Получение высокопрочных композиционных броневых материалов сваркой взрывом на основе новых схем армирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Получение высокопрочных композиционных броневых материалов сваркой взрывом на основе новых схем армирования

Первухин Леонид Борисович - доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией, лаборатория высокоэнергетических методов обработки материалов, Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина, г. Москва;

Крюков Дмитрий Борисович - кандидат технических наук, доцент

Кривенков Алексей Олегович - кандидат технических наук, доцент

Аннотация

В статье анализируется состояние вопроса создания эффективных гетерогенных броневых материалов на основе цветных металлов и сплавов. Обоснована перспективность изготовления гетерогенных броневых материалов сваркой взрывом. Обоснованы преимущества технологии сварки композиционных материалов взрывом по сравнению с традиционными способами сварки. Рассмотрена схема многослойного интерметаллидного бронирования композитов с перфорированными упрочняющими слоями. Показаны преимущества схемного решения, повышающие живучесть бронированной техники по сравнению с аналогами.

Ключевые слова: сварка взрывом, композиционный армированный материал, гетерогенные материалы, бронирование, интерметаллид.

PRODUCTION OF HIGH-STRENGTH COMPOSITE ARMOR MATERIALS BY EXPLOSION WELDING ON THE BASIS OF NEW REINFORCEMENT SCHEMES

Pervukhin L.B., Kryukov D.B., Krivenkov A.O.

The article analyzes the issue of creating effective heterogeneous armor materials based on non-ferrous metals and alloys. The prospects of manufacturing heterogeneous armor materials by explosion welding are substantiated. Advantages of technology of welding of composite materials by explosion in comparison with traditional methods of welding are proved. The scheme of multilayer intermetallic armored of composites with perforated reinforcing layers is considered. The advantages of the circuit solution that increase the su.rvivability of armored vehicles in comparison with analogues are shown.

Keywords: explosion welding, composite reinforced material, heterogeneous materials, armor, intermetallic compound.

Изготовление гетерогенной брони из разноплотных и разнопрочностных материалов традиционными способами сварки и прокатки практически невозможно. В этой связи актуально применение для этих целей сварки материалов взрывом, которая позволяет получать высокопрочные соединения из разнородных металлов практически неограниченной площади. Возможности сварки взрывом существенно расширяются путем комбинирования с методами пакетной сварки, прокатки, наплавки и т.п. Формирование сварного соединения сваркой взрывом из разнородных материалов происходит в твёрдой фазе без расплавления и изменений структуры материала [1, 2].

В период с 2014-2016 гг. в Пензенском государственном университете с участием ООО "Битруб Интернэшнл" под руководством д.т.н., проф. Первухина Л.Б. выполнен проект «Изучение возможности применения методов высокоэнергетического воздействия для формирования заданного комплекса механических и теплофизических свойств композиционных материалов» (соглашение № 14-19-00251 от 26 июня 2014 года) в рамках выполнения фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований в 2014 - 2016 годах по приоритетному направлению деятельности Российского научного фонда «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

В результате был разработан новый способ изготовления изотропных по механическим свойствам металлических композиционных материалов на основе титана и алюминия сваркой взрывом, с последующим технологическим переделом [3, 4].

В основу разработки новых металлических композиционных материалов положен принцип [5] армирования промежуточным упрочняющим слоем с перфорациями в виде противоположно направленных конусов, усеченных в середине листа. Перфорированный промежуточный упрочняющий слой 3 из титана располагается между листами 1 и 2 из алюминиевого сплава (рисунок 1). Для броневых материалов количество армирующих перфорированных интерметаллических слоев в структуре должно быть не менее двух, располагаемых таким образом, чтобы перфорации не накладывались одна на другую в последующем армирующем слое (рисунок 2).

В качестве основы и лицевого слоя (слой Б - рисунок 3) использовали листы из высокопрочного сплава алюминия марки АБТ 102, а в качестве промежуточного армирующего перфорированного слоя (слой А - рисунок 3) титан марки ВТ1-0.

1 и 2 - пластины из алюминиевого сплава; 3 - промежуточная перфорированная пластина из титана; 4 - перфорации в армирующем слое, 5 - конструктивный элемент для обеспечения зазора между свариваемыми пластинами перед сваркой взрывом

Рис. 1. Схема установки элементов перед сваркой взрывом

композиционный сварка армирование

На заключительной стадии изготовления композиционной брони посредством термической обработки осуществляется синтез интерметаллических слоев заданной толщины на границе соединения металла основы композита и армирующего перфорированного слоя (см. рисунок 2).

Наличие высокотвердых интерметаллических прослоек в структуре гетерогенной брони способствует эффективному разрушению сердечников пуль с последующим удержанием образующихся осколков керамики и сердечника энергоёмкими слоями вязкой металлической матрицы брони. Качественный анализ интерметаллических прослоек металлических композиционных материалов показал, что их состав соответствует интерметаллиду TiAl3 [6].

Образование неразъемного соединения металла основы композита через перфорации армирующего слоя существенно повышает его прочность, а наличие перфораций в интерметаллическом слое способствует гашению развития хрупких трещин по межслойным границам интерметаллида в локальной области при баллистическом воздействии на броню, что является причиной расслоения и потери геометрии конструкции.

На сегодняшний день коллективом авторов проведен комплекс работ по получению сваркой взрывом нового гетерогенного металлического бронематериала на основе сплавов алюминия или титана с упрочняющими перфорированными элементами из титана или алюминиевого сплава соответственно и высокопрочным интерметаллическими прослойками на границе их соединения.

Определены основные режимы технологического процесса сварки взрывом, позволяющие исключить возможность образования непроваров, краевых дефектов и разрушения упрочняющих элементов [7].

Разработанные и запатентованные авторами работы схемные решения позволят создать новый класс гетерогенных броневых материалов на основе цветных металлов и сплавов для модернизируемых и вновь создаваемых образцов вооружений, военной и специальной техники. Заложенные в изобретении принципы армирования композитов позволяют существенно повысить живучесть бронированной техники по сравнению с аналогами.

Рис. 2. Схема многослойного интерметаллидного бронирования

Список литературы /References

1. Григорян В.А., Кобылкин И.Ф., Маринин В.М., Чистяков Е.Н. Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования. М.: РадиоСофт, 2008. 406 с.

2. Гладышев С.А., Григорян В.А. Броневые стали. М.: Интермет Инжиниринг, 2010. 334 с.

3. Первухин Л.Б., Крюков Д.Б., Кривенков А.О., Чугунов С.Н. Структурные превращения и свойства композиционного материала титан-алюминий при термической обработке // Физика металлов и металловедение, 2017. Том 118. № 8. С. 801-805.

4. Розен А.Е., Кривенков А.О., Крюков Д.Б., Чугунов С.Н., Первухина О.Л., Гуськов М.С. Способы получения композиционных материалов методами высокоэнергетического воздействия. Издательство ПГУ. г. Пенза, 2016

5. Первухин Л.Б., Казанцев С.Н., Крюков Д.Б., Чугунов С.Н., Кривенков А.О., Розен А.Е. Способ получения композиционного материала // Патент России № 2606134, 2017. Бюл. № 16.

6. Первухин Л.Б., Крюков Д.Б., Кривенков А.О., Чугунов С.Н. Кинетика диффузионных процессов протекающих в композиционном материале титан-алюминий // Металлург. № 9, 2016. С. 101-103.

7. Первухин Л.Б., Крюков Д.Б., Кривенков А.О., Чугунов С.Н. Разработка новых схем армирования композиционных материалов на основе интерметаллического упрочнения // Металлург. № 7, 2016. С. 85-87.

Размещено на Allbest.ru