|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ИССЛЕДОВАНИЕ БРОНИ И СВАРНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ АМЕРИКАНСКОГО ТАНКА М-41
Канд. техн. наук инж.-подполковник
Г. М. КОЗЛОВ, инж. В Г. ИЛЬИН и инж.
А. А. ЮРЦЕВ
Вестник бронетанковой техники. 1962. №6
Легкий танк М-41 поступил на вооружение армии США в 1953 году. После того, как на нем стал
устанавливаться более экономичный двигатель (с 1956 года) танк получил марку М-41А2.
Броневая защита танков М-41 и М-41А2 одинакова.
Корпус танка М-41
представляет собой жесткую сварную конструкцию из катаных бооневых деталей.
Башня также сварена из катаной брони.
Танк М-41 имеет
противопульное бронирование, схема которого показана на фиг. 1. На этой схеме толщины
брони указаны с округлением до миллиметра.
Характерной особенностью броневой защиты танка М-41
является дифференцирование толщины брони по высоте и по периметру танка, а
также значительные конструктивные углы наклона основных броневых деталей его
корпуса и башни. При этом лобовая проекция корпуса и башни
забронирована сильнее, чем бортовые и кормовая проекции. Толщина днища
также дифференцирована передняя часть днища примерно в три раза толще его
задней части.
Существенным
недостатком конструкции корпуса и башни является их значительная высота.
Фиг. 1. Схема бронирования американского
танка М-41.
Броневая сталь
Исследованию
были подвергнуты броневые детали танка М-41 толщиной
В процессе исследования
определялся химический состав брони, ее твердость, вид излома, микро- и
макроструктура, а также устанавливались значения характеристик прочности,
пластичности и ударной вязкости брони при комнатной температуре и при
температуре минус 50° С.
Химический состав
броневой стали, используемой на танке М-41, приведен в табл. 1. Определение химического состава
металла каждой из исследованных броневых деталей производилось двумя методами
— методом спектрального анализа и методом химического анализа. Это было
сделано для взаимного контроля обоих методов и получения более достоверных
результатов. Процентное содержание химических элементов в броне, определенное
этими двумя методами, оказалось практически одинаковым.
Все основные броневые
детали корпуса и башни американского танка М-41 изготовлены из марганцовомолибденовой
стали, содержащей 0,22—0,26%’ углерода, 1,50—1,95% марганца и 0,38—0,40% молибдена. Кроме
того, в состав металла этих броневых деталей входит 0,10—0,15% титана. Исключение составляет нижняя кормовая деталь
корпуса, которая изготовлена из хромомарганцевомолибденовой стали с присадкой
титана. Эта деталь, в отличие от других, имеет пониженное содержание марганца (0,88%’) и молибдена (0,20%), но зато содержит хром (0,64%) и кремний (0,46%). Можно полагать, что
марганцевомолибденовая сталь является основной маркой американской поотиво
пульной брони, а хромомарганцевомолибденовая сталь (с пониженным содержанием
марганца и молибдена) является ее заменителем.
Указанное содержание
легирующих элементов обеспечивает сквозную прокаливаемость брони во всем диапазоне толщин, используемых на танке М-41. Об
этом свидетельствует одинаковая по всей толщине исследованных броневых деталей
твердость и микроструктура. Все броневые детали танка М-41 обработаны на
сорбитную структуру (фиг. 2) с твердостью dB =3,1-
Таблица 1
Химический состав броневой стали американского танка
М-41
Использованная на
танке М-41 противопульная броня является гомогенной. Твердость, на которую
обработаны броневые детали танка, зависит от их толщины. Чем больше толщина
броневой детали, тем на более низкую твердость она обработана.
Результаты определения твердости
приведены в табл. 2.
Определение характеристик
прочности и пластичности американской противопульной брони проводилось на
стандартных пятикратных пропорциональных разрывных
образцах диаметром
Ударная вязкость
определялась на стандартных ударных образцах. Вырезка
ударных и разрывных образцов производилась как вдоль, так и поперек проката.
Испытания велись при комнатной температуре и при температуре -50°С. От каждой толщины брони при
указанных температурах испытывалось по три ударных и по три разрывных образца,
вырезанных вдоль проката, и такое же количество образцов, вырезанных поперек
проката.
Испытания разрывных
образцов при температуре -50°С проводились в холодильной камере
разрывной испытательной машины ЦДМК-30. Эта же холодильная камера использовалась
и для охлаждения
ударных образцов. Выдержка образцов в охлажденном состоянии при температуре - 50°С составляла 1 час 30 минут.
Фиг. 2. Микроструктура
американской противопульной брони (×450).
Таблица 2 Механические свойства броневой стали американского танка М-41
При температуре —50° С
Результаты
исследования характеристик прочности, пластичности и ударной вязкости брони
американского танка М-41 приведены в табл. 2. Из приведенных данных видно, что броневая сталь
американского танка М-41 сочетает высокую прочность с удовлетворительной
пластичностью и довольно высоким значением ударной вязкости. Это дает основание полагать, что
указанная сталь будет обладать достаточно высокой противопульной стойкостью в
сочетании с высокой живучестью и отсутствием хрупких поражений при пулевом обстреле.
Фиг. 3. Вид излома американской противопульной брони.
При снижении
температуры от комнатной (
+ 20°С) до -50°С предел прочности американской противопульной
брони повышается со 116— 125 до 122—130 кг/мм2 (для образцов, вырезанных вдоль проката)
при одновременном снижении ударной вязкости с 8—10 до 6—9 кгм/см2 и некотором снижении средней и максимальной
пластичности. Примерно такая же картина наблюдается и на об
разцах, вырезанных поперек проката. Отмеченное снижение ударной вязкости и пластичности при понижении
температуры до -50°С вряд ли сможет привести к
образованию хрупких поражений при пулевом обстреле танка М-41 в условиях
указанной низкой температуры.
Особенностью броневой стали танка
М-41 является относительно малая степень анизотропности механических свойств вдоль и поперек проката. Излом броневой стали танка М-41
вязкий, волокнистый, однако с наличием мелких включений кристаллической сыпи
(фиг. 3); снижение температуры испытания до -50° С не изменяет вид излома.
Сварные соединения
Исследованию
были подвергнуты сварные швы, соединяющие верхнюю лобовую деталь корпуса с
нижней, борт корпуса с днищем, борт башни с ее крышей и среднюю кормовую деталь
корпуса с нижней кормовой деталью. В процессе исследования
определялись: размеры сварных швов и величина зазоров между свариваемыми
деталями; химический состав, твердость, механические свойства, макро-и
микроструктура наплавленного металла; характер формирования швов и наличие в
них неметаллических включений и других дефектов; размеры зон термического
влияния, их микроструктуры и распределение твердости по зонам термического
влияния.
Характерной
особенностью всех исследованных сварных швов является наличие значительных зазоров (6-
Таблица 3 Размеры катетов
исследованных сварных швов и зазоров между свариваемыми деталями
Практика полигонных
испытаний обстрелом различных образцов бронетанковой техники показывает, что
большезазорные сварные швы обладают большей живучестью по сравнению с беззазорными
(малозазорными) швами. Однако наплавленный металл шва имеет значительно
меньшую противопульную стойкость, чем основной металл броневой детали.
В связи с этим,
наличие в конструкции корпуса и башни танка многочисленных большезазорных сварных швов резко снижает противопульную
стойкость мест соединения броневых деталей и этим снижает общую противопульную
стойкость корпуса и башни. С этой точки зрения применение большезазорных
сварных швов в конструкции корпуса и башни танка с противопульным бронированием
вряд ли можно признать целесообразным.
Состав наплавленного
металла сварных швов, определенный методом химического анализа, приведен в
табл. 4. По своему составу наплавленный
металл всех исследованных сварных швов относится к аустенитному классу.
Обращает на себя внимание содержание в наплавленном металле сварных швов
значительного количества молибдена (до 1,01%).
Для
определения механических свойств наплавленного металла из сварных швов
вырезались стандартные пропорциональные пятикратные разрывные образцы
диаметром
Таблица 4 Химический состав
наплавленного металла сварных швов американского танка М-41
Химический состав в %
Макро-
и микроструктура наплавленного металла, зон термического влияния и основного
металла брони исследовалась
на шлифах, вырезанных поперек сварных швов. Для травления шлифов использовались
следующие реактивы:
а) для выявления микроструктуры
основного- металла брони и зон термического влияния — 4%-ный раствор азотной
кислоты в спирте;
б) для выявления микроструктуры
наплавленного металла швов — смесь, состоящая из азотной кислоты (1 часть) и соляной кислоты (3 части);
в) для выявления макроструктуры
швов — смесь, состоящая из азотной кислоты (1 часть),
соляной кислоты (3 части) и глицерина (4 части) с подогревом до
температуры 60° С.
Макрошлифы
исследованных сварных соединений приведены на фиг. 4. При осмотре протравленных
макрошлифов установлено, что наплавленный металл швов плотный.
Непроваров, горячих трещин,
газовых пузырей, шлаковых включений и иных дефектов в сварных швах не
обнаружено.
Таблица 5
Механические
свойства наплавленного металла сварных швов американского танка М-41
Фиг. 4. Макрошлифы сварных соединений американского танка М-41: а верхней лобовой детали с нижней лобовой деталью; б — средней кормовой детали с нижней кормовой деталью; в правого борта корпуса с днищем; г — левого борта башни с крышей
Микроструктурный
анализ показал, что зона сплавления наплавленного металла швов с металлом броневых деталей
представляет, как правило, размытую неровную границу раздела между наплавленным
металлом и основным металлом брони (фиг. 5,а). В зоне сплавления наблюдается
взаимное проникание частиц наплавленного металла основной и основного металла в наплавленный. Глубина проникания составляет 0,005-
Микроструктура
наплавленного металла вблизи зоны сплавления представляет собой аустенит,
имеющий резко выраженные границы зерен вытянутой формы, с незначительными
включениями легированного феррита (фиг. 5,а). В средней части сварного шва
микроструктура наплавленного металла представляет собой аустенит с весьма значительными
включениями легированного феррита (фиг. 5,6). Твердость наплавленного металла
сварных швов лежит в пределах от 90 до 98 ед. HRB.
Фиг. 5. Вид границы сплавления и микроструктура наплавленного металла сварных швов: а — вид границы
сплавления и микроструктура наплавленного металла вблизи зоны сплавления; б — микроструктура
наплавленного металла в центре сварного шва.
Фиг. 6. Микроструктуры зоны термического влияния сварных швов: а — микроструктура зоны подкалки (×450); б—микроструктура зоны отпуска (×450).
Образованию
легированного феррита в наплавленном металле аустенитных швов способствует
наличие в их составе значительного количества молибдена, который суживает
гамма-область и является вследствие этого ферритообразующим элементом.
Повышенное содержание легированного феррита в средней части сварных швов может
быть объяснено более медленным охлаждением этих частей по сравнению с частями,
примыкающими к броне.
Просмотром микроструктуры и
измерением твердости установлено, что вблизи сварных швов на всех исследованных
броневых деталях имеется зона термического влияния, которая включает в себя
зону подкалки и зону отпуска.
Зона подкалки
непосредственно примыкает к наплавленному металлу шва и имеет глубину 3—
Зона отпуска
располагается между зоной подкалки и основным металлом броневых деталей. Зона
отпуска имеет глубину 7—10 мм, ее
твердость составляет 24—30 ед. HRC, а макроструктура представляет
собой сорбит с включениями феррита (фиг. 6, б).
Переход от зоны подкалки к зоне
отпуска, а также от зоны отпуска к основному металлу броневых деталей, плавный
с наличием промежуточных микроструктур и твердостей. Характер
изменения твердости по глубине зоны термического влияния при переходе от
наплавленного металла шва к основ ному металлу броневых деталей показан на фиг. 7.
Противопульная стойкость
Для оценки
противопульной стойкости броневой защиты американского танка М-41 были использованы
кривые противопульной стойкости отечественной брони высокой твердости. Такой
метод оценки оправдан тем, что значения твердости, прочности, пластичности и
ударной вязкости американской и отечественной противопульной брони близки друг к другу.
Несмотря на это, приведенные ниже данные следует рассматривать все же как ориентировочные.
Проведенная оценка
противопульной стойкости броневой защиты американского танка М-41 показывает, что
лобовые детали корпуса и борт башни не пробиваются бронебойными пулями калибров
Фиг. 7. Характер изменения твердости по зоне термического влияния сварных швов (сварное соединение средней кормовой детали с нижней кормовой деталью).
Передняя часть борта
корпуса не пробивается бронебойными пулями указанных калибров в диапазоне
курсовых углов ±60° с любой дальности. При курсовом угле 90°
(270°) эта часть борта пробивается 14,5-мм бронебойной пулей
с дальности
Верхняя кормовая
деталь корпуса не пробивается при курсовом угле 180° бронебойными пулями калибров
Средняя и нижняя
кормовые детали корпуса не пробиваются при курсовом угле 180° с любой дальности бронебойными
пулями калибров
Выводы
1. Американский танк
М-41 имеет противопульную броневую защиту, характерной особенностью которой
является дифференцированная толщина брони и значительные конструктивные углы
наклона основных броневых деталей. Использованные для
бронирования танка толщины брони и углы наклона броневых деталей обеспечив; ют
его корпусу и башне достаточно высокую противопульную стойкость — лобовые
детали корпуса и борта башни не пробиваются наиболее мощными бронебойными
пулями (калибра
2. В
качестве основной марки противопульной броневой стали на танке М-41
используется марганцевомолибденовая сталь, обработанная на твердость dв = 3,1—3,4 м. Одна из исследованных броневых деталей изготовлена из
хромомарганцевомолибденовой стали (с пониженным, по сравнению с первой маркой,
содержанием марганца и молибдена), обработанной на такую же твердость. По-видимому эта сталь используется в качестве
заменителя основной марки противопульной броневой стали.
Броневая сталь танка
М-41 сочетает высокую прочность с удовлетворительной пластичностью и довольно
высоким значением ударной вязкости. Снижение температуры до -50° С лишь в незначительной степени снижает ударную
вязкость и пластичность этой стали.
3. Сварные соединения
корпуса и башни танка М-41 выполнены со значительными (6-
Наличие в конструкции
корпуса и башни многочисленных большезазорных сварных
швов резко снижает противопульную стойкость мест соединения броневых деталей,
вследствие чего применение большезазорных сварных швов в конструкции корпуса и
башни танка с противопульным бронированием нельзя признать рациональным.
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|