Алюминиевая композитная броня

Этторе ди Руссо

Профессор Ди Руссо является научным руководителем фирмы "Алюми­ниа", входящей в состав итальянской группы MCS консорциума EFIM.

См. также -

АЛЮМИНИЙ И ПРОБЛЕМЫ БРОНЕЗАЩИТЫ 

Бронирование современных отечественных танков

Баллистическая защита для легких тактических машин

броневая защита американского бронетранспортера м-113

УСПЕХИ В ОБЛАСТИ КЕРАМИЧЕСКОЙ БРОНИ

Фирма "Алюминиа", входящая в состав итальянской группы MCS разработала новый тип композитной броневой плиты, пригод­ной для использования на легких боевых бронированных машинах (AFV). Она состоит из трех основных слоев различных по соста­ву и механическим свойствам алюминиевых сплавов, соединенных вместе в одну плиту посредством горячей прокатки. Эта композит­ная броня обеспечивает лучшую баллистическую защиту, чем любая стандартная монолитная броня из алюминиевых сплавов, используе­мых в настоящее время: алюминиево-магниевого (серии 5ХХХ) либо алюминиево-цинково-магниевого (серии 7ХХХ).

Эта броня обеспечивает такое сочетание твердости, ударной вязкости и прочности, которое обеспечивает высокое сопротивление баллистическому внедрению снарядов кинетического действия, а также сопротивление образованию отколов брони с тыльной поверх­ности в районе удара. Она также может свариваться при использо­вании обычных методов дуговой сварки в среде инертного газа, что делает ее пригодной для изготовления элементов боевых бронирован­ных машин.

Центральный слой этой брони изготовлен из алюминиево-цинково-магниево-медного сплава (Al-Zn-Mg-Cu), который обладает высокой механической прочностью. Передний и задний слои изготов­лены из поддающегося сварке ударновязкого  Al-Zn-Mg сплава. Между двумя внутренними контактными поверхностями добавляются тонкие слои из технически чистого алюминия (99,5% Al). Они обеспечивают лучшую ацгезию и повышают баллистические свойства композитной плиты.

Такое композитное строение сделало возможным впервые исполь­зовать очень прочный  Al-Zn-Mg-Cu  сплав в сварной броневой конструкции. Сплавы этого типа обычно используются в конструкции самолетов.

Первым легким материалом, широко используемым в качестве броневой защиты в конструкции БТР, например, М-113, является не поддающийся термообработке  Al-Mg сплав 5083. Трехкомпонентные Al-Zn-Mg   сплавы 7020, 7039 и 7017 представляют второе поко­ление легких броневых материалов. Характерными примерами примене­ния этих сплавов являйте: английские машины "Скорпион", "Фокс", MCV-80 и "Феррет-80" (сплав 7017), французская АМХ-10Р (сплав 7020), американская "Брэдли" (сплавы 7039+5083) и испанская BMR -3560 (сплав 7017).

Прочность  Al-Zn-Mg  сплавов, полученная после термооб­работки, значительно выше прочности  Al-Mg сплавов (например, сплава 5083), которые термообработке не поддаются. Кроме того, способность Al-Zn-Mg сплавов в отличие от Al-Mg сплавов к дисперсионному твердению при комнатной температуре позволяет в значительной мере восстанавливать прочность, которую они могут потерять при нагреве во время сварки.

Однако более высокая сопротивляемость Al-Zn-Mg сплавов пробиванию сопровождается их повышенной склонностью к образованию отколов брони из-за пониженной ударной вязкости.

Композитная трехслойная плита, благодаря наличию в ее составе слоев с различными механическими свойствами, является примером оптимального сочетания твердости, прочности и ударной вязкости. Она имеет коммерческое обозначение Tristrato и запатенто­вана в Европе, США, Канаде, Японии, Израиле и Южной Африке.

Рис.1.             

Справа: образец броневой плиты  Tristrato;

слева: поперечное сечение, показывающее твер­дость по Бринелю (НВ) каждого слоя.

Баллистические характеристики

На нескольких военных полигонах в Италии и за ее пределами были проведены испытания плит Tristrato толщиной от 20 до 50 мм обстрелом различными типами боеприпасов (различные типы 7,62-, 12,7-, и 14,5-мм бронебойных пуль и 20-мм бронебойных снарядов).

В процессе испытаний определились следующие показатели:

при различных фиксированных ударных скоростях определялись значения углов встречи, соответствующих частостям пробития 0,50 и 0,95;

при различных фиксированных углах встречи определялись ударные скорости, соответствующие частости пробития 0,5.

Для сравнения параллельно проводились испытания монолитных контрольных плит из сплавов 5083, 7020, 7039 и 7017. Результаты испытаний показали, что броневая плита Tristrato обеспечива­ет повышенное сопротивление пробитию выбранными бронебойными средствами калибром до 20 мм. Это позволяет значительно уменьшить массу на единицу защищаемой площади по сравнению с традиционными монолитными плитами при обеспечении одинаковой стойкости. Для слу­чая обстрела 7,62-мм бронебойными пулями при угле встречи 0^о обеспечивается следующее уменьшение массы, необходимой для обеспече­ния равной стойкости:

на 32% по сравнению со сплавом 5083

на 21% по сравнению со сплавом 7020

на 14% по сравнению со сплавом 7039

на 10% по сравнению со сплавом 7017

При угле встречи 0^о ударная скорость, соответствующая час­тости пробития 0,5, повышается по сравнению с монолитными плитами из сплавов 7039 и 7017 на 4...14% в зависимости от типа базисного сплава, толщины брони и типа боеприпаса Композитная плита особен­но эффективна для защиты от 20-мм снарядов FSP, при обстре­ле которыми указанная характеристика возрастает на 21%.

Повышенная стойкость плиты Tristrato объясняется соче­танием высокой сопротивляемости внедрению пули (снаряда) из-за наличия твердого центрального элемента со способностью удерживать осколки, возникающие при пробитии центрального слоя, пластичным тыльным слоем, который сам осколков не дает.

Пластичный слой с тыльной стороны Tristrato играет важ­ную роль в предотвращении отколов брони. Этот эффект усиливается возможностью отслоения пластичного тыльного слоя и его пластичес­ким деформированием на значительной площади в районе попадания.

Это важный механизм сопротивления пробитию плиты Tristrato. Процесс отслоения поглощает энергию, а пустота, образуемая между сердцевиной и тыльным элементом, может улавливать снаряд и осколки, образуемые при разрушении высокотвердого материала сердцевины. Подобным же образом, расслоение на границе раздела между передним (лицевым) элементом и центральным слоем может способствовать раз­рушении снаряда или направлять снаряд и осколки вдоль границы раздела.

Рис.2. 

Слева: схема, показывающая механизм сопротивления образованию отколов брови плиты Tristrate;

справа: результаты удара тупоносым бронебойным

снарядом по толстой плите Tristrato;

Производственные свойства

Плиты Tristrato можно сварить, пользуясь теми же мето­дами, которые применяются для соединения традиционных монолитных плит из Al-Zn-Mg сплавов (методами TIG и   MIG). Структура композитной плиты требует, чтобы были все же приняты некоторые специфические меры, определяемые особенностями хими­ческого состава центрального слоя, который следует рассматривать как "нехороший для сварки" материал, в отличие от переднего и тыльного элементов. Следовательно, при разработке сварного соединения следует учитывать тот факт, что основной вклад в механи­ческую прочность соединения должен вноситься наружным и тыльным элементами плиты.

Геометрия сварных соединений должна локализовать сварочные напряжения по границе и в зоне сплавления наплавленного и основного металлов. Это является важным для разрешения проблем корро­зионного растрескивания наружного и тыльного слоев плиты, которое иногда обнаруживается в Al-Zn-Mg сплавах. Центральный элемент благодаря высокому содержанию меди обнаруживает высокое сопротивление коррозионному растрескиванию.

Rrof. ETTORE DI RUSSO

ALUMINIUM COMPOSITE ARMOUR.

INTERNATIONAL DEFENSE REVIEW, 1988, No12, p.1657-1658

См. Также:

Баллистическая защита для легких тактических машин
ОСОБЕННОСТИ КОРПУСА И БАШНИ БМП-3
Бронирование современных отечественных танков
Защищенность танков второго послевоенного поколения Т-64