O niedociągnięciach technologii produkcji pancerza BMP-3
Pancerz aluminiowy, ogólnie rzecz biorąc, jest dość kapryśny pod względem warunków produkcji. Wszelkie zakłócenia w procesie produkcyjnym lub nieoptymalny wybór technologii mogą prowadzić do znaczących zmian jego właściwości, co może wpłynąć na trwałość i jakość pancerza wykonanego ze stopów aluminium.
BMP-3 również w pewnym stopniu cierpiał z tego powodu, o czym wspomniano w artykule rosyjskich badaczy opublikowanym w 1991 roku. Opisano w nim nową technologię produkcji elementów pancerza dla tego pojazdu (nie wiadomo, czy została ona później wdrożona), ale co ważniejsze, zwrócono w niej również uwagę na niedociągnięcia istniejącej technologii. Zatem z technicznego punktu widzenia materiał jest dość interesujący, dlatego zalecamy jego lekturę.
Udoskonalona technologia obróbki cieplnej części kadłuba BMP-3
Bojowe wozy piechoty pierwszej generacji BMP-1 i BMP-2 charakteryzowały się spawanym stalowym kadłubem z dodatkowymi elementami wykonanymi ze stopów konstrukcyjnych ATsM i aluminium D20. Natomiast kadłub BMP-3 jest wykonany z pancerza aluminiowego ze specjalnym pancerzem. Zastosowanie aluminium pozwala na redukcję masy o 25% w porównaniu z kadłubem stalowym o podobnym stopniu ochrony pancernej.
Pierwszym produkowanym w kraju pojazdem o kadłubie pancernym z aluminiowym kadłubem (z wieżą stalową) był samolot bojowy BMD-1 z kuloodpornym pancerzem wykonanym ze stopu ABT-101 o grubości 8...32 mm.
Nowy BMP-3 to pierwszy rosyjski czołg z całkowicie aluminiowym kadłubem i wieżą. Kadłub BMP-3 jest wyposażony w aluminiowy pancerz kuloodporny i przeciwpociskowy ABT-102. Ten stop pancerza należy do systemu stopów odkształcalnych i utwardzanych cieplnie Al-Zn-Mn (certyfikat autora nr 928271).
Właściwości pancerza kształtowane są na wszystkich etapach produkcji (odlewanie, walcowanie itp.), jednak decydującym etapem jest obróbka cieplna.
W produkcji kadłuba BMD-1 zastosowano metodę obróbki cieplnej, która polega na hartowaniu pancerza, a następnie dwuetapowym starzeniu płyt i konstrukcji pancerza (tab. 1).
Tabela 1
W przeciwieństwie do BMD-1, BMP-3 wykorzystuje płyty pancerne o grubości 10-60 mm. Pancerz kadłuba i wieży jest spawany ze stopu ABT-102, a podłoga wykonana jest z tłoczonych płyt AMg6.
Zróżnicowanie pancerza jest określone przez specyfikacje wymagań i nakłada różne wymagania na elementy projekcji przedniej, bocznej i tylnej pojazdu. Elementy projekcji przedniej stanowią grupę odporną na pociski, elementy tylnej – grupę odporną na kule, a elementy boczne – grupę mieszaną. Warunki te determinują wymagania dotyczące właściwości mechanicznych (twardości) dla każdej z tych grup elementów.
Zatem odporność na pociski jest bezpośrednio zależna od twardości H. Wraz ze wzrostem H prędkość granicy uszkodzenia warunkowego Vпкп rośnie z rozrzutem do 50 m/s (rys. 1); aby to osiągnąć, konieczne jest zapewnienie twardości ≥140 HB w grupie kuloodpornych komponentów. Z kolei odporność na pociski αпкп jest odwrotnie proporcjonalna do twardości (rys. 2).
Rys. 1. Zależność ograniczenia prędkości warunkowego uszkodzenia Vпкп od twardości i grubości b pancerza ABT-102 podczas strzelania pociskiem B32 kalibru 7,62 mm z bliskiej odległości przy normalnej: ciemne punkty – twardość powyżej 140 HB, jasne – nie mniej niż 140 HB
Rys. 2. Zależność oporu pocisku αпкп przy ostrzale pancerza ABT-102 pociskami BT kal. 30 mm (odległość 300 m) od twardości H: kropki – twardość > 140 HB, a trójkąty nie mniej niż 140 HB; strefa optymalnej wartości jest zacieniowana
W tym przypadku optymalną wartością jest twardość poniżej 140 HB. Mieszana grupa części musi równoważyć oba te sprzeczne wymagania i może być reprezentowana przez twardość bliską 140 HB (Tabela 2).
Tabela 2. Optymalna twardość różnych grup części
Analiza istniejącej technologii obróbki cieplnej, łączącej starzenie w II etapie z odpuszczaniem po spawaniu, ujawnia istotne niedociągnięcia. Należą do nich rozbieżności między właściwościami ochronnymi komponentów a ich optymalnymi wartościami, a także znaczne różnice we właściwościach między komponentami o tej samej grubości, ale znajdującymi się w różnych miejscach w zespole pancerza.
Średnią twardość poszczególnych grup detali uzyskanych w wyniku obróbki przy zastosowaniu dotychczasowej technologii, w porównaniu z optymalnym zakresem twardości, przedstawiono w tabeli 3.
Tabela 3. Porównanie twardości według grup części (licznik – wartości średnie, mianownik – rozrzut)
Tabela opiera się na danych z ponad 110 pojazdów (220 pomiarów dla każdej grubości). Dyspersja została obliczona jako trzykrotność wariancji. Oznacza to, że twardość pancerza mieści się w określonym zakresie z prawdopodobieństwem 95%, a większość komponentów znajduje się poza zakresem optymalnym. Obniżenie właściwości ochronnych wynika z jednoczesnego nagrzewania się komponentów o różnym przeznaczeniu i różnej grubości (w spawanym zespole pancerza) podczas drugiego etapu starzenia.
W celu wyeliminowania niedostatków tradycyjnej technologii, tj. uzyskania zróżnicowanych właściwości dla grup części oraz zmniejszenia rozrzutu właściwości mechanicznych, opracowano technologię obróbki cieplnej części nadwozi, która jest chroniona prawem autorskim nr 236106 (tabela 4).
Tabela 4. Tryby obróbki cieplnej części ciała
Pierwszy etap starzenia ma na celu uzyskanie metalu (walcowanego produktu ze stopu ABT-102) o maksymalnej wytrzymałości. Drugi etap ma na celu ponowne starzenie metalu i uzyskanie zróżnicowanych właściwości pancerza oraz odporności na korozję. Odpuszczanie elementów po spawaniu ma na celu złagodzenie naprężeń resztkowych po spawaniu pierwszego i drugiego typu, zapewniając wymaganą wytrzymałość i odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe bez zmiany właściwości mechanicznych i pancerza uzyskanych w drugim etapie starzenia.
Badania technologiczne w zakładzie przeprowadzono w trzech etapach:
1. Delikatne odpuszczanie po spawaniu dwóch kadłubów i wież w celu oceny redukcji naprężeń szczątkowych.
2. Obróbka cieplna kart ABT-102 w II i III etapie starzenia, symulująca tryb indywidualnej obróbki cieplnej, w celu wyjaśnienia zakresu temperatur i czasu wytrzymywania na podstawie wyników badań odporności pancerza i poziomu twardości.
3. Obróbka cieplna z wykorzystaniem nowej technologii.
Badanie dwóch kadłubów poddanych obróbce w trybie „łagodnego” odpuszczania (etap 1 badań), które przeszły testy ruchowe (po 10–12 miesiącach od daty odpuszczania po spawaniu), potwierdziło skuteczność odprężania po spawaniu oraz brak pęknięć izolowanych i zmęczeniowych.
Twardość profili poddanych obróbce z wykorzystaniem technologii sekwencyjnej obróbki cieplnej (druga kontrola) była bliska optymalnej, zapewniając wymagany poziom ochrony pancerza. Na podstawie wyników drugiego etapu, przypisano mu zróżnicowane tryby starzenia w zależności od grubości. Dwa kadłuby i wieże poddano obróbce z wykorzystaniem tych trybów. Okazało się, że właściwości metalu są determinowane przede wszystkim w drugim etapie starzenia.
Zmiana twardości wynikająca z odpuszczania po spawaniu nie przekracza granicy błędu metody Brinella. Odpuszczanie po spawaniu zapewniło wymaganą redukcję naprężeń szczątkowych, zapobiegając pękaniu metalu wywołanemu korozją.
Testy kart pod ostrzałem pocisków wykazały, że właściwości ochronne wszystkich kart kontrolnych spełniają wymagania techniczne. Zgodnie z kryterium αпкп uzyskano margines odporności na pocisk wynoszący około 2°. Pewien margines właściwości ochronnych (Vпкп = 20–30 m/s) uzyskano również pod ostrzałem pocisków.
Wnioski: Udoskonalona technologia obróbki cieplnej elementów kadłuba BMP-3 poprawia ich właściwości ochronne.
Źródło:
„Ulepszona technologia obróbki cieplnej części kadłuba BMP-3”. AA Artsruni, V.R. Begiczew, Yu.Z. Zaselskiy i in. „Biuletyn pojazdów opancerzonych”, nr 5, 1991.
Informacja