Pancerz bimetaliczny: aluminium i stal w jednej butelce
Pytania o to, jak łączyć stopy aluminium i stal w konstrukcjach zabezpieczających lekki sprzęt wojskowy, dziś już nie pojawiają się, gdyż już dawno opracowano swego rodzaju złoty standard w tej kwestii. Polega ona na zastosowaniu aluminium jako podstawy pancerza oraz płyt stalowych w postaci ekranów uzupełniających (jak BMP-3 i Bradley), co pozwala zapewnić wymaganą kuloodporność i odporność na pociski w ściśle określonych granicach masa pojazdu.
Jednak w dawnych czasach, około pięćdziesiąt lat temu, aktywnie badano inne możliwości łączenia tych materiałów. Jednym z nich było stworzenie pancerza bimetalicznego, czyli innymi słowy przekształcenia arkuszy stali i stopów aluminium w jedną blachę poprzez spawanie. O zaletach takich części pancernych porozmawiamy w tym materiale.
Trochę o zainteresowaniu zbroją bimetaliczną
Być może trzeba zacząć od najważniejszej rzeczy – dlaczego konieczne było ogrodzenie całego ogrodu spawaniem blach stalowych i aluminiowych. Aby to zrobić, przypomnijmy sobie, dlaczego aluminium zaczęto wykorzystywać w produkcji lekkiego sprzętu wojskowego.
Powód jest prosty: stopy aluminium mają znacznie mniejszą gęstość niż jakikolwiek rodzaj stali. Tak, z tego powodu, a także z małych wskaźników twardości, są one w każdym razie gorsze pod względem odporności na niszczycielską broń, ponieważ tam, gdzie wystarczy dziesięć milimetrów stalowego pancerza, potrzebne będzie dwadzieścia (lub nawet więcej) milimetrów aluminium. Ale najważniejsze jest przyrost masy.
Przy tych samych wymaganiach dotyczących ochrony przed kulami lub pociskami z dział małego kalibru, aluminiowy pancerz, choć będzie grubszy od swojego stalowego przeciwnika, będzie znacznie lżejszy. Dlatego często traktuje się go priorytetowo – szczególnie w tych sytuacjach, gdzie wóz bojowy musi mieć nie tylko dobrą zdolność do transportu powietrznego (aby na samolocie zmieściło się kilka jednostek i była rezerwa na inny ładunek), ale także zdolność do lotu.
Jednak w maści jest też mucha: prawie niemożliwe jest radykalne polepszenie właściwości stopów aluminium pod względem ich odporności na czynniki niszczące. To jeszcze nie jest stal, którą twardością, wytrzymałością i innymi parametrami można „bawić się” w dość szerokim zakresie stosując różne technologie.
BMD-1 - nośnik pancerza wykonany ze stopu aluminium ABT-101
160–170 HB (twardość Brinella) to granica, powyżej której rozpoczynają się kruche pęknięcia w postaci pęknięć, innych uszkodzeń niespełniających norm i niskiej przeżywalności „lekkiego” pancernego. A wcześniej w zasadzie nie mogli z tym nic zrobić – jeśli weźmiemy za przykład ZSRR, zrobili nawet „downgrade”, rezygnując z twardszego stopu ABT-101 (stosowanego np. w BMD-1 ) do mniej twardego i plastycznego ABT-102 (w BMP-3 itp.) w celu poprawy przeżywalności i odporności pancerza na ogień w zamian za jego zwiększenie grubość.
Dlatego pomysł stworzenia płyt bimetalicznych z blach aluminiowych i stalowych, zapewniających znacznie wyższą wydajność w porównaniu do jednorodnego pancerza aluminiowego, został potraktowany z pewnym entuzjazmem. A przykładem na to, że ten entuzjazm nie był daremny, są badania prowadzone w drugiej połowie lat 70. w ZSRR.
technologia produkcji
W trakcie tej pracy badacze musieli oczywiście bardzo cierpieć z powodu rozwoju technologii produkcji pancerza bimetalicznego, ponieważ zwykła metoda spawania dyfuzyjnego i walcowania blach stalowych i aluminiowych nie dała żadnych pozytywnych wyników na skutek tworzenia się warstwy międzymetalicznej pomiędzy łączonymi blachami, która stała się źródłem kruchych pęknięć podczas ostrzału.
Aby uniknąć tych konsekwencji, radzieccy inżynierowie zastosowali zgrzewanie wybuchowe blach stalowych i aluminiowych. A żeby pozbyć się negatywnego wpływu warstwy międzymetaloidalnej, zastosowano podwarstwy (przekładki pomiędzy spawanymi blachami) z miedzi i czystego aluminium, co w sumie dało dość dobre i stosunkowo trwałe połączenie.
Sam proces wytwarzania „bimetalu” wyglądał tak.
Pobrano arkusz stali BT-70 o wymaganych wymiarach, całkowicie oczyszczony z zanieczyszczeń i ułożono go na sztywnym podłożu z blach stalowych. Na górze, ze szczeliną 5-10 milimetrów, zainstalowano miedzianą płytę o grubości około 0,5 mm, przyklejoną smołą do blachy duraluminiowej. I już na arkusz duraluminium nałożono wybuchową mieszaninę amonitu i azotanu amonu w jednolitej warstwie 15-20 mm, której detonację przeprowadzono za pomocą lontu detonacyjnego.
Po zespawaniu miedzi i stali pod wpływem energii eksplozji usunięto blachę duraluminiową. Zamiast tego, ponownie ze szczeliną, nad warstwą miedzi zainstalowano płytę z czystego aluminium o grubości 0,8–1 mm, również przyklejoną do blachy duraluminium. Następnie ponownie zastosowano i zdetonowano materiały wybuchowe.
Następnie w ten sam sposób przyspawano arkusz stopu aluminium D20 do platerowanego stalowego półwyrobu - taką „kanapkę”. Wydaje się, że jest to niezdarnie wykonane, ale działa. Tak wykazały testy.
Testy
Te części pancerne BT-70/D20 zostały, jak mówią, przetestowane w całości: ostrzelano je przeciwpancernymi pociskami kalibru 7,62 mm i 12,7 mm, a także przeciwpancernymi pociskami zapalającymi kal. 23 mm BZT. Wyniki ataków porównano z wytrzymałością jednorodnych płyt wykonanych z materiałów takich jak stop aluminium ABT-102, stop tytanu VT-6 i stal BT-70Sh.
Co z tego wyszło, widać na poniższych zdjęciach.
Na zdjęciu przedstawiono opór (A pkp – maksymalny kąt niepenetracji) pancerza bimetalicznego wobec pocisków przeciwpancernych kal. 7,62 mm w porównaniu z jednorodnymi płytami wykonanymi z innych materiałów. 1 — pancerz bimetaliczny, 2 — stop aluminium ABT-102, 3 — pancerz stalowy BT-70Sh, 4 — pancerz tytanowy VT-6.
Pokazano tutaj trwałość pancerza bimetalicznego (obszar zacieniony) w porównaniu do pancerza jednorodnego stalowo-aluminiowego o podobnej masie przy wystrzeleniu pociskami przeciwpancernymi kal. 12,7 mm z odległości 100 metrów. 1 — pancerz bimetaliczny, 2 — stop aluminium ABT-102, 3 — pancerz stalowy BT-70Sh. Grubość pancerza aluminiowego i bimetalicznego zmniejsza się do grubości stali równowagowej.
Odporność na pociski pancerza bimetalicznego (V pkp - maksymalna prędkość niepenetracji), uzyskana przez zgrzewanie wybuchowe oraz gięte płyty aluminiowe i stalowe po wystrzeleniu 23-milimetrowymi przeciwpancernymi pociskami zapalającymi pod kątem 90 stopni. 1 - pancerz stalowy BT-70Sh, 2 - pancerz aluminiowy ABT-102, w środku kółka z krzyżem - pancerz bimetaliczny zespawany wybuchowo.
Tak więc, jeśli ocenimy poziom ochrony pancerza blach bimetalicznych BT-70/D20 na podstawie maksymalnej prędkości niepenetracji i maksymalnych kątów niepenetracji, możemy powiedzieć, co następuje. W porównaniu z jednorodnym pancerzem stalowym BT-70Sh i aluminiowymi stopami pancernymi, „bimetal” zdecydowanie wygrywa pod względem trwałości, zwłaszcza przy strzelaniu pod małymi kątami lub ogólnie normalnie.
W porównaniu z pociskami przeciwpancernymi kalibru 7,62 mm zysk w tym przypadku wynosi około 10%; pociski przeciwpancerne kalibru 7,62 mm – 25%; 23-mm przeciwpancerne pociski zapalające BZT – 15%. Na przykład do ochrony przednich części kadłuba i wieży pojazdów bojowych, gdzie trudno jest poruszać się po kątach nachylenia, „bimetal” był bardzo odpowiedni, przewyższając pod względem trwałości inne materiały. Jednak w idealnym przypadku zbroja ta mogłaby być przydatna nie tylko na czole - także w innych projekcjach.
Ważne jest również, aby zrozumieć, że liczby te są dalekie od standardu. Stosując inne rodzaje stali pancernych i stopów aluminium można osiągnąć jeszcze większy wzrost wytrzymałości. I to jeśli nie weźmie się pod uwagę, że spawanie wybuchowe nie daje 100% spoiny - przy innej, bardziej zaawansowanej technologii jakość pancerza mogłaby być jeszcze wyższa.
odkrycia
Pancerz bimetaliczny to oczywiście dobra rzecz, ale dlaczego w tym przypadku nie zastosowano go przy produkcji sprzętu wojskowego? Nie ma sensu szukać podstępnych sabotażystów. Powód jest tylko jeden: wysokie koszty i niepewny wynik.
Tak, w przyszłości, gdyby ściśle powiązano prace nad „bimetalem”, można by otrzymać dobrą alternatywę dla jednorodnego pancerza aluminiowego, ale żeby go wyprodukować trzeba by było wypróbować wiele różnych metod i nie jest faktem, że będą tanie i stosunkowo nieskomplikowane, bo cena i możliwości produkcyjne decydują o masowej produkcji.
Wystarczy przypomnieć, jak trudne było opracowanie warstwowego pancerza aluminiowego (LAA), który planowano zainstalować w obiecujących pojazdach bojowych armii rosyjskiej – opracowano już działającą technologię i pomyślnie ją przetestowano, ale nadal jest droga zrobić, choć jest to prostsze niż połączenie aluminium ze stalą.
Źródło:
ID. Zakharenko, M.I. Maresev, N.P. Neverova-Skobeleva i inne Pancerz kombinowany ze stali i stopu aluminium do lekkich pojazdów VGM/I.D. Zakharenko, M.I. Maresev, N.P. Neverova-Skobeleva i inni // Zagadnienia technologii obronnej. – 1979. – nr 86.
informacja