Слоистая плита на основе алюминия для брони

 

Использование: защита объектов от воздействия сосредоточенных и распределенных нагружений высокой интенсивности. Сущность изобретения: слоистая плита на основе алюминия для брони, включающая лицевой и тыльной слои с промежуточным слоем из технически чистого алюминия толщиной 1-3%, установленные над лицевым и подтыльным слоями. При этом лицевой слой выполнен толщиной 75-90% толщины плиты из свариваемого сплава твердостью не менее 165 ед. по Бринеллю, а тыльный слой - толщиной 5-15% толщины плиты твердостью 135-150 ед. по Бринеллю. Даны сплавы, из которых может быть выполнен лицевой слой. 2 з.п.ф-лы, 3 табл., 2 ил.

Изобретение относится к специальному машиностроению (гражданскому и военному) и может быть использовано в других областях техники, требующих защиты объектов от воздействия сосредоточенных и распределенных нагружений высокой интенсивности (осколки гранат, минный подрыв, пуля, снаряд и др.).

В качестве броневых алюминиевых сплавов в настоящее время в основном используются свариваемые сплавы системы АI-Zn-Mg. Известно, что уровень броневых свойств алюминиевых сплавов при достаточном запасе пластичности определяется их прочностью (твердостью). Прочность (твердость) сплавов системы АI-Zn-Mg практически линейно возрастает с ростом суммарного содержания основных легирующих элементов Zn + Mg (фиг.1).

Из броневых сплавов, используемых в изделиях зарубежной техники известны сплавы 7039 (США), Е74S (7017) (Англия), 7020 (АZ5g) (Франция) и др. Максимальное содержание (Zn + Mg) в этих сплавах составляет соответственно 8,8; 7,8; 6,4 мас. что обеспечивает им достаточно высокую твердость (НВ > 135).

Сравнительный анализ хим.составов отечественных сплавов 1931, 1903 показывают, что эти сплавы аналогичны зарубежным сплавам 7017, 7039 (см.табл. 1). Поэтому все нижеизложенные доводы, относящиеся к свойствам зарубежных сплавов будут справедливы для отечественных сплавов в случае их использования в качестве броневых.

Дальнейшее повышение твердости брони из сплавов типа 7039, 7017 за счет повышения суммарного содержания (Zn+Mg) не приводит к росту уровня их броневых свойств из-за образующихся тыльных отколов, вследствие снижения пластических свойств сплавов. Для обеспечения повышенного уровня броневых свойств предложена алюминиевая композиционная броня, включающая лицевой слой пониженной прочности (твердости) (НВ ≃ 150 ед.) из свариваемого сплава системы АI-Zn-Mg толщиной 20% от толщины брони; средний слой высокой прочности (твердости) (НВ = 180 ед.) из несвариваемого сплава системы АI-Zn-Mg-Cu, толщиной 55% и тыльного слоя, аналогичного лицевому, т.е. твердостью НВ = 150 ед. толщиной порядка 20% от толщины брони и изготовленному из свариваемого сплава системы АI-Zn-Mg. Между слоями расположены тонкие ( 2,5% от толщины брони) слои из технически чистого алюминия (фиг.2б). Разработанная композиционная броня имеет преимущество по уровню бронестойкости перед броней из гомогенных сплавов 7017, 7039, 7020 и на 4-20% в зависимости от условий испытаний (см. журнал "International Defence Review" 1988, v. 21, N 21, р. 1657-1658 прототип).

К недостаткам рассмотренной композиционной брони относится следующее.

Использование в качестве лицевого и тыльного слоев сплава системы АI-Zn-Mg с твердостью НВ 150 ед. и, следовательно, Zn + Mg > 6,5 мас. (фиг.1), приводит к значительному снижению их коррозионной стойкости под действием напряжений (особенно сварных конструкциях).

Использование несвариваемого сплава в качестве среднего слоя (55% от толщины брони) приводит к усложнению конструкции сварных угловых соединений. Статические напряжения, возникающие от действия внутренних и внешних сил воспринимаются в основном наружными (лицевым и тыльным) свариваемыми слоями. Это приводит к повышенному уровню напряжений в них, снижению сопротивления коррозионным разрушениям и, соответственно, снижению эксплуатационной надежности сварной конструкции.

Для дальнейшего повышения уровня бронестойкости слоистой брони, необходимо повышение ее твердости, что может быть достигнуто повышением твердости отдельных слоев, составляющих плиту, в частности, наружных.

Однако в этом случае при приближении средства поражения к тыльной поверхности в случае ее непробития образуются конусообразные тыльные отколы и трещины глубиной до 10% от толщины преграды. В этом случае увеличение твердости тыльного слоя не приводит к повышению уровня бронестойкости слоистой брони. Зарождение трещин в тыльном слое происходит с наружной поверхности плиты.

Целью изобретения является обеспечение высокой броневой и коррозионной стойкости алюминиевой слоистой брони при минимальном весе, а также обеспечение высокой эксплуатационной надежности сварных конструкций, изготавливаемых с использованием слоистых алюминиевых плит.

Повышение коррозионной стойкости слоистой алюминиевой брони достигается за счет нанесения на поверхности лицевого и тыльного слоев тонких δ = (0,01-0,03) H, где Н толщина брони] cлоев (надслой и подслой соответственно) из технически чистого алюминия, обладающего высокой коррозионной стойкостью (табл.3).

Повышение уровня бронестойкости слоистой брони достигается с одной стороны за счет увеличения доли высокопрочного сплава в слоистой броне с 55% в прототипе до 85% в предлагаемой, и с другой стороны за счет исключения возможности образования сквозных трещин (отколов) со стороны тыльного слоя вследствии нанесения на наружную поверхность тыльного слоя и подслоя из технически чистого алюминия толщиной δ = (0,01-0,03) H, где Н толщина брони.

Вследствие высокой пластичности этот слой препятствует зарождению и развитию тыльных трещин (отколов) (фиг. 2а).

Использование свариваемых сплавов как в лицевом, так и в тыльном слое исключает какие-либо осложнения по сравнению с однородными материалами при изготовлении сварных, в том числе угловых соединений.

Для экспериментальной проверки коррозионной и броневой стойкости предлагаемой брони, были изготовлены два типа опытной слоистой брони толщиной 30 мм: тип 1 двухслойная броня (аналог предлагаемой брони (фиг. 1а); тип 2 - трехслойная броня аналог прототипа (фиг. 1б).

В качестве основного слоя (лицевого для предлагаемой брони и среднего - для прототипа) опытной слоистой брони использовался сплав 1931, а в качестве тыльного слоя для предлагаемой брони и прототипа, а также лицевого слоя для прототипа использовался сплав 1903 (табл.1). Броневые свойства определялись путем обстрела изготовленных образцов брони пулей 632 калибра 7,62 мм по нормали (угол между траекторией полета пули и нормалью к плите (α 0^o) с определением предельной скорости кондиционных поражений (V_пкп). Коррозионные свойства образцов определялись путем периодического погружения образцов в морскую воду с последующей оценкой характера коррозионного поражения.

Из приведенных в табл.2 результатов испытаний видно, что предлагаемая броня имеет преимущество перед известной по уровню броневых свойств.

а также по уровню коррозионных свойств.

Использование предлагаемой брони позволит повысить уровень броневых свойств изделий при одновременном повышении их уровня коррозионной стойкости, а вследствие использования в слоистых плитах только свариваемых сплавов повысить уровень их эксплуатационной надежности.

Наличие наружных (надслой и подслой) и промежуточной высокопрочных прослоек в слоистой плите препятствует зарождению и развитию трещин в ее лицевом и тыльном слоях, и таким образом слоистые плиты проявляют повышенное сопротивление разрушению.

Повышенное сопротивление разрушению слоистых плит позволяет использовать в качестве материала отдельных слоев не только известные серийные сплавы, но и специально разработанные для слоистых алюминиевых плит более прочные,чем сплав 1931 сплавы, например, сплав, содержащий ингредиенты в следующем соотношении, мас. цинк 6,4-7,2; магний 2,6- 3,2; марганец 0,07-0,14; хром 0,15-0,25; титан 0,03-0,10; цирконий 0,05-0,12; алюминий остальное.

Использование специально разработанных для слоистых плит сплавов позволит достигнуть дальнейшего повышения прочностных и, соответственно, броневых свойств слоистых алюминиевых плит.

Формула изобретения

1. Слоистая плита на основе алюминия для брони, включающая лицевой и тыльный слои, а также промежуточный слой из технически чистого алюминия, отличающаяся тем, что она дополнительно над лицевым и под тыльным слоями содержит слои из технически чистого алюминия толщиной 1 3% толщины плиты, а лицевой слой толщиной 75 90% толщины плиты изготовлен из свариваемого сплава твердостью не менее 165 ед. по Бринеллю и тыльный слой толщиной 5 15% толщины плиты твердостью 135 150 ед. по Бринеллю.

2. Плита по п. 1, отличающаяся тем, что лицевой слой изготовлен из сплава, содержащего ингредиенты в следующем соотношении, мас.

Цинк 5,8 6,6 Магний 3,0 3,7 Марганец 0,07 0,15, Хром 0,15 0,25 Титан 0,03 0,10 Цирконий 0,05 0,12 Медь Не более 0,2 Железо Не более 0,35
Кремний Не более 0,25
3. Плита по п. 1, отличающаяся тем, что лицевой слой изготовлен из сплава, содержащего ингредиенты в следующем соотношении, мас.

Цинк 6,4 7,2
Магний 2,6 3,2
Марганец 0,07 0,14
Хром 0,15 0,25
Титан 0,03 0,09
Цирконий 0,05 0,12
Железо Не более 0,35
Медь Не более 0,20
Кремний Не более 0,25

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5