Броня стальная текстурованная
Владельцы патента RU 2431108:
Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение специальных материалов" (RU)
Изобретение относится к области индивидуальной защиты человека от огнестрельного и холодного оружия, а именно к бронежилетам, щитам. Заявлена стальная броня. Броня состоит из комбинированной бронепластины, выполненной в виде моноблока, содержащей лицевой слой, промежуточный и тыльный слои. Лицевой слой выполнен из высокопрочной стали с твердостью 58…64 HRC, промежуточный слой выполнен из текстурованной стали с текстурой {111} в плоскости листа, а тыльный слой выполнен из броневой стали с твердостью 52…56 HRC и толщиной 0,5…1,5 от толщины лицевого слоя. Технический результат - повышение уровня бронестойкости брони.
Изобретение относится к области индивидуальной защиты человека от огнестрельного и холодного оружия, а именно к бронежилетам, щитам и т.п.
Известен бронежилет по патенту №2090826, опубл. 1997 г., содержащий размещенные в чехлах и соединенные крепежно-регулировочными элементами спинную и грудную секции, выполненные в виде набора защитных элементов, каждый из которых состоит из пакета баллистической ткани из высокомодульного волокна, бронепластин, установленных со взаимным перекрытием
Также известен бронежилет по патенту России №2172920, МКИ F41H, опубл. 2001 г., содержащий размещенные в чехлах и соединенные крепежно-регулировочными элементами спинную и грудную секции, выполненные в виде набора защитных элементов, каждый из которых состоит из биметаллической бронепластиты, у которой наружный слой из высокопрочной стали с твердостью 58…64 HRC, а внутренний из высокопрочной стали с твердостью 40…52 HRC, при этом толщина лицевого слоя составляет 0,6-0,8 диаметра сердечника пули, а отношение толщин наружного и внутреннего слоев не менее 0,5 и не более 1,5 пакета баллистической и демпфирующего элемента.
Наиболее близким аналогом-прототипом к предлагаемому изобретению является многослойная бронепреграда по заявке №2008118857, F41H 5/04, опубл. 20.11.2009 г.
Бронепреграда выполнена в виде моноблока, содержащего лицевой слой из высокопрочной стали, промежуточный и тыльный слои из стали. Лицевой слой выполняется из инструментальной стали ХВГ с твердостью 62…65 HRC или 60…63 HRC, его толщина 0,35-0,46 толщины бронепреграды. Промежуточный слой изготавливается из нержавеющей стали 08X18H10 толщиной 0,03-0,04 толщины моноблока. Тыльный слой выполнялся из конструкционной легированной хромоникельмолибденовой стали толщиной 0,51-0,62 толщины бронепреграды и имеет твердость 57…58 HRC или 55…56 HRC.
Общим и существенным недостатком аналогов и прототипа является низкий уровень бронестойкости, обусловленный низкой баллистической стойкостью тыльного слоя, так как волна напряжений, чрезмерно высокой интенсивностью, приводит к ускоренному разрушению бронепакета.
Задачей и техническим результатом является повышение уровня бронестойкости брони.
Технический результат достигается тем, что стальная броня, состоящая из комбинированной бронепластины, выполнена в виде моноблока, содержащей лицевой, промежуточный и тыльный слои. При этом лицевой слой бронепластины выполнен из высокопрочной стали с твердостью 58…64 HRC, промежуточный слой выполнен из текстурованной стали с текстурой {111} в плоскости листа, а тыльный слой выполнен из броневой стали с твердостью 52…56 HRC и имеет толщину 0,5…1,5 толщины лицевого слоя.
Основным назначением промежуточного слоя в комбинированной броне является рассеивание (отражение и преломление) волн напряжений, формируемых в лицевом слое индентором (сердечник пули и снаряда). Степень рассеивания определяется характеристическим импедансом материала промежуточного слоя: чем значительнее характеристический импеданс промежуточного слоя превышает характеристический импеданс лицевого слоя, тем большая доля прямой волны сжатия отражается, формируя обратную волну сжатия в лицевом слое. Характеристический импеданс пропорционален значениям модуля нормальной упругости и плотности материала. Плотность применяемых низколегированных сталей примерно равна и характеристический импеданс определяется уровнем значений модуля упругости.
Известно (см., например: Г.П.Анастасиади, М.В.Сильников. Неоднородность и работоспособность стали. - СПб.: Издательство «Полигон», 2002, 624 с.), что для ОЦК решетки (феррит и мартенсит) модуль нормальной упругости сильно зависит от базовых направлений кристаллической решетки:
E{111}:E{110}:Е{100}=284:222:132=2,15:1,68:1,0.
В поликристаллической изотропно нетекстурованной стали вследствие смешанной текстуры модуль нормальной упругости составляет 210 ГПа.
Основной, определяющий текстурообразование в стальных заготовках процесс - степень рекристаллизации аустенита в процессе деформации: {111} - основная система скольжения в металлах и сплавах с ГЦК-решеткой, но в относительно экономнолегированных конструкционных сталях в диапазоне температур деформации происходит рекристаллизация аустенита с формированием в том числе и нежелательных компонентов текстуры, таких как {113}, {001}.
Волны сжатия не критичны для лицевого слоя, так как высокий предел прочности на сжатие - один из основных показателей работоспособности высокопрочных инструментальных сталей. Многочисленные отражения и рассеивание волны напряжений приводят к удлинению периода взаимодействия с лицевым слоем индентора, увеличивая его срабатывание.
Стальная комбинированная броня работает следующим образом.
При попадании индентора в броню происходит взаимодействие с комбинированной броней по этапам:
- головная часть индентора из-за невозможности внедрения в высокопрочную сталь большей твердости (58…64 HRC) лицевого слоя образует волну сжатия;
- дойдя до границы между слоями, в связи с тем, что текстурованный слой обладает большим характеристическим импедансом, волна сжатия частично отражается, причем отражается волной сжатия;
- прошедшая волна напряжений претерпевает дальнейшие отражения из-за различий характеристических импедансов на следующих границах слоев, переходит в волну растяжения, интенсивность которой снижена из-за многочисленных отражений и размытия волновой картины разрушения;
- сдвиговые напряжения в зоне сжатия вызывают сеть кольцевых трещин в наружном слое, проникание индентора в наружный слой не происходит;
- идет дальнейшее срабатывание индентора, напряжение в зоне сжатия высокотвердого наружного слоя достигает критических значений (динамической прочности материала при сжатии), в результате образуются радиальные трещины, начинается фрагментация материала под индентором;
- оставшаяся часть индентора продвигается вглубь материала за счет выброса фрагментов наружного слоя комбинированной брони;
- остатки ударника удерживаются тыльным слоем, выполненным из броневой стали, имеющей твердость 52…56 HRC, что характерно для специализированных броневых сталей. При этом если толщина тыльного слоя меньше 0,5 от толщины лицевого слоя, то ее энергоемкость недостаточна, что приводит к разлому тыльного слоя и пробитию бронепакета. В случае если толщина тыльного слоя больше 1,5 от толщины лицевого слоя, то толщины лицевого слоя недостаточно, чтобы сопротивляться воздействию индентора, что приводит к тому, что индентор не успевает разрушиться и происходит пробитие по известному механизму среза пробки.
Комбинированные бронепластины по изобретению были изготовлены в виде моноблока размером 300×300 мм и толщиной 5,8 мм.
Лицевой слой моноблока изготовлен из полосы толщиной 3,5 мм стали марки 9ХС по ГОСТ 5950-73. Элемент термообработан по режиму: закалка с температуры 850-860°С в масло, отпуск при температуре 160-170°С с выдержкой 2 часа. Твердость после термообработки 61-63 HRC. Поверхности элемента зачищены и прошлифованы до достижения плоскостности. Толщина элемента 2,8 мм.
Промежуточный слой изготавливался из ленты стали 18Г2АФ ГОСТ 19281-89. Ленту толщиной 2,0 мм подвергали контролируемой прокатке на толщину 0,2 мм. Температура нагрева: 800°С (справочно Ar3=780°С). Время деформации: 15 сек. Охлаждение: обдув сжатым воздухом. Ленту отжигали по режиму: нагрев до 920-930°С, выдержка 1 час, охлаждение с печью до 600-620°С, 0,5 час, охлаждение на воздухе, поверхность полосы зачищена, произведена рихтовка в вальцах. Исследования свойств производились при отработке режимов. Определена текстура {111}. Модуль нормальной упругости - 248…255 ГПа.
Тыльный слой моноблока изготовлен из листа толщиной 3,5 мм броневой стали 45ХСНМА (СПС-43) ТУ 14-105-781-2006. Элемент термообработан по режиму: закалка с температуры 880-900°С на воздухе (с обдувом вентилятором), отпуск при температуре 240-250°С с выдержкой 4 часа. Твердость после термообработки 55 HRC. Поверхности элемента прошлифованы до толщины 2,8 мм. Отношение толщины тыльного слоя к толщине лицевого слоя = 1,0.
Изготовленные элементы связывались в моноблок механическим креплением по периметру в восьми точках.
Комбинированную бронепластину подвергали обстрелу пулей калибра 7,62 мм со стальным термоупрочненным сердечником патрона 57-Н-231 автомата АКМ на дистанции 10 м с определением скорости V50 непробития.
Результаты испытаний: V50=740 м/сек, отколы, хрупкие разрушения и вторичные осколки отсутствуют.
Результаты испытаний показали, что испытуемые комбинированные пластины в виде моноблока по изобретению обладают высокой противопульной и противоосколочной стойкостью и обеспечивают повышенную защиту от пуль с термически упрочненным сердечником.
Стальная броня, состоящая из комбинированной бронепластины, выполненной в виде моноблока, содержащей лицевой, промежуточный и тыльный слои, отличающаяся тем, что лицевой слой бронепластины выполнен из высокопрочной стали с твердостью 58…64 HRC, промежуточный слой выполнен из текстурованной стали с текстурой {111} в плоскости листа, а тыльный слой выполнен из броневой стали с твердостью 52…56 HRC и толщиной 0,05…1,5 от толщины лицевого слоя.
