Материалы и защитные структуры для локального и защитного бронирования
Григорян В.А., Кобылкин И.Ф., Маринин В.М., Чистяков Е.Н.
РадиоСофт, 2008 г.
5.4. МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ БРОНЯ НА ОСНОВЕ СПЛАВОВ АЛЮМИНИЯ И ТИТАНА
При увеличении толщины противопульной металлической брони сверх b/d> 1,5...2,0 исключаются наименее энергоемкие механизмы пробития брони, связанные с тыльным отколом, изгибом и растяжением брони в области воздействия пули, образованием радиальных трещин и последующем разрушении по типу пролома. Предельная скорость сквозного пробития возрастает не только из-за увеличения толщины преграды, но и вследствие более энергоемких механизмов ее пробития. Однако из-за весовых ограничений СИБ увеличение толщины стальной брони сверх 6,0...6,5 мм не представляется возможным.
При использовании вместо стальной брони высокопрочных сплавов титана и алюминия в равной массе толщина титановой брони увеличивается в среднем в 1,7 раза, а алюминиевой - в 2,8 раза, что позволяет надеяться на увеличение противопульной стойкости соответствующих защитных структур. Поскольку известны случаи применения в СИБ высокопрочных сплавов титана и алюминия, в краткой форме рассмотрим их основные свойства.
Титан и титановые сплавы. Титан имеет две полиморфные модификации: низкотемпературная α-модификация имеет ГПУ решетку и устойчива до температуры 882 °С, при более высокой температуре устойчива β-модификация, имеющая ОЦК решетку. Наличие полиморфизма создает предпосылки для улучшения свойств титановых сплавов с помощью легирования и термообработки. По своему кристаллическому строению титановые сплавы делятся на однофазные с α-структурой, двухфазные с (α+β) - структурой и однофазные с β-структурой.
Титановые сплавы с α-структурой ВТ5, ВТ5-1, содержат 5% алюминия, являющегося α-стабилизатором, а также 2,5% олова. Эти сплавы имеют средний уровень прочности, не подвергаются термообработке и обладают очень высокой коррозионной стойкостью.
Двухфазные титановые сплавы с (α+β) структурой ВТ6, ВТ8, ВТ14, ВТ16 и др. содержат в определенной пропорции а- и β-стабилизаторы: алюминий, ванадий, молибден, хром, железо и др. Эти сплавы обладают хорошим сочетанием технологических и механических свойств: они упрочняются при термообработке до σΒ = 1,5..1,8 ГПа. Титановые сплавы характеризуются относительно невысоким модулем упругости 112 ГПа.
О баллистической стойкости тонких пластин из титанового сплава Ti-6Al-4V (330 НВ, σΒ = 895 МПа), при воздействии бронебойных пуль со стальным и свинцовым сердечниками можно судить по зависимостям 50%-ной скорости пробития от толщины пластин, приведенным на рис. 5.8 [5.26].
Однофазные β-сплавы не имеют широкого промышленного применения, так как для получения устойчивой β-структуры сплавы должны быть легированы большим количеством β-стабилизаторов: V, Mo, Nb, Та - дорогих и дефицитных материалов, к тому же значительно повышающих плотность сплавов. В настоящее время применяются так называемые псевдосплавы типа ВТ15, содержащие до 20% V, Мо, Сг.
В СИБ применяются титановые сплавы с (α+β)-cτpyκτypoй (ВТ14, ВТ23 и др.) и однофазные псевдосплавы (ТС6) [5.4]. Также как и для стальной брони, большую роль в улучшении механических свойств титановой брони играет измельчение микроструктуры.
Необходимо отметить, что из-за низкой теплопроводности титановые сплавы при интенсивном динамическом нагружении имеют склонность к локализации сдвиговых пластических деформаций - образованию полос адиабатического сдвига. Поэтому доминирующим механизмом пробития титановых бронепластин является срез и выбивание пробки [5.27].