Способ изготовления слоистой плиты на основе алюминия для противопульной сварной брони

Авторы патента:

F41H5/04 - состоящие из нескольких слоев

C22F1/053 - сплавов с цинком в качестве следующего основного компонента

C22C21/10 - с цинком в качестве следующего основного компонента

Владельцы патента RU 2457422:

Российская Федерация в лице Министерства промышленности торговли Российской Федерации (RU)
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт стали" (ОАО "НИИ стали") (RU)

Изобретение относится к способу изготовления слоистой плиты на основе алюминия для противопульной сварной брони. Способ заключается в получении заготовки под прокатку и ее нагрев, горячую прокатку плиты в размер, охлаждение до комнатной температуры и искусственное старение. Получение заготовки под прокатку включает прокатку в размер слитков и/или слябов из алюминиевых сплавов для слоистой плиты и сборку из них пакета. Нагрев пакета ведут при температурах 500-550°С в течение 5-7 часов. Прокатку в размер ведут при температурах 410-450°С. Дополнительную закалку ведут с температуры 450-480°С. Искусственное старение ведут при температурах 110-120°С в течение 24-36 часов. Достигается повышение бронестойкости и долговечности слоистой плиты. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области сварных броневых конструкций, в частности, включающих броневые плиты, которые состоят из нескольких слоев металла различного состава, и может быть использовано в машиностроении при создании объектов защиты от стрелкового оружия, осколков гранат и т.п.

Известна слоистая плита на основе алюминия для противопульной сварной брони, включающая лицевой, срединный и тыльный слои из алюминиевых сплавов, тонкие слои толщиной 1-3% толщины плиты, расположенные между указанными слоями и на внешних поверхностях лицевого и тыльного слоев, причем лицевой слой выполнен толщиной 4-13% толщины плиты, тонкие слои выполнены из алюминиевого сплава, содержащего цинк, кремний, марганец, железо, титан и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: цинк 0,80-1,35; кремний 0,08-0,30; марганец 0,015-0,035; железо 0,10-0,40; титан 0,03-0,18; примеси не более 0,1; алюминий - остальное, тыльный слой выполнен толщиной 4-13% толщины плиты, а по меньшей мере, один из лицевого, срединного или тыльного слоев выполнен из алюминиевого сплава, содержащего цинк, магний, марганец, хром, титан, цирконий, медь, железо, кремний и примеси, при следующем соотношении, мас.%: цинк 4,9-5,5; магний 1,5-1,9; марганец 0,2-0,5; хром 0,15-0,25; титан 0,03-0,10; цирконий 0,07-0,12; медь 0,10-0,20; железо ≤0,35; кремний ≤0,25; другие примеси ≤0,1; алюминий - остальное. Способ изготовления указанной плиты включает сборку пакета из листов соответствующих алюминиевых сплавов, нагрев, прокатку в размер, обрезку кромок, закалку, правку, финишную термообработку, однако конкретные режимы осуществления способа, которые определяют служебные характеристики броневой плиты и сварной брони, отсутствуют.

(RU 2371660, F41H 5/04, C22C 21/10, опубл. 27.10.2009).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ изготовления толстостенной плиты из алюминиевых сплавов с высокой прочностью, включающий получение заготовки толщиной более 300 мм, ее нагрев до температуры 470-490°C, гомогенизацию при этой температуре, горячую прокатку плиты, последовательное охлаждение прокатанной плиты сначала до температуры 400-410°C, а затем до комнатной температуры и ее искусственное старение. Алюминиевый сплав плиты имеет следующий состав, мас.%: Zn 4,6-5,2; Mg 2,6-3,0, Cu 0,1-0,2, Zr 0,05-0,2, Mn ≤0,05, Cr до 0,05, Fe≤0,15, Si≤0,15, Ti≤0,10, остальное - алюминий и примеси.

(RU 2351674, C22C 21/10, C22F 1/053, опубл. 10.04.2009).

Однако осуществление известного способа не позволяет достигнуть требуемого уровня бронестойкости и усталостной прочности слоистой плиты из высокопрочных алюминиевых сплавов, а также повышенный уровень коррозионной стойкости ее сварных соединений.

Целью изобретения является разработка способа изготовления слоистой плиты на основе алюминия для противопульной сварной брони с повышенным уровнем бронестойкости и усталостной прочности, а также с повышенным уровнем коррозионной стойкости ее сварных соединений. Техническим результатом является повышение бронестойкости и долговечности слоистой плиты и ее сварных соединений, обеспечение сплошности сцепления слоев плиты между собой.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления слоистой плиты на основе алюминия для противопульной сварной брони включает получение заготовки под прокатку, ее нагрев, горячую прокатку плиты в размер, охлаждение до комнатной температуры и искусственное старение, причем получение заготовки под прокатку включает прокатку в размер слитков и/или слябов из алюминиевых сплавов для слоистой плиты и сборку из них пакета, а нагрев пакета ведут при температурах 500-550°C в течение 5-7 часов, прокатку в размер ведут при температурах 410-450°C, дополнительную закалку ведут с температуры 450-480°C, искусственное старение ведут при температурах 110-120°C в течение 24-36 часов.

Кроме того, перед прокаткой в размер слитки/или слябы из алюминиевых сплавов для слоистой плиты фрезеруют до толщины 150-220 мм; для сборки пакета используют плиты толщиной 25-35 мм из алюминиевого сплава, содержащего цинк, магний, марганец, хром, титан, цирконий, медь, железо, кремний и примеси, при следующем соотношении, мас.%: цинк 4,9-5,5; магний 1,5-1,9; марганец 0,2-0,5; хром 0,15-0,25; титан 0,03-0,10; цирконий 0,07-0,12; медь 0,10-0,20; железо ≤0,35; кремний ≤0,25; другие примеси ≤0,1; алюминий - остальное, а также листы толщиной 5-7 мм из алюминиевого сплава, содержащего цинк, кремний, марганец, железо, титан и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: цинк 0,80-1,35; кремний 0,08-0,30; марганец 0,015-0,035; железо 0,10-0,40; титан 0,03-0,18; примеси не более 0,1; алюминий - остальное, при этом при сборке пакета листы алюминиевых сплавов по п.4 размещают на внешних сторонах пакета и между плитами алюминиевых сплавов по п.3.

Для сравнительной оценки броневых и усталостных свойств слоистой плиты, полученной способом по изобретению, были исследованы слоистые плиты номинальной толщиной 30 мм. Слоистая плита состояла из трех слоев (лицевого, срединного и тыльного) толщиной около 9,2 мм каждый, выполненных из алюминиевого сплава 1903А, который содержал, мас.%: цинк - 5,1, магний - 1,7, марганец - 0,35, хром - 0,18, титан - 0,74, цирконий - 0,96, медь - 0,15, железо - менее 0,35, кремний - менее 0,25, другие примеси - менее 0,1, алюминий - остальное. Между указанными слоями, а также на внешних сторонах лицевого и тыльного слоев, располагались тонкие слои толщиной около 0,2 мм каждый, выполненные из алюминиевого сплава АЦпл, который содержал, мас.%: цинк - 0,92, кремний - 0,15, марганец - 0,024, железо - 0,03, титан - 0,12, примеси - не более 0,1, алюминий - остальное.

Указанные слоистые плиты были получены при следующих технологических параметрах способа по изобретению. Слитки слитков сплава АЦпл фрезеровали при съеме стружки по 9 мм на сторону до получения листов с размерами 6,0×1200×1480-1700 мм. Слябы сплава 1903А 1200×1700 мм фрезеровали до толщины 170 мм. После этого слябы из сплава 1903А плакировали листами сплава АЦпл 6,0×1200×1700 мм и подвергали горячей прокатке в размер до толщины 30 мм. Сборку пакета проводили, чередуя листы из сплава АЦпл толщиной 6 мм и плиты из сплава 1903А толщиной 30 мм. Собранный пакет нагревали при температурах 530±15°C в течение 6 часов. Горячую прокатка плиты (пакета) вели при температуре 415-440°C до толщины плиты 30 мм. Дополнительную закалку проводили с температуры 465-475°C после выдержки в течение 2 часов. Через 7 часов после закалки плиты подвергали правке растяжением или изгибом. Искусственное старение по режиму Т1 вели при температуре в металле 110-120°C течение 36 часов.

Испытания проводили по стандартным методикам. Броневые свойства определяли путем обстрела пулей калибром 7,62 мм под углом α=0° (α - угол между траекторией пули и нормалью к плите) с определением предельной скорости кондиционных поражений (V_ПКП). Усталостные свойства определяли на образцах сечением 30×80 мм, отобранных от существующих и предлагаемых плит в состоянии Т1. Испытания проводили при знакопеременном нагружении на базе 100000 циклов с частотой 10 Гц. Оценку сопротивления коррозионному разрушению проводили по величине уровня безопасных напряжений.

Уровнем безопасных напряжений σ_КР принимали уровень напряжений, при котором в испытуемых образцах (элементах конструкций и т.п.) не появлялись трещины в течение всего времени испытаний. Результаты сравнительных испытаний представлены в таблице.

Таблица
Характеристики	Слоистые плиты	Преимущество плит по изобретению
Известные	По изобретению
Бронестойкость V_ПКП, м/сек.	730	755	выше на 3,5%
Циклическая долговечность σ^u, мПа	235	340	больше в 1,45 раза.
Уровень безопасных напряжений сварных соединений σ^КР, мПа.	100	160	больше в 1,6 раза.
Уровень безопасных напряжений для плиты σ^КР, мПа	150	230	больше в 1,53 раза.

Представленные результаты показывают, что слоистые плиты для противопульной брони, полученные способом по изобретению, обладают высокой бронестойкостью, а также имеют высокие характеристики по усталостным свойствам и сопротивлению коррозионному растрескиванию под напряжением. Сварные соединения с использованием слоистых плит по изобретению также имеют значительное преимущество по сопротивлению коррозионному разрушению.

Использование слоистых плит по изобретению в сварной противопульной броне существенно повышает ее эксплуатационную надежность и живучесть.

1. Способ изготовления слоистой плиты на основе алюминия для противопульной сварной брони, включающий получение заготовки под прокатку, ее нагрев, горячую прокатку плиты в размер, охлаждение до комнатной температуры и искусственное старение, отличающийся тем, что получение заготовки под прокатку включает прокатку в размер слитков и/или слябов из алюминиевых сплавов для слоистой плиты и сборку из них пакета, а нагрев пакета ведут при температурах 500-550°С в течение 5-7 ч, прокатку в размер ведут при температурах 410-450°С, дополнительную закалку ведут с температуры 450-480°С, искусственное старение ведут при температурах 110-120°С в течение 24-36 ч.

2. Способ изготовления слоистой плиты по п.1, отличающийся тем, что перед прокаткой в размер слитки или слябы из алюминиевых сплавов для слоистой плиты фрезеруют до толщины 150-220 мм.

3. Способ изготовления слоистой плиты по п.1, отличающийся тем, что для сборки пакета используют плиты толщиной 25-35 мм из алюминиевого сплава, содержащего цинк, магний, марганец, хром, титан, цирконий, медь, железо, кремний и примеси при следующем соотношении, мас.%:

цинк	4,9-5,5
магний	1,5-1,9
марганец	0,2-0,5
хром	0,15-0,25
титан	0,03-0,10
цирконий	0,07-0,12
медь	0,10-0,20
железо	≤0,3 5
кремний	≤0,25
другие примеси	≤0,1
алюминий	остальное

4. Способ изготовления слоистой плиты по п.1, отличающийся тем, что для сборки пакета используют листы толщиной 5-7 мм из алюминиевого сплава, содержащего цинк, кремний, марганец, железо, титан и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%:

цинк	0,80-1,35
кремний	0,08-0,30
марганец	0,015-0,035
железо	0,10-0,40
титан	0,03-0,18
примеси	не более 0,1
алюминий	остальное

5. Способ изготовления слоистой плиты по п.1, отличающийся тем, что при сборке пакета листы алюминиевых сплавов по п.4 размещают на внешних сторонах пакета и между плитами алюминиевых сплавов по п.3.

Похожие патенты:

Броневая преграда // 2456532

Изобретение относится к броневой преграде для защиты объектов от поражения различными типами боеприпасов. .

Слоистая броневая плита на основе алюминиевых сплавов (варианты) // 2447392

Изобретение относится к области броневых плит, в частности плит из алюминиевых сплавов, состоящих из нескольких слоев различного состава, и может быть использовано в машиностроении.

Противокумулятивное защитное устройство // 2446376

Изобретение относится к области обеспечения безопасности хранилищ с взрывчатыми материалами, а также на автомобильном, железнодорожном и др. .

Способ изготовления полимерного композиционного материала, преимущественно для бронепанели, полимерный композиционный материал, преимущественно для бронепанели и бронепанель из полимерного копозиционного материала // 2441760

Изобретение относится к области вооружения, к разработкам средств защиты и может быть использовано для изготовления бронепанелей для защиты техники и личного состава.

Способ получения слоистых материалов из расположенных в одном направлении полимерных лент // 2436677

Изобретение относится к слоистым материалам и касется способа получения слоистых материалов из расположенных в одном направлении полимерных лент. .

Способ изготовления композиционного керамического материала и композиционный керамический материал // 2433107

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для получения особо твердых и износостойких материалов, например, для элементов бронезащиты и индивидуальной защиты от стрелкового оружия и осколков боеприпасов.

Броня стальная текстурованная // 2431108

Изобретение относится к области индивидуальной защиты человека от огнестрельного и холодного оружия, а именно к бронежилетам, щитам. .

Слоистый бронезащитный материал // 2429971

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам слоистых стальных материалов, используемых для изготовления бронезащитных конструкций. .

Броня стальная комбинированная // 2427781

Изобретение относится к области индивидуальной защиты человека от огнестрельного и холодного оружия, а именно к бронежилетам, щитам и т.п. .

Пуленепробиваемая структура // 2420705

Изобретение относится к средствам для персональной защиты. .

Продукты из алюминиевого сплава серии аа7000 и способ их изготовления // 2443797

Изобретение относится к сплаву серии АА7000 и к способу изготовления продуктов из этого алюминиевого сплава, а именно к алюминиевым деформированным продуктам относительно большой толщины, в частности от 30 до 300 мм.

Al-zn-cu-mg сплавы на основе алюминия и способы их получения и применение // 2425902

Изобретение относится к сплавам на основе алюминия, а именно к Аl-Zn-Cu-Mg сплавам на основе алюминия, а также способу изготовления катаного или кованого деформированного продукта из него и к самому катаному или кованому деформированному продукту.

Продукт из деформируемого алюминиевого сплава серии аа7000 и способ производства упомянутого продукта // 2413025

Изобретение относится к продукту из свариваемого деформируемого алюминиевого сплава и способу его получения. .

Продукт из высокопрочного, высоковязкого al-zn сплава и способ изготовления такого продукта // 2404276

Изобретение относится к деформированному продукту из высокопрочного, высоковязкого Al-Zn сплава и к способу изготовления такого продукта. .

Способ получения изделия из высокопрочного алюминиевого сплава // 2396367

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к способу получения изделий из высокопрочных, особенно сверхпрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu-Zr, применяемых в качестве обшивок крыла и других силовых элементов планера самолетов, а также наземных транспортных средств.

Способ термической обработки изделий из высокопрочных алюминиевых сплавов // 2356999

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к термической обработке полуфабрикатов и деталей из алюминиевых сплавов Al-Zn-Mg-Cu-Zr, используемых в качестве конструкционного материала для силовых элементов в авиакосмической технике, а также в транспортном машиностроении.

Изделие из деформируемого высокопрочного сплава al-zn и способ производства такого изделия // 2353699

Сплав al-zn-mg-cu // 2353693

Изобретение относится к деформируемому алюминиевому сплаву типа Al-Zn-Mg-Cu (или к алюминиевым сплавам серий 7000 или 7ххх, как их обозначает Алюминиевая Ассоциация). .

Толстостенная плита из алюминиевого сплава с высокой прочностью и малой чувствительностью к быстрому охлаждению (варианты) и способ ее изготовления (варианты) // 2351674

Изобретение относится к толстостенной плите из алюминиевого сплава с высокой прочностью и малой чувствительностью к быстрому охлаждению, а также к способу изготовления таких толстостенных плит и может быть использовано в автомобилестроении.

Продукты из алюминиевого сплава и способ искусственного старения // 2329330

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, а именно к изготовлению продуктов с большим и малым поперечным сечением. .

Высокопрочный алюминиевый сплав и способ его получения // 2451097

Изобретение относится к получению высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, предназначенных для изготовления прессованных, кованых и катаных полуфабрикатов.