Броневой деформируемый алюминиевый сплав

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении брони для индивидуальной защиты и для защиты механизированных броненесущих объектов от воздействия средств поражения. Сплав содержит следующие компоненты, 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 0,0002-0,005, натрий 0,0001-0,0008, медь не более 0,2, железо не более 0,3, кремний не более 0,2, алюминий остальное. Данный сплав позволяет повысить однородность структуры брони и ее сварных швов, обеспечить стабильную бронестойкость протяженных сварных швов брони независимо от расположения свариваемых элементов, исключить откол с тыльной стороны брони при непробитии снарядом, исключить возможность снижения живучести брони в процессе эксплуатации, включая использование в условиях сочетания с внешней динамической защитой бронекорпусных и броненесущих механизированных объектов. 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии и может найти применение при изготовлении брони для индивидуальной защиты (каски, щиты, бронежилеты и т.д.) и для защиты механизированных броненесущих объектов (корпуса и элементы автомобилей, боевых машин и кораблей и т.д.) от воздействия средств поражения.

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 активной и пассивной защиты.

Поэтому, к свариваемым металлическим сплавам, используемым для изготовления брони, помимо общих требований по механической прочности, устойчивости к общей коррозии и коррозии под напряжением, также предъявляются требования по бронестойкости, живучести и т.д., как самого металла, так и его сварных швов.

Известен деформируемый алюминиевый сплав, содержащий следующие компоненты, мас.%: цинк 3,0-6,0; магний 0,6-2,5; марганец 0,2-0,5; хром 0,15-0,25; титан 0,01-0,20; цирконий 0,01-0,2; бериллий 0,0005-0,0015; медь≤0,5; железо≤0,1; кремний≤0,5; алюминий остальное.

(DE 1274346 C1, C 23 C 21/00, 1968)

Однако известный сплав не является ударопрочным и не может быть использован для производства брони.

Известен деформируемый свариваемый алюминиевый сплав, содержащий следующие компоненты, 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 0,0002-0,005; медь≤0,2; железо≤0,3; кремний≤0,2; алюминий остальное.

(RU 2094517 C1, C 23 C 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 кгм/см². Известный сплав используется в производстве крупногабаритных большетолщинных цельноалюминиевых объектов машиностроения. Однако протяженные 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 конструкций бронекорпусных или броненесущих 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 всегда может быть использована в сочетании с активной динамической защитой механизированных объектов в виде подрываемых блоков взрывчатого вещества.

Задачей изобретения является создание броневого деформируемого алюминиевого сплава, обеспечивающего повышение живучести брони при воздействии современных мощных средств поражения, а протяженные сварные соединения сплава обладают повышенной устойчивостью к общей коррозии и коррозии под напряжением.

Техническим результатом изобретения является повышение однородности структуры брони и ее сварных швов, обеспечение стабильной бронестойкости протяженных сварных швов брони из сплава по изобретению, независимо от расположения свариваемых элементов, исключение откола с тыльной стороны брони при непробитии, исключение возможности снижения живучести брони в процессе эксплуатации, включая использование в условиях сочетания с внешней динамической защитой бронекорпусных и броненесущих механизированных объектов.

Сущностью изобретения является то, что броневой деформируемый алюминиевый сплав включает цинк, магний, марганец, хром, титан, цирконий, бериллий, натрий, медь, железо, кремний и алюминий при следующем соотношении компонентов, 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 0,0002-0,005; натрий 0,0001-0,0008; медь не более 0,2; железо не более 0,3; кремний не более 0,2; алюминий - остальное.

Содержание натрия в количестве 0,0001-0,0008 мас.% в броневом 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 материала и релаксации напряжений в зоне протяженного сварного шва.

Изготовление брони из сплава по изобретению включает получение расплава, его литье полунепрерывным способом в кристаллизатор скольжения или в электромагнитный кристаллизатор на круглые или плоские слитки, порезку слитков на слябы, их гомогенизацию, фрезеровку, стандартное деформирование прокаткой, прессованием ковкой или штамповкой, термообработку заготовок. Требуемую концентрацию натрия в сплаве по изобретению получают путем выстаивания расплава в миксере под флюсом, например, криолитовым. При изготовлении поковок применяются III и IV схемы ковки. Термообработка полуфабрикатов включает закалку и искусственное старение при температуре 100°С в течение 24 часов. Сварку деталей ведут по стандартной технологии. Сварную бронеконструкцию, включающую протяженные сварные швы, дополнительно выдерживают при температуре 165-175°С в течение 3-4 часов.

Служебные характеристики брони из сплава по изобретению оценивали на отсутствие 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 дистанции непробития (в метрах) брони при обстреле бронебойными пулями Б-32 калибра 7,62 мм, 12,7 мм и 14,5 мм; по соответствующему пределу тыльной прочности V_птп (скорость снаряда при отсутствии любых разрушений с тыльной стороны) при воздействии бойком калибром 100 мм при углах встречи 0-50°, а также по наличию откола с тыльной стороны основного металла и металла шва, по стойкости к общей коррозии и коррозии под напряжением.

Механические характеристики сплава по изобретению после закалки и старения практически не отличаются от механических характеристик сплава прототипа: σ_в=510-570 МПа, σ_0,2=450-500 МПа, δ=7-10%, А_к=0,7-1 кгм/см². Структура брони (основной металл, металл шва и околошовной зоны) независимо от вида деформации в термообработанном состоянии является однородной с отсутствием слоистости при высокой изотропности материала независимо от направления (вдоль, поперек, по вертикали). Результаты обстрелов и коррозионных испытаний представлены в таблице.

Калибр пули, мм	Толщина брони, мм	Угол встречи, градус	Дистанция непробития, м	Значение Vптп, м/сек	Наличие тыльного откола (основной металл, сварной шов)	Стойкость к общей коррозии и коррозии под напряжении под нагрузкой 0,9 σ0,2
7.62	20	0	480	-	нет	МКК и трещины в околошовной зоне отсутствуют
7,62	20	40	80	-	нет
12,7	30	0	1250	-	нет
12,7	30	30	790	-	нет
100 (боек)	45	50	-	750	нет

Представленные результаты показывают достижение поставленного технического результата и возможность использования сплава по изобретению для изготовления брони как для средств индивидуальной защиты (каски, щиты, бронежилеты и т.д.), так и для объектов бронекорпусной и броненесущей техники, включая при использовании внешней динамической защиты.

Броневой деформируемый алюминиевый сплав, включающий цинк, магний, марганец, хром, титан, цирконий, бериллий, железо, кремний, медь и алюминий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит натрий при следующем соотношении компонентов, 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	0,0002-0,005
натрий	0,0001-0,0008
медь	не более 0,2
железо	не более 0,3
кремний	не более 0,2
алюминий	остальное