Алюмінієва композитна броня
Етторе ді Руссо
Професор Ді Руссо є науковим керівником фірми "Алюміній", що входить до складу італійської групи MCS консорціуму EFIM.
Фірма "Алюміній", що входить до складу італійської групи MCS розробила новий тип композитної броньовий плити, придатної для використання на легких бойових броньованих машинах (AFV). Вона складається з трьох основних шарів різних за складом і механічними властивостями алюмінієвих сплавів, з'єднаних разом в одну плиту за допомогою гарячої прокатки. Ця композитна броня забезпечує кращу балістичну захист, ніж будь-яка стандартна монолітна броня з алюмінієвих сплавів, використовуваних в даний час: алюмінієво-магнієвого (серії 5ххх) або алюмінієво-цинково-магнієвого (серії 7ххх).
Ця броня забезпечує таке поєднання твердості, ударної в'язкості і міцності, яке забезпечує високий опір балістичному впровадження снарядів кінетичної дії, а також опір утворенню відколів броні з тильної поверхні в районі удару. Вона також може зварюватись при використанні звичайних методів дугового зварювання в середовищі інертного газу, що робить її придатною для виготовлення елементів бойових броньованих машин.
Центральний шар цієї броні виготовлений з алюмінієво-цинково-магнієво-мідного сплаву (Al-Zn-Mg-Cu), який має високу механічну міцність. Передній і задній шари виготовлені з піддається зварюванні ударновязкого Al-Zn-Mg сплаву. Між двома внутрішніми контактними поверхнями додаються тонкі шари з технічно чистого алюмінію (99,5% Al). Вони забезпечують кращу ацгезію і підвищують балістичні властивості композитної плити.
Таке композитне будова уможливило вперше використовувати дуже міцний Al-Zn-Mg-Cu сплав в зварений броньовий конструкції. Сплави цього типу зазвичай використовуються в конструкції літаків.
Першим легким матеріалом, широко використовуваним в якості броньовий захисту в конструкції БТР, наприклад, М-113, є не піддається термообробці Al-Mg сплав 5083. Трикомпонентні Al-Zn-Mg сплави 7020 7039 і 7017 представляють друге покоління легких броньованих матеріалів. Характерними прикладами застосування цих сплавів є: англійські машини "Скорпіон", "Фокс", MCV-80 і "Феррет-80" (сплав 7017), французька АМХ-10Р (сплав 7020), американська "Бредлі" (сплави 7039 + 5083) і іспанська BMR -3560 (сплав 7017).
Міцність Al-Zn-Mg сплавів, отримана після термообробки, значно вище міцності Al-Mg сплавів (наприклад, сплаву 5083), які термообробці не піддаються. Крім того, здатність Al-Zn-Mg сплавів на відміну від Al-Mg сплавів до дисперсионному твердненню при кімнатній температурі дозволяє значною мірою відновлювати міцність, яку вони можуть втратити при нагріванні під час зварювання.
Однак більш висока опірність Al-Zn-Mg сплавів пробивання супроводжується їх підвищеною схильністю до утворення відколів броні через знижену ударної в'язкості.
Композитна тришарова плита, завдяки наявності в її складі шарів з різними механічними властивостями, є прикладом оптимального поєднання твердості, міцності і ударної в'язкості. Вона має комерційне позначення Tristrato і запатентована в Європі, США, Канаді, Японії, Ізраїлі та Південній Африці.
Справа: зразок броньовий плити Tristrato;
зліва: поперечний переріз, що показує твердість по Бринелю (НВ) кожного шару.
На кількох військових полігонах в Італії і за її межами були проведені випробування плит Tristrato товщиною від 20 до 50 мм обстрілом різними типами боєприпасів (різні типи 7,62-, 12,7-, і 14,5-мм бронебійних куль і 20-мм бронебійних снарядів).
В процесі випробувань визначилися наступні показники:
при різних фіксованих ударних швидкостях визначалися значення кутів зустрічі, відповідних частостей пробиття 0,50 і 0,95;
при різних фіксованих кутах зустрічі визначалися ударні швидкості, відповідні частості пробиття 0,5.
Для порівняння паралельно проводилися випробування монолітних контрольних плит із сплавів 5083, 7020 7039 і 7017. Результати випробувань показали, що броньовий плита Tristrato забезпечує підвищений опір пробиття обраними бронебійними засобами калібром до 20 мм. Це дозволяє значно зменшити масу на одиницю площі, яка захищається в порівнянні з традиційними монолітними плитами при забезпеченні однакової стійкості. Для випадку обстрілу 7,62-мм бронебійними кулями при куті зустрічі 0 про забезпечується наступне зменшення маси, необхідної для забезпечення рівної стійкості:
на 32% в порівнянні зі сплавом 5083
на 21% в порівнянні зі сплавом 7020
на 14% в порівнянні зі сплавом 7039
на 10% в порівнянні зі сплавом 7017
При куті зустрічі 0 про ударна швидкість, відповідна частості пробиття 0,5, підвищується в порівнянні з монолітними плитами із сплавів 7039 і 7017 на 4. 14% в залежності від типу базисного сплаву, товщини броні і типу боєприпасу Композитна плита особливо ефективна для захисту від 20-мм снарядів FSP. при обстрілі якими зазначена характеристика зростає на 21%.
Підвищена стійкість плити Tristrato пояснюється поєднанням високої опірності впровадження кулі (снаряда) через наявність твердого центральний елемент зі здатністю утримувати осколки, що виникають при пробитті центрального шару, пластичним тильним шаром, який сам осколків не дає.
Пластичний шар з тильної сторони Tristrato грає важливу роль в запобіганні відколів броні. Цей ефект посилюється можливістю відшарування пластичного тильного шару і його пластичним деформуванням на значній площі в районі попадання.
Це важливий механізм опору пробиття плити Tristrato. Процес відшарування поглинає енергію, а порожнеча, утворена між серцевиною і тильним елементом, може вловлювати снаряд і осколки, що утворюються при руйнуванні високотверді матеріалу серцевини. Подібним же чином, розшарування на кордоні розділу між переднім (особових) елементом і центральним шаром може сприяти руйнуванні снаряда або направляти снаряд і осколки уздовж кордону розділу.
Зліва: схема, що показує механізм опору утворення відколів брови плити Tristrate;
справа: результати удару тупоноса бронебійним
снарядом по товстої плиті Tristrato;
Плити Tristrato можна зварити, користуючись тими ж методами, які застосовуються для з'єднання традиційних монолітних плит з Al - Zn - Mg сплавів (методами TIG і MIG). Структура композитної плити вимагає, щоб все-таки було прийнято деякі специфічні заходи, які визначаються особливостями хімічного складу центрального шару, який слід розглядати як "нехороший для зварювання" матеріал, на відміну від переднього та заднього елементів. Отже, при розробці зварного з'єднання слід враховувати той факт, що основний внесок в механічну міцність з'єднання повинен вноситися зовнішнім і тильним елементами плити.
Геометрія зварних з'єднань повинна локалізувати зварювальні напруги по кордоні і в зоні сплаву наплавленого і основного металів. Це є важливим для вирішення проблем корозійного розтріскування зовнішнього і тильного шарів плити, яке іноді виявляється в Al - Zn - Mg сплавах. Центральний елемент завдяки високому вмісту міді виявляє високий опір корозійного розтріскування.
Rrof. ETTORE DI RUSSO
ALUMINIUM COMPOSITE ARMOUR.
INTERNATIONAL DEFENSE REVIEW, 1988, No12, p.1657-1658