минимальной массе, особенно с учетом запреградного действия.

Механизм работы брони при малых b/d 0,5, характерный для СИБ, приводит к изгибу брони и пробитию по типу откола при незначительной пластической деформации, и следовательно, является неэффективным.

Замена стали и титана на алюминиевые сплавы равновесомых толщин значительно увеличивает жесткость преграды и меняет характер разрушения от "прокола" к "срезу пробки", который является наиболее энергоемким типом поражения. Появление высокотвердых алюминиевых сплавов с НВ 170 ед с использованием их в комбинации с тканевым пакетом позволяет увеличить деформированный объем металла. Общая энергоемкость является достаточно высокой. В целом, поверхностная плотность такой комбинированной преграды является минимальной [1].

Эффективность защиты СИБ повышается с увеличением твердости лицевого слоя. В ОАО «НИИ стали» разработана слойная алюминиевая броня по гранульной технологии позволяющая получить твердость 200 ед НВ.

Наиболее эффективно применение гранульных технологий для СИБ, с твердостью 1790…2070 МПа.

В таблице приведены результаты испытаний различных бронеэлементов при обстреле пистолетом ТТ, пуля Пст Д = 5 мм, V₃ = 425±10 м/с. Угол обстрела 0°.

Как показали результаты испытаний, повышение твердости до 2000 МПа лицевого слоя за счет гранульной технологии позволяет обеспечить выигрыш по массе до 10% в сравнении со сплавом 1903.

В настоящее время ОАО «НИИ стали» разработало ряд бронежилетов и шлемов, обеспечивающих защиту 2 класса ГОСТ Р 50744-95. Указанное направление является перспективным, что связано, в первую очередь с дороговизной чисто тканевых бронежилетов. Титановые бронеэлементы не имеют преимущества по массе перед бронеэлементами из АБТ, но существенно превосходят их по стоимости [2].

Эффективное применение алюминиевых сплавов в СИБ для более высоких классов защиты связано с возможностью дальнейшего повышения твердости путем создания композиционных материалов алюминий + А1₂О₃.

Проведенные в этом направлении работы показали принципиальную возможность нанесения керамического слоя на алюминиевую подложку, однако сложность состоит в получении достаточно толстых (> 1м) слоев.

Все возрастающие требования по защите легких машин (пули) калибров 12,7 мм, 14,5 мм Б32 делает актуальной задачу разработки композиционной брони керамика + алюминий. Основная задача состоит в получении надежного соединения керамика + алюминиевый сплав с хорошей адгезионной связью, позволяющей получить удовлетворительную живучесть. Одним из направлений может быть разработка навесной полугибкой панели (самоклеющейся) из керамики, покрытой уникальными герметизирующим составом на алюминиевый корпус.

1. Сплав АБТ 101.

2. Опытный гранулированный сплав типа 1996.

3. Слоистый сплав композиции: лицевой слой из гранулированного сплава типа 1996, тыльный слой из сплава АМг6.

Соотношение слоев Б1; твердость слоев Нв=2000/1100 МПа; 2000/800 МПа

Проведенные ОАО «НИИ стали» испытания комбинированных преград керамика + А1 сплав 1903 пулями калибра 14,5 мм Б32 в сравнении с другими материалами показали эффективность до 40% в сравнении со стальной гомогенной броней с высокой твердостью и 45% в сравнении с алюминиевой броней 1903. Указанные направления могут быть реализованы в течение 3…5 лет.

Литература

1. Григорян В.А., Петрова Э.Н., Прошкин В.В., Чухин Б.Д., Яньков В.П., Хромушин В.А. «Перспективы применения Al брони для создания легких бронежилетов». ВОТ, серия 15, выпуск 1-2, 2003 г.

2. Григорян В.А., Петрова Э.Н., Хромушин В.А. , Яньков В.П. «Исследование возможности путей создания перспективных материалов для средств индивидуальной защиты бойца». ВОТ, серия 16, выпуск 3-4, 2003 г.

Размещено на Allbest.ru