0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Алюминиевая броня: самая легкая защита для; бронетехники

Алюминиевая броня: самая легкая защита для бронетехники

В высоком и полупустом ангаре выстрел звучит особенно громко, так что нам посоветовали заранее закрыть уши и приготовиться. Грохот действительно впечатляет, отдаваясь в груди. Стреляют здесь постоянно: Российский центр испытаний (РЦИ) при московском НИИ стали не только отрабатывает новые экспериментальные сплавы, но и контролирует качество заводской продукции, поступающей со всей страны и из-за рубежа, производит сертификацию гражданских товаров. Увесистый маятник с креплением для холодного оружия позволяет оценить защитные свойства бронежилета при точно измеренном, стандартизированном ударе. В окруженном тяжелыми стенами тире производится обстрел касок, бронежилетов и бронестекол.

Но самое главное — броневые панели — испытываются в отдельном большом зале. Тяжелую пластину устанавливают под нужным углом в камере, закрывая толстой дверью с узким окошком для пролета пули. Под ногами хрустит: от удара о мишень пули разлетаются на мелкие куски, выбивая из нее металлические опилки и пыль. Смонтированные на специальных стойках стволы мощных винтовок и даже легких пушек работают почти без перерыва. Красным мерцают цифры регистратора полета пули, фотоэлементы которого фиксируют скорость с точностью до 0,1%. «Кстати, дедовские приемы работают ничуть не хуже, — рассказали нам испытатели, показывая картонный лист, обмотанный тонкой проволокой. — Ставим два таких на пути, пуля прорывает одну цепь, затем другую. Получается дешево и сердито».

Когда дым рассеялся, а вентилятор очистил воздух от мелкой металлической пыли, мы смогли заглянуть в камеру с мишенью и осмотреть бронепластину. Поражение оценивается по состоянию ее обратной стороны — от полностью ровной поверхности (один балл) через мелкие разрывы и до сквозной пробоины с полноценным расколом (10 баллов). «Самый простой способ заметить прорывы и микротрещины — полить отверстие керосином, — объясняют инженеры. — Он легкий, быстро просачивается, и его можно просто унюхать». Нюхать нам ничего не пришлось: на ощупь с обратной стороны бронепластины лишь едва наметилось вздутие. По стандарту шкалы поражений это всего два балла: крупнокалиберная снайперская винтовка не справилась с панелью из алюминиевого сплава.

Для записи испытаний нам пришлось защитить камеру трехслойным бронестеклом

Стальная рама, плюсы и минусы

Для выполнения стальных рам используют такие виды:

  1. Сталь обыкновенная.
  2. Углеродистая сталь.
  3. Сталь, легированная хромом и молибденом.

Сталь обыкновенного качества. Имеет самые низкие свойства, поэтому велосипеды невысокой стоимости. Такой материал быстро портится, рама ржавеет,и велосипед теряет пригодность.

Рамы из углеродистых сталей имеют хорошие прочностные свойства, а также стойки к коррозии. Они достаточно гибкие, поэтому на дороге сглаживают все неровности. Такие конструкции идеально подходят для обычной езды, а также для выполнения трюков. Углеродистая сталь выдерживает большие нагрузки, вплоть до 150 кг.

Легированные стали позволяют сделать конструкцию более надежной, прочной и легкой. Чаще всего стали для выполнения рам легированы молибденом и хромом. Молибден влияет на структуру стали, делая её мелкозернистой, за счет этого повышается прочность. Хром придает коррозионную стойкость.

Цена на такую раму начинается от 400$. Высокая стоимость самый существенный недостаток, именно поэтому такие велосипеды не пользуются спросом.

Преимущества рам из стали:

  • высокие показатели прочности, жесткости;
  • долговечны;
  • выдерживают удары;
  • просты в обслуживании;
  • в отличие от алюминиевых рам, стальные не накапливают усталость. Это свойство позволяет не ломаться элементу в один момент, поэтому велосипедист может вовремя заметить трещину и заменить поврежденную деталь;
  • ремонтировать стальные конструкции достаточно легко, для этого необходима лишь сварка;
  • велосипеды имеют небольшую стоимость;
  • физические свойства позволяют гасить вибрации при движении.
Читать еще:  Система «мертвая рука»

Недостатки стальной рамы:

  • ощутимый вес конструкции;
  • конструкции из обычной стали быстро подвергаются коррозии;
  • из-за появления ржавчин, необходимо тщательно ухаживать за велосипедом: окрашивать поверхность, не оставлять под дождем и снегом, и регулярно смазывать.

Алюминиевая рама, плюсы и минусы

Чаще всего для изготовления рам используют алюминиевые сплавы. Такой материал делает конструкцию более легкой и отзывчивой к недостаткам дороги, а также стоек к коррозии. Алюминиевые сплавы превосходят сталь по жесткости, но они имеют меньшую плотность.

Преимущества рамы из алюминия:

  • маленький вес рамы. Низкосортные конструкции весят около 2 кг, а качественные до 1,5 кг;
  • хорошие характеристики стоят наряду с небольшой стоимостью;
  • велосипед разгоняется быстро на любой местности;
  • не подвергаются коррозии;
  • выдерживают большой вес.

Недостатки этой рамы прямо противоположны достоинствам рамы из стали:

  • Несмотря на быстрый разгон, они также стремительно теряют инерцию.
  • Некоторые модели не поглощают вибрации от дороги, поэтому езда может стать мучительной.
  • Накапливают усталость, поэтому поломка может произойти в любой момент.
  • Большинство поломок практически невозможно починить.

Алюминий

Это металл, обладающий высокой электропроводимостью, коррозийной стойкостью (на воздухе быстро покрывается тонкой «пленкой» оксида алюминия и дальше не окисляется) и, пожалуй, одно из главных его свойств — он обладает малой плотностью, следовательно, легкостью, мягкостью и прекрасной обрабатываемостью в холодном состоянии, т.е. гибке и штамповке.

Соединения алюминия абсолютно неядовиты, поэтому его активно используют в пищевой промышленности, изготавливая посуду, фольгу, упаковку и т.д.

В электротехнике его активно применяют из-за его высокой электропроводности, почти такой же как у меди, но алюминий заметно дешевле.

Чтобы добавить прочности, алюминий сплавляют с медью и магнием (в малых количествах), получается сплав «дюралюминий».

Аллюминий широко применяется в различных отраслях промышленности.

Смягчающий отжиг

Рекристаллизация

Любое увеличение прочности в результате деформационного упрочнения исчезает при температуре выше 250 ºС как следствие рекристаллизации и прочность алюминиевого сплава возвращается к тому уровню, которые было у него в «мягком» состоянии. Отжиг при температуре ниже температуры рекристаллизации (которая зависит от химического состава сплава и степени холодной пластической деформации) приводит к менее драматичной потере прочности в результате процесса возврата.

Рисунок 4 – Изменение твердости и структуры при отжиге [3]

Возврат

Такое термическое смягчение (отжиг при температуре 200-250 ºС) применяют, например, для получения «полутвердого» состояния для листа, который находится в «твердом» состоянии. Для заданного уровня прочности алюминиевого сплава относительное удлинение будет значительно выше, чем для того же уровня прочности, которое получено просто холодной пластической обработкой.

Цинк и магний

Вспомним, что структура любых металлов и сплавов задается множеством микроскопических зерен различных форм и размеров. Атомы в пределах каждого кристалла упорядочены, но сами зерна ориентированы по‑разному. Различные виды обработки позволяют менять их величину и распределение, придавая структуре новые свойства — например, тот же наклеп фрагментирует крупные зерна и разрушает кристаллическую решетку металла. В ней создается целая сеть сцепленных друг с другом дефектов, которая повышает сопротивление дальнейшей деформации. Сходным образом действует глубокий отжиг: термическая обработка с нагреванием до мягкого состояния и медленным остыванием позволяет снять внутренние напряжения структуры и провести новую рекристаллизацию, перераспределив атомы алюминия и других металлов в сплаве.

Переход на термоупрочняемые сплавы алюминия произошел в 1970-х, позволив получать высокопрочную броню. Легированный цинком и магнием сплав 7039 использовался на легких американских танках М551 General Sheridan и БМП М2 Bradley. Английские разведывательные танки Scorpion укрепляли аналогичным сплавом 7017, французские БМП АМХ-10Р — сплавом 7020. Тем же путем шли и советские разработчики: бронедетали из алюминиево-цинково-магниевого сплава АЦМ защищали надмоторную часть фронтальной проекции БМП-1, выпущенной в 1966 году. Большой угол наклона (80−85°) и хорошо узнаваемые поперечные ребра этой панели выдерживали удары даже бронебойных пуль стрелкового оружия и легких пушек калибром до 23 мм.

Читать еще:  Как был убит орхан джемаль: независимое расследование опровергает официальную версию

Система Al-Zn-Mg оказалась настоящим прорывом и легла в основу не только АЦМ, но и следующих, ключевых для российских бронемашин, высокопрочных сплавов, противопульных 1901 и 1903, способных обеспечить уже противоснарядную защиту. Чтобы добиться нужной прочности и твердости, достаточно просто наращивать содержание цинка и магния. С другой стороны, это ведет к увеличению склонности алюминиевого сплава к коррозии под напряжением. Поэтому разработчики брони всегда искали оптимальное соотношение этих легирующих элементов — и здесь пути российских и зарубежных специалистов разошлись.

Использующийся во всем мире перечень Алюминиевой ассоциации (АА) США включает более 300 марок алюминия и его сплавов. Они разделяются на восемь групп в зависимости от системы легирования: алюминий разной чистоты (индексация 1000), сплавы системы Al-Cu (2000), Al-Mn-Mg (3000), Al-Si (4000), Al-Mg (5000), Al-Mg-Si (6000), Al-Zn-Mg (7000) и Al-Fe (8000). Испытания брони проводятся при разных температурах и под разными техническими углами.

Отечественные материаловеды считают, что суммарное содержание цинка и магния должно находиться в пределах 7−9%, что дает сплаву дополнительную прочность. За рубежом же придерживаются показателя 5−7%, стремясь к повышенной коррозионной стойкости при довольно умеренной прочности. Впрочем, российские сплавы недаром считаются лучшими в мире: для них используются дополнительные модифицирующие добавки и уникальные режимы термической обработки, позволяющие обойти эту проблему.

Проблемы и ограничивающие условия

Долгое время считалось, что прочное соединение стали и алюминия невозможно обеспечить при использовании термических средств. Основную трудность представляет различие точек плавления, составляющих 1 500°C и 660°C соответственно, и, в частности, формирование интерметаллических фаз (IMP). Это происходит ограниченной взаимной растворимости железа и алюминия при комнатной температуре. IMP образуется в процессе диффузии и, как правило, характеризуется высокой твердостью и чрезвычайно низкой ударной вязкостью. Для примера, твердость сплава Fe2Al5 по Виккерсу составляет около 1 050 HV, а сплава FeAl3 около 900 HV. Чем больше тепловложение в шов, тем меньше IMP — и тем хуже механические и конструкционные свойства шва. Слой IMP должен быть как можно более тонким, и не должен превышать 10 мкм. Дальнейшие сложности вызваны значительно отличающимися коэффициентами теплового расширения, составляющими около 1,2 мм/100°C для стали и 2,34 мм/100°C для алюминия. Еще одним фактором является изменение электрохимического потенциала, равного ок. 1,22 В при использовании стали/алюминия и ок. 0,9 В при использовании цинка/алюминия.

В свете этих физических факторов, специалисты в сфере металлургии и эксперты по сварке определили следующие необходимые условия для сварки алюминия и стали:

  • Используемая технология должна обеспечивать наименьшее возможное тепловложение;
  • Поверхность стального листа должна быть оцинкована;
  • Величина интерметаллической фазы должна быть минимизирована, а ее свойства должны использоваться по максимуму.

Поиск технологии теплового соединения предопределил использование технологии CMT (холодный перенос металла). Данная технология дуговой сварки была выбрана во многом благодаря великолепным результатам, демонстрировавшимся на протяжении десяти лет ее использования экспертами по сварке из компании Fronius.


Рис. 2: Прочность
соединения настолько велика, что при проведении испытания на разрыв, разрыв происходит не в районе шва, а в алюминиевой части элемента.

Отношение прочность/вес

Как видно из рисунка 1, из всех представленных металлов высокопрочные стали имеют самое высокое отношение прочности к весу. За ними следует титановый сплав Ti-6Al-4V и самолетные алюминиевые сплавы и чуть далее – алюминиевые сплавы 5083-Н12 и 6082-Т6.

Читать еще:  Бронежилет МПЗ-ЗИФ-22: описание, фото, характеристики.

Если же рассматривать прочность, которая достигается на единицу массы, поделив прочность на плотность, то мы получим совсем другую картину (рисунок 10). При таком подходе наиболее эффективным конструкционным материалом является алюминиевый сплав 7075, а сплавы 5083-Н12 и 6082-Т6 выглядят более эффективными, чем низкоуглеродистые стали.

Рисунок 10 – Прочность на единицу плотности алюминиевых сплавов и
других конструкционных материалов [2]

Источники:
1. Материалы Алюминиевой ассоциации Германии
2. TALAT 1501
3. Corrosion Aluminium /Ch. Vargel – ELSEVIER, 2004

Стальная рама, плюсы и минусы

Для выполнения стальных рам используют такие виды:

  1. Сталь обыкновенная.
  2. Углеродистая сталь.
  3. Сталь, легированная хромом и молибденом.

Сталь обыкновенного качества. Имеет самые низкие свойства, поэтому велосипеды невысокой стоимости. Такой материал быстро портится, рама ржавеет,и велосипед теряет пригодность.

Рамы из углеродистых сталей имеют хорошие прочностные свойства, а также стойки к коррозии. Они достаточно гибкие, поэтому на дороге сглаживают все неровности. Такие конструкции идеально подходят для обычной езды, а также для выполнения трюков. Углеродистая сталь выдерживает большие нагрузки, вплоть до 150 кг.

Легированные стали позволяют сделать конструкцию более надежной, прочной и легкой. Чаще всего стали для выполнения рам легированы молибденом и хромом. Молибден влияет на структуру стали, делая её мелкозернистой, за счет этого повышается прочность. Хром придает коррозионную стойкость.

Цена на такую раму начинается от 400$. Высокая стоимость самый существенный недостаток, именно поэтому такие велосипеды не пользуются спросом.

Преимущества рам из стали:

  • высокие показатели прочности, жесткости;
  • долговечны;
  • выдерживают удары;
  • просты в обслуживании;
  • в отличие от алюминиевых рам, стальные не накапливают усталость. Это свойство позволяет не ломаться элементу в один момент, поэтому велосипедист может вовремя заметить трещину и заменить поврежденную деталь;
  • ремонтировать стальные конструкции достаточно легко, для этого необходима лишь сварка;
  • велосипеды имеют небольшую стоимость;
  • физические свойства позволяют гасить вибрации при движении.

Недостатки стальной рамы:

  • ощутимый вес конструкции;
  • конструкции из обычной стали быстро подвергаются коррозии;
  • из-за появления ржавчин, необходимо тщательно ухаживать за велосипедом: окрашивать поверхность, не оставлять под дождем и снегом, и регулярно смазывать.

Алюминиевая рама, плюсы и минусы

Чаще всего для изготовления рам используют алюминиевые сплавы. Такой материал делает конструкцию более легкой и отзывчивой к недостаткам дороги, а также стоек к коррозии. Алюминиевые сплавы превосходят сталь по жесткости, но они имеют меньшую плотность.

Преимущества рамы из алюминия:

  • маленький вес рамы. Низкосортные конструкции весят около 2 кг, а качественные до 1,5 кг;
  • хорошие характеристики стоят наряду с небольшой стоимостью;
  • велосипед разгоняется быстро на любой местности;
  • не подвергаются коррозии;
  • выдерживают большой вес.

Недостатки этой рамы прямо противоположны достоинствам рамы из стали:

  • Несмотря на быстрый разгон, они также стремительно теряют инерцию.
  • Некоторые модели не поглощают вибрации от дороги, поэтому езда может стать мучительной.
  • Накапливают усталость, поэтому поломка может произойти в любой момент.
  • Большинство поломок практически невозможно починить.

Латунь.

Сплав меди с цинком. Различное соотношение этих двух составляющих позволяют получать сплавы с различными свойствами. Если цинка от 5 до 20 % — латунь называется красной, и желтой, если содержание цинка 20-36 %

Эти сплавы ковкие и имеют достаточно низкую температуру плавления. Внешне латунь напоминает золото, поэтому часто используется в прикладном искусстве и декоре . Мебельная фурнитура, замки, декоративные элементы. Из латуни делают музыкальные инструменты. Используется она и в военной промышленности.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector