RU2312914C2

RU2312914C2 - Armored-carcass deformable aluminum alloy

Info

Publication number: RU2312914C2
Application number: RU2006100923/02A
Authority: RU
Inventors: Арташес Андреевич Арцруни (RU); Арташес Андреевич Арцруни; ков Владимир Ильич Скорн (RU); Владимир Ильич Скорняков; Владимир Михайлович Чертовиков (RU); Владимир Михайлович Чертовиков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт стали" (ОАО "НИИстали")
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2007-12-20
Also published as: RU2006100923A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention proposes alloy comprising the following components, wt.-%: zinc, 4.7-5.3; magnesium, 2.1-2.6; chrome, 0.12-0.25; titanium, 0.03-0.10; zirconium, 0.07-0.12; beryllium, 0.0002-0.005; iron, 0.05-0.35; silicon, 0.05-0.25; boron, 0.0003-0.003; sodium, 0.0001-0.0008; copper, 0.2, not above, and aluminum, the balance. Proposed alloy provides enhancing the armor structure uniformity and its welded joints, to provide stable armor resistance of extended welded joints of armor and independently of location of units to be welded, to exclude splitting off from rear side of armor in case armor not piercing by a missile, to exclude possibility for decreasing tenacity of armor in exploitation including using under conditions of combination with external dynamic protection of armored-carcass and armored-carrying mechanized objects. Invention can be used in producing armor for armored-carrying equipment for protection against effect of affection agents.

EFFECT: improved and valuable technical properties of alloy.

Description

Изобретение относится к металлургии и может найти применение при изготовлении брони броненесущей техники (корпуса и элементы автомобилей, боевых машин и кораблей и т.д.) для защиты от воздействия средств поражения.The invention relates to metallurgy and may find application in the manufacture of armor of armored vehicles (hulls and elements of cars, military vehicles and ships, etc.) to protect against the effects of weapons.

Специфическими свойствами брони, определяемыми условиями эксплуатации объекта защиты, является устойчивость самого материала брони и его сварных соединений к воздействию пуль, снарядов различного калибра, мин, их осколков и т.п., а также сочетаемость с другими видами защиты.The specific properties of the armor, determined by the operating conditions of the object of protection, are the resistance of the armor material itself and its welded joints to the effects of bullets, shells of various calibers, mines, their fragments, etc., as well as compatibility with other types of protection.

Поэтому к свариваемым материалам, используемым для изготовления цельнометаллического корпуса из брони, помимо общих требований к материалу по механической прочности, устойчивости к общей коррозии и коррозии под напряжением, также предъявляются требования по бронестойкости, живучести, баллистической свариваемости и т.д.Therefore, to the welded materials used for the manufacture of an all-metal body made of armor, in addition to the general requirements for the material in terms of mechanical strength, resistance to general corrosion and stress corrosion, requirements are also made for armor resistance, survivability, ballistic weldability, etc.

Известен деформируемый алюминиевый сплав, содержащий следующие компоненты в мас.%: цинк 5,4-6,2; магний 2,51-3,0; марганец 0,1-0,3; хром 0,12-0,25; титан 0,03-0,10; цирконий 0,07-0,12; бериллий 0,000 2-0,005; медь ≤0,2; железо ≤0,3; кремний ≤0,2; алюминий - остальное (RU 2094517 C1, C23C 21/10, 1997).Known deformable aluminum alloy containing the following components in wt.%: Zinc 5.4-6.2; magnesium 2.51-3.0; manganese 0.1-0.3; chrome 0.12-0.25; titanium 0.03-0.10; zirconium 0.07-0.12; beryllium 0.000 2-0.005; copper ≤0.2; iron ≤0.3; silicon ≤0.2; aluminum - the rest (RU 2094517 C1, C23C 21/10, 1997).

Известный сплав, упрочняемый закалкой и старением, обладает следующими механическими характеристиками: σ_в=510-560 МПа, σ_0,2=450-490 МПа, δ=7-10%, А_к=0,7-1. Известный сплав используется в производстве крупногабаритных большетолщинных цельноалюминиевых объектов машиностроения. Однако сварные швы конструкций из данного сплава (угловые и особенно прямоугольные) имеют некоторую склонность к коррозии под напряжением, что в сочетании с температурно-линейными деформациями конструкций может привести к трещинообразованию на открытых торцах угловых сварных соединений. Поэтому при длительной эксплуатации, особенно в условиях воздействия знакопеременных нагрузок, живучесть сварных бронекорпусов механизированных объектов, изготовленных из данного сплава, может снизиться. Кроме того, броня, изготовленная из данного сплава, не обеспечивает достаточного уровня стойкости при воздействии снарядов и не может быть использована одновременно с активной динамической защитой механизированных объектов в виде подрываемых блоков взрывчатого вещества.Known alloy hardened by quenching and aging, has the following mechanical characteristics: σ _in = 510-560 MPa, σ _0.2 = 450-490 MPa, δ = 7-10%, And _to = 0.7-1. The known alloy is used in the manufacture of large-sized large-thickness all-aluminum mechanical engineering objects. However, welds of structures of this alloy (angular and especially rectangular) have some tendency to stress corrosion, which in combination with temperature-linear deformations of structures can lead to cracking at the open ends of the corner welds. Therefore, with prolonged use, especially under conditions of alternating loads, the survivability of welded armored hulls of mechanized objects made of this alloy may decrease. In addition, the armor made of this alloy does not provide a sufficient level of resistance when exposed to shells and cannot be used simultaneously with the active dynamic protection of mechanized objects in the form of detonated explosive blocks.

Известен деформируемый алюминиевый сплав, содержащий следующие компоненты в мас.%: цинк 4,7-5,3; магний 2,1-2,6; марганец 0,05-0,15; хром 0,12-0,25; титан 0,03-0,10; цирконий 0,07-0,12; бериллий 0,0002-0,005; медь ≤0,2; железо ≤0,35; кремний ≤0,25; алюминий - остальное (RU 2094516 C1, C23C 21/10, 1997).Known deformable aluminum alloy containing the following components in wt.%: Zinc 4.7-5.3; magnesium 2.1-2.6; manganese 0.05-0.15; chrome 0.12-0.25; titanium 0.03-0.10; zirconium 0.07-0.12; beryllium 0.0002-0.005; copper ≤0.2; iron ≤ 0.35; silicon ≤0.25; aluminum - the rest (RU 2094516 C1, C23C 21/10, 1997).

Известный сплав, упрочняемый закалкой и старением, обладает следующими механическими характеристиками: σ_в=460-500 МПа, σ_0,2=370-440 МПа, δ=8-14%, А_к=1,1-1,8. Известный сплав является ударостойким и используется в производстве крупногабаритных цельносварных ударопрочных объектов машиностроения. Броня, изготовленная из данного сплава, способна обеспечить достаточный уровень стойкости при воздействии снарядов. Однако для данного сплава после деформации характерна определенная анизотропия свойств, в большей степени для катаной брони, что ограничивает его применение в сочетании с активной динамической защитой при воздействии современных, более мощных средств поражения брони.The known alloy, hardened by hardening and aging, has the following mechanical characteristics: σ _in = 460-500 MPa, σ _0.2 = 370-440 MPa, δ = 8-14%, And _k = 1.1-1.8. The known alloy is impact resistant and is used in the manufacture of large-sized all-welded impact-resistant engineering objects. Armor made from this alloy is able to provide a sufficient level of resistance when exposed to shells. However, after deformation, this alloy is characterized by a certain anisotropy of properties, to a greater extent for rolled armor, which limits its use in combination with active dynamic protection when exposed to modern, more powerful means of hitting armor.

Задачей изобретения является создание бронекорпусного деформируемого алюминиевого сплава, обеспечивающего в сочетании с активной динамической защитой повышение живучести цельносварных бронекорпусов при воздействии современных мощных средств поражения, а также повышение устойчивости сварных соединений брони к общей коррозии и коррозии под напряжением, обеспечение стабильности характеристик брони независимо от способа ее получения.The objective of the invention is to provide an armored hull of deformable aluminum alloy, which, in combination with active dynamic protection, increases the survivability of all-welded armored hulls under the influence of modern powerful weapons, as well as increasing the resistance of welded joints of armor to general corrosion and stress corrosion, ensuring the stability of the characteristics of the armor regardless of its method receipt.

Техническим результатом изобретения является повышение однородности структуры брони и ее сварных швов, обеспечение изотропности катаной брони на уровне прессованной брони, обеспечение стабильной бронестойкости сварных швов брони из сплава по изобретению, независимо от расположения свариваемых элементов, исключение откола с тыльной стороны брони при непробитии снарядом, обеспечение высокой живучести брони, включая в условиях сочетания с внешней динамической защитой бронекорпусных механизированных объектов.The technical result of the invention is to increase the uniformity of the structure of the armor and its welds, to ensure the isotropy of the rolled armor at the level of the pressed armor, to ensure stable armor resistance of the welded joints of the armor of the alloy according to the invention, regardless of the location of the elements to be welded, to exclude spalling from the back of the armor when the shell does not penetrate, ensuring high survivability of armor, including in combination with external dynamic protection of armored mechanized objects.

Сущностью изобретения является то, что бронекорпусной деформируемый алюминиевый сплав включает цинк, магний, хром, титан, цирконий, бериллий, железо, кремний, бор, натрий, медь и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%: цинк 4,7-5,3; магний 2,1-2,6; хром 0,12-0,25; титан 0,03-0,10; цирконий 0,07-0,12; бериллий 0,0002-0,005; железо 0,05-0,35; кремний 0,05-0,25; бор 0,0003-0,003; натрий 0,0001-0,0008; медь не более 0,2; алюминий - остальное.The essence of the invention is that the armored hardenable wrought aluminum alloy includes zinc, magnesium, chromium, titanium, zirconium, beryllium, iron, silicon, boron, sodium, copper and aluminum in the following ratio, wt.%: Zinc 4.7-5, 3; magnesium 2.1-2.6; chrome 0.12-0.25; titanium 0.03-0.10; zirconium 0.07-0.12; beryllium 0.0002-0.005; iron 0.05-0.35; silicon 0.05-0.25; boron 0.0003-0.003; sodium 0.0001-0.0008; copper no more than 0.2; aluminum is the rest.

Одновременное присутствие бора в количестве 0,0003-0,003 мас.% и натрия в количестве 0,0001-0,0008 мас.% и при отсутствии марганца в сплаве по изобретению при сохранении высоких механических характеристик способствует уменьшению неоднородности структуры сплава после деформирования и термообработки в виде слоистости (шиферности), а также способствует повышению изотропности катаного материала бронекорпуса до уровня прессованного и релаксации напряжений в зоне протяженного сварного шва.The simultaneous presence of boron in an amount of 0.0003-0.003 wt.% And sodium in an amount of 0.0001-0.0008 wt.% And in the absence of manganese in the alloy according to the invention while maintaining high mechanical characteristics helps to reduce the heterogeneity of the alloy structure after deformation and heat treatment in in the form of lamination (slate), and also helps to increase the isotropy of the rolled material of the armored housing to the level of the pressed and relaxation of stresses in the zone of the extended weld.

Изготовление бронекорпуса из сплава по изобретению включает получение расплава, его литье полунепрерывным способом в кристаллизатор скольжения или в электромагнитный кристаллизатор, порезку слитков на слябы, их гомогенизацию, фрезеровку, стандартное деформирование ковкой, прокаткой или прессованием, термообработку заготовок и сварку. Требуемую концентрацию натрия в сплаве по изобретению получают путем выстаивания расплава в миксере под флюсом, например криолитовым. Бор вводится в сплав стандартными способами легирования. При изготовлении поковок применяются III и IV схемы ковки. Термообработка заготовок включает закалку и искусственное старение при температуре 100°С в течение 24 часов, причем старение включает дополнительную выдержку при температуре 165-175°С в течение 3-4 часов. Сварку заготовок ведут по стандартной технологии. Бронекорпус, включающий протяженные сварные соединения, дополнительно выдерживают при температуре 165-175°С в течение 3-4 часов.The manufacture of an armored housing from an alloy according to the invention includes the production of a melt, its casting in a semi-continuous manner into a sliding mold or into an electromagnetic mold, cutting ingots into slabs, their homogenization, milling, standard deformation by forging, rolling or pressing, heat treatment of workpieces and welding. The required concentration of sodium in the alloy according to the invention is obtained by standing the melt in a mixer under a flux, for example cryolite. Boron is introduced into the alloy by standard alloying methods. In the manufacture of forgings, III and IV forging schemes are used. Heat treatment of preforms includes hardening and artificial aging at a temperature of 100 ° C for 24 hours, and aging includes additional exposure at a temperature of 165-175 ° C for 3-4 hours. Workpieces are welded using standard technology. The armored housing, including extended welded joints, is additionally maintained at a temperature of 165-175 ° C for 3-4 hours.

Служебные характеристики брони из сплава по изобретению оценивали по отсутствию слоистости (шиферности) основного металла, металла околошовной зоны и шва сварного соединения после дополнительной выдержки при температуре 165-175°С в течение 3-4 часов; по коэффициенту изотропности К_σ (%) катаной и прессованной брони, характеризующего стабильность σ_в по высоте прессованных плит по отношению к σ_в по длине; по характеристике живучести; по выигрышу по массе броневых плит из сплава по изобретению по сравнению с броневой сталью при одинаковых условиях обстрела снарядами (как цельнокорпусными, так и подкалиберними), по стойкости к общей коррозии и коррозии под напряжением.Service characteristics of the alloy armor according to the invention were evaluated by the absence of layering (slate) of the base metal, the metal of the weld zone and the weld joint after additional exposure at a temperature of 165-175 ° C for 3-4 hours; by the coefficient of isotropy K _σ (%) of rolled and pressed armor, characterizing the stability of σ _in the height of the pressed plates with respect to σ _in length; survivability characteristics; by the weight gain of the armor plates of the alloy according to the invention as compared to armor steel under the same conditions of shelling shells (both full-body and sub-caliber), by resistance to general corrosion and stress corrosion.

Механические характеристики сплава по изобретению после закалки и старения практически не отличаются от механических характеристик сплава прототипа: σ_в=460-510 МПа, σ_0,2=370-430 МПа, δ=8-13%, А_к=1,3-2,0 кгм/см². Структура как катаной, так и прессованной брони (основной металл, металл шва и околошовной зоны) после деформации и термообработки является однородной с отсутствием слоистости. Значения К_σ катаной брони 90-96% сопоставимо со значением К_σ прессованной брони 94-98%. Результаты обстрелов показали хорошую живучесть как плит бронекорпуса из сплава по изобретению, так и сварных соединений, отсутствие тыльных отколов при непробитии, а также 17-40%-ный выигрыш по массе по сравнению со стальной броней при различных углах обстрела. Стандартные коррозионные испытания (в том числе в морской воде) на стойкость к общей коррозии и коррозии под напряжением при нагрузке 0,9 σ_0,2 показали отсутствие межкристаллитной коррозии и трещин в зоне шва и околосварной зоне.The mechanical characteristics of the alloy according to the invention after quenching and aging practically do not differ from the mechanical characteristics of the alloy of the prototype: σ _in = 460-510 MPa, σ _0.2 = 370-430 MPa, δ = 8-13%, And _to = 1,3- 2.0 kgm / cm ² . The structure of both rolled and pressed armor (base metal, weld and heat-affected zone metal) after deformation and heat treatment is uniform with no layering. Values of K _{σ of} rolled armor of 90-96% are comparable with the value of K _{σ of} pressed armor of 94-98%. The results of the shelling showed good survivability of both the plates of the armored hull of the alloy according to the invention, and welded joints, the absence of rear spalls during non-penetration, as well as a 17-40% weight gain in comparison with steel armor at various firing angles. Standard corrosion tests (including in sea water) for resistance to general corrosion and stress corrosion at a load of 0.9 σ _0.2 showed the absence of intergranular corrosion and cracks in the weld zone and near-welded zone.

Представленные результаты показывают достижение поставленного технического результата и возможность использования сплава по изобретению при изготовлении цельносварных бронекорпусов объектов техники, включая в сочетании с активной динамической защитой.The presented results show the achievement of the technical result and the possibility of using the alloy according to the invention in the manufacture of all-welded armored corps of objects of technology, including in combination with active dynamic protection.

Claims

Armored wrought aluminum alloy, including zinc, magnesium, chromium, titanium, zirconium, beryllium, iron, silicon, copper and aluminum, characterized in that it additionally contains boron and sodium in the following ratio, wt.%:

zinc 4.7-5.3 magnesium 2.1-2.6 chromium 0.12-0.25 titanium 0.03-0.10 zirconium 0.07-0.12 beryllium 0.0002-0.005 iron 0.05-0.35 silicon 0.05-0.25 boron 0.0003-0.003 sodium 0.0001-0.0008 copper no more than 0.2 aluminum rest