Armadura de aluminio - armadura basada en aleaciones de aluminio forjado de varios sistemas de aleación . De acuerdo con el volumen bruto de producción de armaduras de aluminio, el área principal de su aplicación es la construcción de tanques, es decir, la producción de vehículos blindados ligeros de las fuerzas terrestres. Además de la construcción de tanques, la armadura de aluminio se utiliza en la construcción naval, la aviación, para proteger los contenedores de transporte y lanzamiento de sistemas de misiles y en otros sistemas de armas.
Desde la década de 1960, la armadura de aleación de aluminio en forma de placas laminadas se ha utilizado ampliamente en la construcción de vehículos de combate blindados ligeros de las fuerzas terrestres: BMD , BRM , BMP , tanques ligeros y cañones autopropulsados , así como en una serie de de vehículos especiales creados sobre su base, con la capacidad de aterrizar y, en algunos casos, de sortear aguas profundas sin preparación. La generalización del uso del blindaje de aluminio se basó en varias de sus ventajas, siendo las principales: el ahorro de peso de un casco blindado fabricado con aleaciones de aluminio frente al igualmente resistente acero; protección efectiva contra la radiación penetrante, liberación más rápida de la radiación inducida causada por la radiación gamma y los flujos de neutrones; más bajo, en comparación con la armadura de acero, fragmentación blindada.
Durante las últimas décadas, la naturaleza y los métodos de guerra han cambiado significativamente. La actual situación geopolítica asociada a la lucha por los recursos dicta la necesidad de un rápido despliegue de fuerzas móviles. La prioridad es el requisito de proteger el vehículo (tripulación) de las armas modernas, cuyo bajo nivel no se compensa con ninguna movilidad y maniobrabilidad. Ha sufrido cambios significativos y la gama de medios típicos de destrucción de equipos de las fuerzas terrestres. La resistencia a las minas y la resistencia al impacto de ondas de choque (altamente explosivas) comenzaron a ocupar un lugar importante.
Los conflictos locales de la última década (Irak y Afganistán) confirmaron de manera convincente la demanda de armaduras de aluminio como un material que puede resistir eficazmente la carga de ondas de choque, se caracteriza por una alta capacidad de supervivencia bajo la acción de campos de fragmentación de alta densidad y balas de armas automáticas de infantería, una tecnología relativamente barata para su producción y procesamiento en productos si está disponible una base industrial bastante amplia para la fabricación de armaduras, y su costo relativamente bajo, en comparación, por ejemplo, con titanio y armaduras compuestas .
Cuando se bombardean con proyectiles perforantes de gran calibre de tanques y cañones antitanque, las placas hechas de aleaciones de aluminio se comportan frágiles, razón por la cual, y también debido al gran espesor requerido de armadura (altura de construcción), alcanzando 200 mm o más , no se puede utilizar de forma independiente como parte de cascos blindados soldados y torretas blindadas de los tanques principales.
Además de un determinado nivel de propiedades del blindaje, uno de los principales requisitos para el blindaje de aluminio de los vehículos de combate es su soldabilidad utilizando una tecnología relativamente sencilla adecuada para la producción en masa de cascos blindados. No menos importante es el requisito de una mayor resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión, que es relevante para las uniones soldadas de placas hechas de aleaciones de aluminio que contienen zinc.
El blindaje de aluminio de los vehículos de combate de categoría ligera en espesores de hasta 30-45 mm está diseñado para proteger contra fragmentos de 100-122 mm, proyectiles de fragmentación altamente explosivos de 152-155 mm de artillería de campaña y balas perforantes de blindaje de 7,62-12,7 mm de armas automáticas . armas de infantería. Si es necesario proteger a la tripulación de un vehículo blindado de balas perforantes B-32 de 7,62 mm (cartucho de 7,62 × 54 mm ) o AP M2 (cartucho de 7,62 × 63 mm ) cuando se dispara desde distancias de 75-150 m, las partes blindadas de espesor de aluminio de los lados y la popa en la práctica son 38-43 mm. Para proteger contra balas perforantes de 12,7 mm, los espesores de estos elementos de armadura deben aumentarse a valores no inferiores a 65-75 mm.
En los países de la OTAN, los requisitos para la protección de vehículos de categoría ligera están determinados por la norma STANAG 4569 (Edición 2).
En la construcción de tanques extranjeros, la armadura de aluminio en espesores de 50-70 mm y superiores se utiliza para la protección diferenciada contra balas perforantes de 14,5 mm y proyectiles perforantes de pequeño calibre, calibre de 20 a 30 mm (casco sólido y sub). -calibre tipo APDS-T ) como independiente (transporte blindado de personal M113 , tanques ligeros M551 Sheridan y " Scorpion ", BMP AMX-10P , BRM "Simiter"), y en combinación con pantallas de acero en forma de armadura espaciada. En particular, los cascos blindados soldados de la familia de vehículos basados en el tanque ligero Scorpion están hechos de placas de blindaje E74S laminadas (desde la década de 1980, 7017 según el sistema internacional de designación de aleación) con un espesor de 20 a 60 mm [Comm. 1] .
Al reemplazar la armadura de acero del casco blindado con aluminio, debido a la mayor rigidez de las placas de aluminio y al rechazo de una serie de piezas endurecidas, se produce una reducción en la masa del casco blindado del orden del 25-30%. se logra (manteniendo la resistencia a prueba de balas), incluso si no hay ahorros en la armadura en sí [1] . La rigidez de una placa de blindaje es generalmente proporcional al cubo del espesor, y dada la diferencia en el módulo de elasticidad del acero y el aluminio, una placa de blindaje de aluminio será nueve veces más rígida que una placa de blindaje de acero de igual masa. El ejemplo del vehículo blindado de transporte de personal M113 (EE. UU.) es indicativo. A pesar del hecho de que la armadura usada hecha de aleación de aluminio y magnesio 5083 era ligeramente inferior a la armadura de acero en términos de resistencia a las balas perforantes de 7,62 mm [2] , el casco blindado ensamblado M113, que era igualmente resistente a la versión de acero del T117, resultó ser 750 kg más ligero [3] . Se pueden obtener ganancias aún mayores mediante el uso de armaduras con mayor resistencia a las balas, lo que, a su vez, responde positivamente a un aumento en la resistencia y dureza de la aleación.
Además, el uso de piezas de blindaje curvilíneas obtenidas por prensado y estampación en los diseños de cascos blindados permite reducir aún más la intensidad de mano de obra de fabricación de la máquina al reducir el número de uniones soldadas.
La resistencia a prueba de balas y proyectiles de las armaduras hechas de aleaciones ligeras, así como otros tipos de armaduras homogéneas enrolladas, está determinada por la combinación de sus propiedades de resistencia, plástico y viscosidad , y no solo por el nivel absoluto de dureza. Como fue determinado en los años de preguerra y guerra por A. S. Zavyalov , P. O. Pashkov y colegas ( TsNII-48 ), el valor de las propiedades plásticas y viscosas de la armadura aumenta con un aumento en el grosor de la armadura, el calibre del agente dañino , su velocidad de impacto, y también durante la transición al elemento llamativo (fragmento) con una ojiva roma [Comm. 3] .
Con un aumento en la dureza de la armadura de aluminio (según Brinell) de 80 a 140 unidades HB, su resistencia a prueba de balas, determinada por la tasa de penetración máxima, aumenta durante el bombardeo tanto a lo largo de la normal como en los ángulos. Al mismo tiempo, según el fabricante líder de armaduras de aluminio 7039 en los EE. UU., Kaiser Aluminium , placas homogéneas fabricadas con aleaciones de aluminio del sistema Al-Zn-Mg con una resistencia superior a 50 kgf/mm² (HB ≥ 150 unidades) cuando disparados contra simuladores de fragmentación de 12,7 mm y 20 mm (percutores de cabeza roma con una altura igual al diámetro del cilindro) se destruyen con la formación de un daño por astillado tan significativo que son prácticamente inadecuados para la armadura [4] .
Con un aumento en el calibre del agente dañino, es necesario aumentar la ductilidad y la tenacidad de la aleación y, en consecuencia, reducir el nivel de su aleación. Entonces, para la protección contra proyectiles perforantes de calibres de 20-30 mm, el índice de plasticidad (alargamiento relativo), que proporciona el nivel máximo de resistencia de la armadura, debe ser de al menos 8-12%, lo que corresponde a una dureza Brinell de 130 -140 unidades HB (1300-1400 MPa) [ 5] .
Los expertos han notado durante mucho tiempo que la efectividad de la armadura de aluminio en comparación con el acero aumenta con el aumento del calibre de una bala perforante. Entonces, al disparar una bala perforante de 7,62 mm a lo largo de la normal a una velocidad de 840-850 m / s, la armadura hecha de aleación 7039-T64 termoendurecida, que es igualmente resistente al acero, tiene una masa de 6 % menos. Para una bala perforante de 12,7 mm, esta ventaja ya es de alrededor del 13%, y para una bala de 14,5 mm, del 19%. Armadura inglesa fabricada en aleación 7017 por Alcan Co. (una versión mejorada de la aleación 7039 con mayor fuerza y resistencia a la corrosión) cuando se dispara con una bala perforante de 14,5 mm proporciona un aumento de peso del 20 % en comparación con una armadura de acero igualmente resistente [2] .
En el rango de ángulos de 30-45°, cuando se dispara con balas perforantes de 7,62 y 12,7 mm, la armadura de acero resulta ser más eficaz [6] . En estas condiciones, se producen fracturas transversales de los núcleos de acero de las balas perforantes debido a los esfuerzos de flexión en la armadura de acero. Este efecto, sin embargo, es mucho más débil o está ausente cuando se bombardean armaduras hechas de aleaciones de aluminio. A pesar de la posibilidad de destrucción del núcleo perforante de la armadura por fracturas transversales, su parte ojival no falla bajo ninguna condición de interacción con la armadura de aluminio. En ángulos de disparo superiores a 45-50°, en particular en ángulos de rebote, el blindaje de aluminio vuelve a superar al acero.
En vista de lo anterior, es aconsejable el uso de blindajes de aluminio antibalas en las estructuras de las torres de los vehículos ligeros cuando sus paredes laterales estén ubicadas en ángulos (desde la vertical) de 50-55°. Con este diseño se consigue el máximo ahorro en la masa de la torre. Un ejemplo es la torre del vehículo de reconocimiento " Fox ", cuyas paredes están hechas de perfiles doblados y soldados completamente prensados de una sección en forma de V [7] [8] . El blindaje frontal del vehículo "Fox" desde las direcciones de fuego delanteras puede resistir la derrota de una bala perforante de 14,5 mm cuando se dispara desde una distancia de 200 m [9] .
En estructuras donde los ángulos de inclinación de los muros sean de 30-45°, es recomendable utilizar armaduras de acero. En la práctica, se utilizan estructuras híbridas con un casco blindado de aluminio y una torreta de acero, en particular, el tanque ligero Sheridan, el vehículo de combate de infantería Warrior (Gran Bretaña) y otros vehículos.
Cuando se dispara con una bala perforante de 14,5 mm, el blindaje de aluminio 7039 supera al blindaje de acero homogéneo RHA de dureza media en toda la gama de ángulos de disparo. La ganancia máxima, que alcanza el 26%, se observa en los ángulos de rebote, lo que, al igual que ocurre con la acción de municiones de otros calibres, está asociado a la resistencia relativamente menor del material de barrera de aleación ligera en la dirección tangencial.
El blindaje de aluminio supera al blindaje de acero cuando se dispara con proyectiles perforantes de pequeño calibre (tipos de cuerpo sólido BT, BZT y BPS de subcalibre con separación) en ángulos grandes cercanos a los ángulos de rebote, por lo que se utilizan con éxito placas de aluminio de 50-70 mm de espesor. para proteger vehículos ligeros. La ventaja de los blindajes fabricados con aleaciones de aluminio está asociada a su mayor consumo específico de energía (la cantidad de energía por unidad de volumen del material de barrera desplazado), así como a la mayor rigidez a la flexión de las placas de blindaje de aluminio de la misma masa que las de acero. . En ángulos de tiro superiores a 45-50°, la longitud de la abolladura y el volumen de metal desplazado en la armadura de aluminio es significativamente mayor que en la armadura de acero en condiciones de impacto similares, lo que determina la ventaja de la armadura de aluminio. En este caso, la resistencia de la armadura, estimada por la velocidad máxima de penetración de un medio dado, generalmente viene determinada por la expresión:
Vα = Vα =0 / cos nα ,donde α es el ángulo de bombardeo de la armadura (desde la normal); n - caracteriza la fuerza de demolición del material de la armadura en la dirección tangencial.
Para utilizar las ventajas de la armadura de aluminio en el diseño del casco blindado, las partes frontales superiores (VLD) del casco blindado se colocan en ángulos de inclinación grandes (70-80 °), lo que facilita la posibilidad de rebote calibre y sub- proyectiles perforantes de calibre sobre ellos, que se implementa, en particular, en el diseño del conjunto frontal BMP AMX-10R y M551 Sheridan.
A principios de la década de 1980, una dirección importante en la mejora de las armaduras de aleación ligera fue su uso en esquemas de protección estructural: armaduras espaciadas con pantallas de acero. Dicha protección resultó estar en demanda con la llegada de disparos con proyectiles de subcalibre perforantes del tipo APDS-T, cuyos núcleos eran originalmente de carburo (carburo de tungsteno en un enlace de cobalto) - cartuchos 20 × 139 mm " Hispano-Suiza " RINT (Suiza), OPTSOC (Francia) y DM63 (Alemania), en la nueva generación de municiones de pequeño calibre adoptadas a principios de la década de 1980, fueron reemplazadas por aleaciones de tungsteno de alta resistencia - cartuchos 25 × 137 mm M791 (EE.UU.) y Oerlikon TLB [Comm. 4] . Lo anterior permitió aumentar significativamente el efecto perforante de los disparos de pequeño calibre, en particular, en ángulos grandes (α≥60 °) de impacto con la armadura.
Hasta la fecha, los vehículos de combate de infantería de la OTAN cumplen los requisitos para la protección de las tripulaciones de la norma STANAG 4569 , nivel 4 (proyección lateral, ángulo de rumbo 90°) y nivel 5 (proyección frontal del vehículo, ángulo de rumbo ± 30°), lo que representa, en de hecho, el nivel de requisito mínimo (obligatorio). Estos últimos, a su vez, se basan en el nivel de protección implementado en las máquinas base de la década de 1980 M2A1 "Bradley" (EE. UU.) y " Marder 1 " (Alemania).
Ejemplos prácticos del uso de un esquema de "blindaje de acero y aluminio" espaciado con pantallas de acero montadas en la parte superior del blindaje principal de aluminio sobre pernos son los vehículos de combate de infantería: BMP-3 (Rusia), M2 Bradley (EE. UU.), Dardo (Italia) . La(s) pantalla(s) de acero fabricadas con acero de alta dureza tiene por objeto absorber el impulso principal del agente dañino, desestabilizar el núcleo perforante orientado en la dirección del vector velocidad y, en lo posible, violar su integridad o geometría. por destrucción u operación. Al mismo tiempo, el blindaje principal, teniendo en cuenta el ángulo real de aproximación de la munición, retiene el núcleo perforante desplegado o sus fragmentos que han perdido su orientación original [10] .
A principios de la década de 1970, el Laboratorio de Investigación de Balística del Ejército de EE. UU . para el XM723 desarrolló [11] y patentó [12] la protección de blindaje del "sistema de blindaje de aluminio/acero laminado espaciado": blindaje espaciado con pantallas de acero con bisagras hechas de acero duro mixto en la parte frontal ya lo largo de los lados del casco blindado de aluminio. FMC Corporation ( EE.UU.) aplicó el desarrollo en una serie de vehículos de combate con cascos blindados de aluminio de diseño propio: XM765, AIFV , XM723 , XM2/XM3 y M2 Bradley.
El sistema de protección consta de una pantalla exterior de acero DPSA de diferente dureza (con una dureza de capa de 60/50 HRC) y pantallas interiores separadas del blindaje principal entre 100 y 200 mm y atornilladas al mismo. En términos de resistencia a los medios de destrucción especificados, la armadura especificada superó a todos los materiales de armadura que estaban en producción en ese momento [13] .
Común a las máquinas de esta línea era el requisito difícil de implementar para proteger la proyección lateral de las máquinas (ángulo de rumbo 90 °) de las balas perforantes de armadura 14.5-mm B-32 de la ametralladora KPVT. La dificultad fue causada por el espesor general excesivo de la armadura de aluminio, que era de al menos 100-120 mm, o 35-45 mm de acero, dependiendo de la distancia de disparo dada.
La solución de diseño adoptada, basada en el uso de un esquema de protección espaciada con pantallas trituradoras de acero de alta dureza, junto con la armadura principal de aleación de aluminio, hizo posible, debido al impacto en el núcleo de acero de un B de 14,5 mm. -32 bala, para provocar su destrucción. El aumento de peso resultante fue de alrededor del 40%. Posteriormente se comprobó que las cribas de acero de ultra alta dureza (HB ≥ 600, o HRC 58-62), fabricadas con aceros del tipo Armox-600S, Armox-600T o similares en versión homogénea, proporcionan una trituración eficaz del acero. núcleos de balas perforantes de 12,7 y 14,5 mm y la operación de núcleos de aleación pesada de proyectiles de subcalibre de 25 mm del tipo APDS-T.
En general, el uso en el diseño del casco blindado y la torreta de esquemas de blindaje espaciados "acero + aluminio" con pantallas externas de acero, en comparación con el casco blindado de acero básico, hizo posible, con requisitos de protección comparables (14,5 mm B- 32 para los costados; y BPS calibre 20 y 25 mm tipo APDS-T para proyección frontal) de dos tipos de vehículos de combate de infantería M2A1 "Bradley" (EE.UU.) y "Marder 1" (Alemania), para asegurar su puesta en marcha con una significativamente menor, en 5 toneladas, el peso de combate del BMP M2 "Bradley". Estos últimos para ambas máquinas a principios de la década de 1980 eran de 22,6 y 27,5 toneladas, respectivamente.
Cabe destacar la opción de reforzar la protección del USMC flotante AAV7 (LVTP-7) desarrollado en 1989 por la empresa israelí Rafael y puesto en práctica en 1991-1993. El aumento de la seguridad del vehículo se logró mediante la instalación de un conjunto de protección pasiva con bisagras a lo largo de los lados del casco blindado, incluidos los lados inclinados, en el techo del compartimiento de la tropa y en las tapas de las escotillas de tres miembros de la tripulación del AAV7 A1 . El nombre del kit es EAAK (Kit de armadura con aplicación mejorada). El peso del kit es de 1996 kg. Consiste en una gran cantidad de placas de armadura de acero (acero de alta dureza en una versión homogénea) de tamaños pequeños, montadas en los lados en forma de cuña en un ángulo de 45 ° con respecto a la vertical. La eliminación máxima de tejas de la armadura principal es de 215 mm. Fijación de los elementos del kit al casco blindado con pernos. Como resultado de la instalación del kit EAAK para la proyección a bordo de la máquina, en particular, se proporciona [14] :
A principios de la década de 2000, el requisito básico para una nueva generación de vehículos de combate de infantería, cuyo peso de combate alcanzó las 26-30 toneladas, era brindar protección en el sector delantero del fuego de un submarino con plumas perforante de 30 mm. -trazador de calibre (BOPTS) [15] [Comm. 5] . Otro requisito fundamental es que la proyección frontal no debe ser destruida por armas de combate cuerpo a cuerpo con una ojiva HEAT. En relación con el aumento de los requisitos para la protección de vehículos nuevos, el principio modular de construcción de protección de armadura para el casco y la torreta está ganando terreno. Este principio le permite fortalecer la protección de la máquina cuando el enemigo tiene medios de destrucción más efectivos, así como mejorar la tecnología de reserva [16] . Los módulos de armadura utilizan soluciones de diseño (esquemas de barreras múltiples) y materiales que juntos brindan una mayor resistencia dinámica a la introducción de un núcleo perforante de mayor alargamiento (l / d ≥ 10-12), es decir, caracterizado por un aumento específico ( transversal) carga en la armadura.
Un ejemplo del uso de módulos de protección pasiva montados en la estructura principal de un casco blindado y una torreta blindada de aluminio son el IFV VBCI francés , el AFV EFV anfibio del Cuerpo de Marines de EE . UU. y el nuevo IFV K21 coreano (NIFV). En el VBCI Véhicule blindé de combat d'infanterie se instalan módulos blindados "THD", que contienen barreras de acero y titanio (los módulos se pueden reemplazar en el campo) y brindan protección contra proyectiles perforantes de subcalibre de pequeño calibre y armas cuerpo a cuerpo con una ojiva acumulativa del tipo RPG-7 . Se presta mucha atención a la protección contra minas de la parte inferior del casco blindado VBCI. La protección del casco blindado del K21 está representada por el blindaje base de aluminio hecho de aleación 2519, así como por los módulos de blindaje montados en compuestos de cerámica/fibra de vidrio.
En la construcción mundial de tanques, para la fabricación de armaduras de aluminio homogéneas, se utilizan dos grupos de aleaciones de aluminio soldables con diferentes niveles de resistencia y dureza. El primer grupo incluye aleaciones de aluminio-magnesio no termoendurecidas y aleaciones de aluminio-zinc-magnesio termoendurecidas de dureza media. Las aleaciones de este grupo se caracterizan por una resistencia σ B 300-420 MPa, dureza Brinell, unidades HB 80-120 y tienen la mejor resistencia a la fragmentación. Estos incluyen aleaciones: 5083 y Alcan D54S, Alcan D74S (7020) y 7018.
El segundo grupo de aleaciones, aleaciones de mayor dureza, incluye aleaciones Al-Zn-Mg con un nivel de resistencia de σ B 450-500 MPa, que corresponde a la dureza Brinell, HB 130-150 unidades. Este grupo de aleaciones (7039-T64, E74S (7017), AlZnMg 3 ) supera a las aleaciones del primer grupo en resistencia antibalas y proyectiles, pero es inferior a ellas en resistencia al desprendimiento.
La armadura de aleaciones de aluminio de dureza media se utiliza en la construcción de cascos blindados y torretas de montajes de artillería autopropulsada (ACS), así como para la fabricación de algunas partes de vehículos blindados ligeros (techo, fondo, tapas de escotilla), que están sujetos a la acción preferente de los fragmentos oa la acción altamente explosiva de las minas. Por ejemplo, los requisitos para la protección de las superficies horizontales (techos) del casco blindado y la torreta del nuevo vehículo de combate de infantería tipo K21 coreano (serie desde 2009) establecen la invulnerabilidad de estos elementos de protección cuando un alto explosivo de 152 mm proyectil de fragmentación es detonado a una distancia de 10 m [17] . A modo de comparación, la reserva de una familia de vehículos de combate basada en el tanque ligero Scorpion (Scorpion, Spartan, Simiter) en 1972 brindó protección contra fragmentos de un proyectil de fragmentación de alto explosivo de 105 mm para todas las direcciones de aproximación de fragmentos en tierra o proyectil aéreo estalló a una distancia de 30 m [18] .
En términos de resistencia a la fragmentación, las armaduras de aluminio con dureza Brinell, unidades HB 80-120 y características de mayor ductilidad y tenacidad superan a las armaduras con mayor dureza (unidades HB 130-150). El blindaje fabricado en aleación 7039-T64, cuando se dispara con un simulador de fragmentación de 12,7 mm, es inferior al blindaje de acero de dureza media del estándar RHA de igual resistencia, y con igual resistencia al mismo, tiene un 15% más de masa. Al cambiar a un simulador de fragmentación de 20 mm, la pérdida en comparación con el acero aumenta al 19 %. Lo anterior se explica por la naturaleza de la destrucción de la armadura de aluminio de mayor dureza cuando es perforada por un fragmento, lo que para las aleaciones de este grupo ocurre según el tipo mixto "corte de corcho - astillado". En general, las lesiones por desconchado son típicas de las placas de blindaje con mayor dureza (menor ductilidad y resistencia al impacto), anisotropía longitudinal-transversal pronunciada de las propiedades, y en las aleaciones de Al-Zn-Mg se asocian metalúrgicamente con los planos de ocurrencia de las fases intermetálicas refractarias, que se ubican en capas paralelas a lo largo del espesor de la placa laminada [19] .
En la URSS, el comienzo del trabajo en armaduras de aluminio está asociado con la creación de armaduras de aviación para proteger la generación de aviones de combate de posguerra de proyectiles de pequeño calibre, calibre 20-37 mm, de cañones de aviones y balas de 12,7 mm. ametralladoras. Armor ABA-1 se creó en el All-Union Institute of Aviation Materials (VIAM) sobre la base de la aleación de aluminio de alta resistencia V-95 en 1948, las primeras tiras V-95 prensadas se obtuvieron en 1947. La dureza nominal de la armadura ABA-1 según Brinell HB es de 170 unidades. Al desarrollar armaduras, no se estableció el requisito para su soldabilidad. Desde 1949 se trabaja en la creación de blindajes de aluminio antifragmentación para proteger contra fragmentos de proyectiles antiaéreos (artillería antiaérea de gran calibre), en los mismos años blindaje APBA-1 (blindaje de aluminio antifragmentación de aviación ) basado en la aleación AMg-6. El supervisor de trabajo es N. M. Sklyarov. Por primera vez, la armadura APBA-1 se utilizó en el bombardero a reacción Il-28, que se puso en servicio en 1950. En relación con la reducción de la dirección de la aviación a fines de la década de 1950, el trabajo sobre la creación de estos materiales en la industria de la aviación no recibió más desarrollo.
En el período 1955-1958, TsNII-48 realizó una investigación sobre las propiedades protectoras de las barreras blindadas hechas de aleaciones de aluminio con fines estructurales en interés de la construcción naval [20] . Además de los medios tradicionales de prueba con balas perforantes, proyectiles de pequeño calibre y metralla, se evaluó la resistencia a explosiones de la armadura de aluminio . En el curso de una extensa investigación, I. V. Korchazhinskaya determinó las condiciones para la existencia de las ventajas de peso de las aleaciones de aluminio, así como sus valores específicos en relación con la armadura de acero laminado. Se concluye que dependiendo de las condiciones de ensayo (medios de destrucción del blindaje, espesor relativo de la barrera y ángulo de tiro), ciertas aleaciones de aluminio con diferentes combinaciones de resistencia y propiedades plásticas muestran ventajas. Para armaduras antifragmentación, las aleaciones con propiedades plásticas mejoradas, en particular la aleación D-16, son más adecuadas.
En el extranjero, las aleaciones de aluminio y magnesio no termoendurecidas (maglia) de Kaiser Aluminium de los grados 5083 y 5456 en los EE. 1950 para la fabricación de cascos blindados de vehículos ligeros (vehículos blindados de transporte de personal M113 y M114 , cañones autopropulsados M-109 , vehículo de asalto anfibio LVTP-7 ) debido a su buena soldabilidad, fabricabilidad y alta resistencia a la corrosión.
En los EE. UU., la armadura hecha de aleaciones 5083 y 5456 en espesores de 13 a 76 mm se produce de acuerdo con las especificaciones militares MIL-A-46027K [21] y pertenece a la primera generación de armaduras de aluminio. Las especificaciones dan los valores mínimos de las tasas de penetración límite (V 50 - 2σ) para losas de varios espesores. El endurecimiento de la armadura se logra mediante laminación en frío (5083-H131, donde H131 es el modo de procesamiento), que, sin embargo, se elimina en los puntos de soldadura de las placas de la armadura. Una serie de dificultades asociadas con el endurecimiento por trabajo de placas gruesas con reducciones del orden del 10-20% impiden la producción de piezas blindadas en forma de grandes perfiles y piezas forjadas de forma compleja, cuya tendencia hacia un uso extendido se observa en el producción de modernos vehículos blindados ligeros.
Estas deficiencias están desprovistas de armaduras fabricadas con aleaciones de aluminio-zinc-magnesio termoendurecidas con un contenido total de elementos de aleación (Zn + Mg) del orden del 6-9%, que es capaz de restaurar la resistencia de las uniones soldadas durante posteriores envejecimiento artificial. Según la composición y el modo de tratamiento térmico, se pueden obtener armaduras de dureza media o elevada a partir de aleaciones de Al-Zn-Mg. Además de las chapas obtenidas por laminación en caliente, a partir de estas aleaciones se obtienen piezas blindadas prensadas y estampadas. El temple de las piezas se realiza mediante tratamiento térmico, consistente en temple y posterior envejecimiento artificial. Durante el enfriamiento con mantenimiento a temperaturas de 450–470°C, el zinc y el magnesio se transfieren a una solución sólida. El envejecimiento artificial subsiguiente en el rango de temperatura de 90 a 180 °C conduce a la descomposición de la solución sólida con la liberación de la fase de refuerzo MgZn 2 .
En la URSS, la tarea de investigar la posibilidad de utilizar aleaciones ligeras para la fabricación de cascos blindados para tanques ligeros y otros vehículos de combate blindados ligeros se encomendó a la "rama de Moscú de VNII-100 " (actualmente " NII Steel ") en el finales de la década de 1950. El trabajo de investigación sobre este tema se inició en la sucursal en 1959 y se llevó a cabo bajo la dirección de I. I. Terekhin, O. I. Alekseev, V. I. Likhterman y L. A. Fridlyand.
La primera experiencia con el uso de aluminio en la construcción de tanques estuvo asociada con el desarrollo y prueba del casco de aluminio del tanque anfibio PT-76 hecho de aleación de aluminio estructural D20. Este casco fue fabricado en 1961 en la sucursal VNII-100, después de lo cual pasó por un ciclo completo de pruebas, mostrando la promesa de usar blindaje de aluminio en la construcción de tanques.
Posteriormente, en el período 1962-1965, la rama VNII-100 desarrolló un blindaje de aluminio basado en una aleación de alta resistencia del sistema ternario Al-Zn-Mg [22] . El trabajo se llevó a cabo bajo la dirección de B. D. Chukhin [1] [23] . La aleación se estandarizó con el nombre ABT-101 (armadura de tanque de aluminio) o, según una clasificación universal única, 1901. La armadura ABT-101 se convirtió en la base para diseñar una serie de vehículos de combate aerotransportados ligeramente blindados (BMD-1, BMD- 2 y BMD-3). La aleación ABT-101 se refiere a aleaciones forjadas y complejas de refuerzo térmico del sistema Al-Zn-Mg. Un desarrollo adicional de la armadura ABT-101 fue la armadura anti-shell ABT-102 o 1903. El desarrollo de la armadura fue dirigido por B. D. Chukhin y A. A. Artsruni [1] [24] .
En el período 1960-1970, la armadura de aluminio basada en aleaciones Al-Zn-Mg termoendurecidas fue desarrollada y dominada por la industria de los países más desarrollados, incluidos los EE. UU. (aleación 7039), Gran Bretaña (E74 y Alcan-X169), Francia (aleación Cegedur Pechiney AZ5G) y Alemania (aleaciones AlZnMg 1 , AlZnMg 3 y VAW "Konstruktal" 21/62). [6] [Com. 6]
La aleación AlZnMg 1 , tratada según el modo F36 para resistencia σ B = 360 MPa en forma de chapas laminadas, perfiles y piezas forjadas, estaba destinada a la fabricación de un casco blindado de un obús autopropulsado experimental PzH 70 ( SP70 ) . El ahorro de peso en comparación con el casco blindado de acero ascendió a 2 toneladas [25] .
En EE. UU., las armaduras de aleación de Al (4,5 %) - Zn - Mg (2,5 %) bajo la designación 7039 se producen en espesores de 13 a 100 mm según las especificaciones militares MIL-A-46063, se clasifican como aluminio de segunda generación. armadura A partir de la armadura 7039, se fabrican los lados inclinados de los vehículos de combate M2 y M3 Bradley.
En el Reino Unido, para el blindaje de la familia de vehículos ligeros Scorpion, Fox, Simiter y el BMR600 español, Alcan desarrolló la aleación de aluminio E74S (actualmente 7017) y el blindaje antibalas, originalmente producido bajo la designación X3034 y, a su vez, basado en aleación Hiduminium-48 con composición nominal Al-4.5Zn-2.5Mg-0.2Mn-0.15Cr [26] . Al desarrollar una armadura a pedido del Centro de Investigación Británico para Vehículos Blindados FVRDE , el nivel de resistencia a prueba de balas y, en consecuencia, la dureza deberían haber superado las propiedades de la armadura estadounidense 7039-T64. La resistencia del blindaje E74S según las especificaciones militares FVRDE-1318 (en adelante TU MVEE 1318) es σ B =480 MPa [27] . Se observó que las desventajas de la aleación incluyen su baja templabilidad, es decir, la posibilidad de tratamiento térmico de piezas para una solución sólida, seguido de envejecimiento artificial [28] , que limita el espesor máximo de la armadura a 60 mm.
Alcan produce actualmente armaduras de aluminio a partir de la aleación 7017 (composición nominal Al (5 %), Zn (2 %), Mg (3 %) Mn (0,3 %)), densidad de masa de 2,78 g/cm³ según la especificación militar TL 2350-0004 , en condición T651 también superior en resistencia y resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión a la aleación 7039-T64, y disponible en espesores superiores a 60 mm [29] . Según MIL-DTL-32505 espesor hasta 120 mm [30] . Además, la empresa produce aleaciones termoendurecidas de dureza media: 7020 con una resistencia de σ B 400 MPa, armaduras con las que se suministra principalmente a Francia y Alemania, y 7018 con una resistencia de σ B 360 MPa, destinada a piezas y elementos estructurales sometidos a la acción preferente de ondas de choque [ 2 ] .
Los indicadores de resistencia y dureza de las armaduras de aluminio en estado endurecido y envejecido dependen del contenido total de zinc y magnesio. Bajo regímenes de tratamiento térmico similares, un mayor contenido de zinc y magnesio corresponde a una mayor resistencia. En la práctica, sin embargo, el contenido total de estos elementos no supera el 7-8%. Un contenido más alto corresponde a un aumento en la anisotropía de las características mecánicas y la tendencia asociada a formar desconchados, una mayor tendencia a la corrosión bajo tensión y también a la fragilización de la zona afectada por el calor durante la soldadura. Con un contenido dado de zinc y magnesio, la máxima resistencia se logra en el rango de relaciones Zn/Mg de 2,0 a 4,0, que está relacionado con la cantidad de fase MgZn 2 que fortalece la matriz de la aleación .
Los índices de ductilidad y tenacidad al impacto de las aleaciones tratadas térmicamente según el régimen de envejecimiento en dos etapas dependen en mayor medida de la relación Zn/Mg. Con un contenido total constante de zinc y magnesio, con valores aumentados de la relación Zn/Mg, se puede lograr una mejor ductilidad y resistencia al impacto [31] .
Para varias marcas de armaduras de tanques, el rango de relaciones Zn/Mg es de 1,4 a 3,8. Las aleaciones termoendurecidas con un contenido total de (Zn + Mg) de 6–7% y más son sensibles a la corrosión por tensión, por lo tanto, al diseñar estructuras de armaduras soldadas hechas de placas gruesas, los valores máximos permisibles de tensiones de tracción que actúan en se debe tener en cuenta la dirección más peligrosa a lo largo del espesor de la placa. En las aleaciones de Al-Zn-Mg se consigue un aumento de la resistencia a la corrosión bajo tensión, junto con una resistencia y unas propiedades plásticas óptimas, como resultado del envejecimiento artificial en dos etapas con una temperatura de envejecimiento final más alta.
A fines de la década de 1970, se intensificó en Estados Unidos el trabajo en la creación de aleaciones de aluminio soldables termoendurecidas de otro sistema de aleación, aluminio-cobre-manganeso, que con mejores propiedades mecánicas y resistencia de armadura en comparación con la aleación 7039, habrían aumentado resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión, en general, al nivel de la aleación 5083. Gracias a los esfuerzos de Alcoa , se obtuvieron dos nuevas aleaciones: 2219-T851 y 2519-T87, y se desarrolló una tecnología para obtener armaduras a partir de ellas. La desventaja de las placas de armadura hechas de aleación 2219-T851 revelada durante las pruebas es la baja ductilidad de las uniones soldadas, inferior a la de las aleaciones 5083 y 7039. A su vez, la aleación 2519 es una versión modificada de la aleación 2219. Los cambios consistieron en una reducción contenido de cobre y la introducción de una pequeña cantidad de magnesio.
Como resultado del desarrollo industrial de nuevas aleaciones (Alcoa junto con FMC ), para 1986, una aleación de alta resistencia 2519 -T87 (aquí T87 es el modo de tratamiento térmico) con una composición nominal de Al - Cu (5,8%) - Se obtuvo Mn, pasó las pruebas de campo y se adoptó [32] .
La aleación 2519-T87 en forma de placas, perfiles extruidos y piezas forjadas se utilizó en los Estados Unidos como material estructural y de blindaje básico en la creación de un AFV anfibio del Marine Corps EFV con un peso de combate de 34,5 toneladas. del nuevo vehículo de combate de infantería coreano K21, combate cuya masa es de toneladas 26. La proyección frontal del K21 brinda protección contra BPS de 30 mm con la separación de la marca Kerner del arma 2A72 [33] , y la proyección lateral de balas perforantes de 14,5 mm B-32 de la ametralladora KPVT.
El blindaje fabricado en aleación 2519 en espesores de 13 a 100 mm se produce actualmente según las especificaciones militares MIL-DTL-46192C, en USA se clasifica como blindaje de aluminio de tercera generación [34] [35] .
Al desarrollar la máquina EFV, gracias a toda una gama de diseño innovador, ciencia de materiales y soluciones tecnológicas, fue posible garantizar un alto nivel de protección: 14,5 mm B-32, alrededor de una distancia de 300 m; BOPTS de 30 mm en el sector delantero del fuego desde una distancia de 1000 m (según estimaciones de expertos, la distancia de no penetración se sobreestima significativamente); PG-7 / RPG-7 por todas partes.
La experiencia de las operaciones en Irak y Afganistán, teniendo en cuenta las características específicas de estos teatros, reveló la necesidad de crear armaduras ligeras con mayores propiedades de armadura y, al mismo tiempo, con mayor resistencia a la acción explosiva.
La posibilidad de mejorar aún más las propiedades de blindaje de las aleaciones de aluminio de alta resistencia se encontró en el grupo de aleaciones de Al-Cu-Mg-Mn, aleadas adicionalmente con pequeñas adiciones (0,2-0,5% en peso) de plata [36] . La aleación 2139-T8, caracterizada por una mayor tenacidad a la fractura , fue desarrollada en los EE. UU. bajo contratos con la NASA , las placas con un espesor de 25 a 150 mm son producidas por Alcan Rolled Products [Comm. 7] . Las pruebas de placas de blindaje de la aleación 2139-T8, realizadas en los EE. UU. y Europa, mostraron una mejor combinación de características de resistencia a prueba de balas y antifragmentación en comparación con el blindaje de aluminio en serie, asociado con un mecanismo de deformación y destrucción de mayor consumo de energía. material del blindaje durante la penetración, determinado, a su vez, por el equilibrio óptimo de resistencia y tenacidad a la fractura de la aleación [37] .
La gerencia de proyectos de Stryker (Ejército de EE. UU.) y General Dynamics Land Systems certificaron la armadura de aleación 2139 para su uso en los kits de protección contra minas MPK diseñados para la familia de vehículos AFV con ruedas de Stryker . A principios de 2012, más de 2000 kits de este tipo fueron desplegados en las tropas, cuya masa total supera las 2000 toneladas [35] .
Además, se planea usar la armadura 2139 como parte de los programas de modernización para el BMP M2 Bradley durante la reparación y reemplazo de partes del casco blindado hecho de armadura 7039 [35] .
| Propiedades del vehículo de combate | |||||||||||||||
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