RU2071025C1

RU2071025C1 - Laminated plate for armor based on aluminium

Info

Publication number: RU2071025C1
Application number: RU94010475A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Баканов; Алексей Васильевич Бирюлев; Олег Иванович Евсеев; Вячеслав Федорович Каширин; Евгений Александрович Поляков
Original assignee: Анатолий Иванович Баканов; Алексей Васильевич Бирюлев; Олег Иванович Евсеев; Вячеслав Федорович Каширин; Евгений Александрович Поляков
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 1996-12-27

Abstract

FIELD: armored forces. SUBSTANCE: invention is intended for protection of objects against concentrated and distributed loadings of high intensity. Laminated plate for armor based on aluminium includes face and rear layers with intermediate layer manufactured from technically pure aluminium and positioned above face and under rear layers. Face layer has thickness 75-90% of plate thickness made of alloy with Brinell hardness number not less than 165. Rear layer has thickness 5-15% of plate thickness with hardness 135-150 BHN. Description specifies alloys of which face layer can be manufactured. EFFECT: improved protection against concentrated and distributed loadings. 3 cl, 2 dwg, 3 tbl

Description

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.). The invention relates to special mechanical engineering (civil and military) and can be used in other areas of technology that require protection of objects from the effects of concentrated and distributed loads of high intensity (grenade fragments, mine detonation, bullet, shell, etc.).

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). As armored aluminum alloys, currently weldable alloys of the AI-Zn-Mg system are mainly used. It is known that the level of armor properties of aluminum alloys with a sufficient margin of ductility is determined by their strength (hardness). The strength (hardness) of the alloys of the AI-Zn-Mg system almost linearly increases with an increase in the total content of the main alloying elements Zn + Mg (Fig. 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). Of the armor alloys used in products of foreign technology, alloys 7039 (USA), E74S (7017) (England), 7020 (AZ5g) (France), and others are known. The maximum content (Zn + Mg) in these alloys is 8.8, respectively; 7.8; 6.4 wt. which provides them with a sufficiently high hardness (HB> 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. A comparative analysis of the chemical compositions of domestic alloys 1931, 1903 show that these alloys are similar to foreign alloys 7017, 7039 (see table 1). Therefore, all of the following arguments relating to the properties of foreign alloys will be valid for domestic alloys if they are used as armor alloys.

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). A further increase in the hardness of armor from alloys of the type 7039, 7017 due to an increase in the total content (Zn + Mg) does not lead to an increase in the level of their armor properties due to the formation of rear spalls due to a decrease in the plastic properties of the alloys. To ensure an increased level of armor properties, an aluminum composite armor is proposed, including a face layer of reduced strength (hardness) (HB ≃ 150 units) from a welded alloy of the AI-Zn-Mg system with a thickness of 20% of the armor thickness; a middle layer of high strength (hardness) (HB = 180 units) of a non-weldable alloy of the AI-Zn-Mg-Cu system, 55% thick and a back layer similar to the front one, i.e. hardness HB = 150 units a thickness of about 20% of the thickness of the armor and made of a welded alloy of the AI-Zn-Mg system. Between the layers are thin (2.5% of the thickness of the armor) layers of technically pure aluminum (figb). The developed composite armor has an advantage in the level of armor resistance over armor from homogeneous alloys 7017, 7039, 7020 and by 4-20% depending on the test conditions (see the journal "International Defense Review" 1988, v. 21, No. 21, p. 1657 -1658 prototype).

К недостаткам рассмотренной композиционной брони относится следующее. The disadvantages of the considered composite armor include the following.

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). The use of the AI-Zn-Mg system with a hardness of HB 150 units as the front and back layers of the alloy. and therefore, Zn + Mg> 6.5 wt. (figure 1), leads to a significant reduction in their corrosion resistance under the action of stresses (especially welded structures).

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. The use of a non-weldable alloy as the middle layer (55% of the thickness of the armor) leads to a complication of the design of welded corner joints. Static stresses arising from the action of internal and external forces are perceived mainly by the external (front and back) welded layers. This leads to an increased level of stresses in them, a decrease in resistance to corrosion damage and, accordingly, a decrease in the operational reliability of the welded structure.

Для дальнейшего повышения уровня бронестойкости слоистой брони, необходимо повышение ее твердости, что может быть достигнуто повышением твердости отдельных слоев, составляющих плиту, в частности, наружных. To further increase the level of armor resistance of layered armor, it is necessary to increase its hardness, which can be achieved by increasing the hardness of the individual layers that make up the plate, in particular the outer ones.

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. However, in this case, when the weapon is approached to the back surface in the event of its non-penetration, cone-shaped back spalls and cracks are formed up to 10% of the thickness of the barrier. In this case, an increase in the hardness of the back layer does not lead to an increase in the level of armor resistance of the layered armor. The origin of cracks in the back layer occurs from the outer surface of the plate.

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. The aim of the invention is to provide high armor and corrosion resistance of aluminum layered armor with minimum weight, as well as ensuring high operational reliability of welded structures made using laminated aluminum plates.

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). An increase in the corrosion resistance of layered aluminum armor is achieved by applying thin δ = (0.01-0.03) H, where H is the thickness of the armor] layers (underlayer and underlayer, respectively) of technically pure aluminum with high corrosion resistance on the surface of the front and back layers. resistance (table 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. An increase in the level of armor resistance of layered armor is achieved on the one hand by increasing the share of high-strength alloy in layered armor from 55% in the prototype to 85% in the proposed one, and on the other hand, by eliminating the possibility of through cracks (spalling) from the back layer due to application the outer surface of the back layer and the sublayer of technically pure aluminum with a thickness of δ = (0.01-0.03) H, where H is the thickness of the armor.

Вследствие высокой пластичности этот слой препятствует зарождению и развитию тыльных трещин (отколов) (фиг. 2а). Due to the high ductility, this layer prevents the nucleation and development of back cracks (spalls) (Fig. 2a).

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. The use of welded alloys in both the front and back layers eliminates any complications compared with homogeneous materials in the manufacture of welded, including angular, joints.

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). For experimental verification of the corrosion and armor resistance of the proposed armor, two types of experimental layered armor 30 mm thick were made: type 1 two-layer armor (analogue of the proposed armor (Fig. 1a); type 2 - three-layer armor analogue of the prototype (Fig. 1b).

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.Alloy 1931 was used as the main layer (front for the proposed armor and middle for the prototype) of the experimental layered armor, and alloy 1903 was used as the back layer for the proposed armor and prototype, as well as the front layer for the prototype (Table 1). Armor properties were determined by shelling manufactured samples of armor with a 632 bullet of 7.62 mm caliber normal (angle between the trajectory of the bullet and the normal to the plate (α 0 ^o ) with determining the ultimate speed of conditioned lesions (V _PCP ). Corrosion properties of the samples were determined by periodic immersion samples into seawater followed by assessment of the nature of the corrosion damage.

Из приведенных в табл.2 результатов испытаний видно, что предлагаемая броня имеет преимущество перед известной по уровню броневых свойств. From the test results shown in table 2, it can be seen that the proposed armor has an advantage over the known level of armor properties.

а также по уровню коррозионных свойств.

as well as the level of corrosion properties.

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. The use of the proposed armor will increase the level of armor properties of products while increasing their level of corrosion resistance, and due to the use of only welded alloys in laminated plates, increase their operational reliability.

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. The presence of outer (superlayer and sublayer) and intermediate high-strength layers in a layered plate prevents the initiation and development of cracks in its front and back layers, and thus layered plates exhibit increased resistance to fracture.

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. The increased resistance to destruction of laminated plates allows using not only well-known serial alloys as the material of individual layers, but also alloys specially developed for laminated aluminum plates that are more durable than alloy 1931, for example, an alloy containing ingredients in the following ratio, wt. zinc 6.4-7.2; magnesium 2.6-3.2; manganese 0.07-0.14; chrome 0.15-0.25; titanium 0.03-0.10; zirconium 0.05-0.12; aluminum rest.

Использование специально разработанных для слоистых плит сплавов позволит достигнуть дальнейшего повышения прочностных и, соответственно, броневых свойств слоистых алюминиевых плит. The use of alloys specially developed for laminated plates will allow us to achieve a further increase in the strength and, accordingly, armor properties of laminated aluminum plates.

Claims

1. A layered plate based on aluminum for armor, including the front and back layers, as well as an intermediate layer of technically pure aluminum, characterized in that it additionally above the front and under the back layers contains layers of technically pure aluminum with a thickness of 1 3% of the thickness of the plate, and the front layer with a thickness of 75 to 90% of the thickness of the plate is made of a welded alloy with a hardness of at least 165 units. according to Brinell and the back layer with a thickness of 5 to 15% of the thickness of the plate with a hardness of 135 150 units. according to Brinell.

2. A plate according to claim 1, characterized in that the front layer is made of an alloy containing ingredients in the following ratio, wt.

Zinc 5.8 6.6
Magnesium 3.0 3.7
Manganese 0.07 0.15,
Chrome 0.15 0.25
Titanium 0.03 0.10
Zirconium 0.05 0.12
Copper Not more than 0.2
Iron Not more than 0.35
Silicon Not more than 0.25
3. A plate according to claim 1, characterized in that the front layer is made of an alloy containing ingredients in the following ratio, wt.

Zinc 6.4 7.2
Magnesium 2.6 3.2
Manganese 0.07 0.14
Chrome 0.15 0.25
Titanium 0.03 0.09
Zirconium 0.05 0.12
Iron Not more than 0.35
Copper Not more than 0.20
Silicon Not more than 0.25