ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ
 
 




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.

Фиг. 1. Схема бронирования американского танка М-41.


 

Броневая сталь

Исследованию были подвергнуты броневые де­тали танка М-41 толщиной 32 мм (нижняя лобовая деталь корпуса), 26 мм (верхняя лобовая деталь корпуса и борт башни), 19 мм (задняя часть борта и средняя кормовая деталь корпуса), 13 мм (крыш­ка башни) и 10 мм (нижняя кормовая деталь кор­пуса и задняя часть днища).

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, 1,501,95% марганца и 0,380,40% мо­либдена. Кроме того, в состав металла этих броне­вых деталей входит 0,100,15% 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- 3,4 мм .

 

Таблица 1

Химический состав броневой стали американского танка М-41

Наименование броневых деталей

Химический состав, %

С

Mn

Si

S

P

Cr

Mo

Ti

Ni; W; V; Al; Cu;

Все исследованные броневые детали (за исключением ниж­ней кормовой детали корпуса)

0,22—

—0,26

1,50— — 1,95

0,14— —0,19

0,013—

—0,023

0,021 — —0,025

Нет

0,38-

—0,40

0,10—

-0,15

Нет

Нижняя кормовая деталь

0,25

0,88

0,46

0,014

0,022

0,64 I

0,20

0,15

Нет

 

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 6 мм .

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 про¬тивопульной брони (×450).

Фиг. 2. Микроструктура американской про­тивопульной брони (×450).

 

 

Таблица 2

Механические свойства броневой стали американского танка М-41

 

Толщина

брони,

мм

Твердость

dB , мм

Механические свойства

Для образцов, вырезанных поперек проката

Для образцов, вырезанных вдоль проката

Предел прочности, кг/мм2

Относи­

тельное

удлинение,

%

Относи­

тельное

сужение,

%

Ударная

вязкость,

кгм/см2

Предел прочности, кг/мм2

Относи­

тельное

удлинение,

%

Относи­

тельное

сужение,

%

Ударная

вязкость,

кгмісм2

При температуре +20° С

10-19

26-32

3,1-33

3,2-3,4

120-125

116-119

14,0-16,0

15,5-18,0

55,5

-58,5

8,0-9,5

8,5—10,0

117-120

108-119

15,5

16,5

53,5

55,5

6,5-7,5

7,0-9,0

 

При температуре —50° С

10-19

128-130

14,0-15,0

50,0-53,5

6,0-7,5

122-126

12,0-14,5

49,0-52,0

5,0-5,5

26-32

122-125

15,0-16,5

51,0-55,0

7,0-9,0

114-125

15,0-16,0

51,0-53,0

5,5-6,5

 

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

Фиг. 3. Вид излома американской противопульной брони.


 

При снижении температуры от комнатной ( + 20°С) до -50°С предел прочности американ­ской противопульной брони повышается со 116125 до 122130 кг/мм2 (для образцов, вырезанных вдоль проката) при одновременном снижении ударной вязкости с 810 до 69 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- 8 мм ) между свариваемыми деталями. Исследованные сварные швы выполнены автома­тической сваркой и имеют Х-образную разделку. Размеры катетов исследованных сварных швов и зазоров между свариваемыми деталями приведены в табл. 3.

 

Таблица 3

Размеры катетов исследованных сварных швов и зазоров между свариваемыми деталями

Сварные соединения

Толщина свари­ваемых деталей,

мм

Угол между сва­риваемыми дета­лями, °

Минимальный зазор между свариваемыми деталями, мм

Размеры катодов

сварных

швов, мм

Наружного

шва

Внутрен­него шва

Верхней лобовой детали корпуса с ниж­ней лобовой деталью

26 и 32

75

7

32×20

35×30

Задней части правого борта корпуса с дyищем

19 и 10

150

7

6x6

10×10

Левого борта башни с крышей

26 и 13

128

6

16×16

17×7

Средней кормовой детали

корпуса с ниж­ней

кормовой деталью

19 и 10

146

8

10×8

11×11

 

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 6 мм и стандартные ударные образцы. Вырезка образцов производи­лась вдоль направления сварных швов. Испытания разрывных и ударных образцов из наплавленного металла проводились при комнатной температуре и при температуре -50°С таким же образом, как и образцов из броневой стали. Значения характеристик механических свойств наплавленного металла сварных швов американского танка М-41 приведе­ны в табл. 5, из которой видно, что наплавленный металл сварных швов обладает удовлетворительной прочностью в сочетании с высокой пластичностью и ударной вязкостью. Снижение температуры до -50°С довольно значительно повышает прочность наплавленного металла и одновременно несколько снижает его ударную вязкость и пластичность. Сле­дует отметить, что при испытании образцов наплав­ленного металла сварных швов имел место значи­тельный разброс значений характеристик пластич­ности.


 

Таблица 4

Химический состав наплавленного металла сварных швов американского танка М-41

Химический состав в %

С

Mn

S

P

Cr

Ni

Mo

0,11-0,15

~3,50

0,007-0,009

0,020—0,025

14,4-19,0

7,8-9,2

0,60-1,01

 

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

 

Механические свойства

Температура

испытаний

Твердость dB, мм

Предел

прочности,

кг/мм2

Относительное удлинение, %

Относительное сужение, %

Ударная вязкость, кгм/см2

+20° С

 

4,10 4,45

67,5-68,5

25,0-46,5

31,0-55,5

18,0

-50° С

-

97,0-114,0

22,5-40,5

39,0- 49,0

14,0

 

 

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

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- 0,01 мм .

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 микро¬структура наплавленного металла сварных швов:
а — вид границы сплавления и микрострук¬тура наплавленного металла вблизи зоны сплавления; б — микроструктура наплав¬ленного металла в центре сварного шва.

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).

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 5 мм . Твердость зоны подкалки составляет 4044 ед. HRC, а ее микроструктура представляет со­бой троостомартенсит (фиг. 6, а).

Зона отпуска располагается между зоной под­калки и основным металлом броневых деталей. Зона отпуска имеет глубину 710 мм, ее твердость составляет 2430 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 7,62 мм , 12,7 мм и 14,5 мм с любой даль­ности.

 

Фиг. 7. Характер изменения твердости по зоне термического влияния сварных швов (сварное соединение средней кормовой детали с нижней кормовой деталью).

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 600 м , а 12,7-мм бронобойной пулей — с дальности 350 м . Задняя часть борта корпуса не пробивается бронебойными пулями калибров 7,62 мм , 12,7 мм и 14,5 мм в диапазоне курсовых углов ±45° с лю­бой дальности. При курсовых углах ±60° эта часть борта пробивается 14,5-мм бронебойной пулей с дальности 400 м , а при курсовом угле ±90° — с дальности свыше 1000 м ; бронебойная пуля калибра 12,7 мм пробивает заднюю часть борта корпуса при курсовом угле ±90° с дальности 900 м .

Верхняя кормовая деталь корпуса не пробивает­ся при курсовом угле 180° бронебойными пулями калибров 7,62 мм , 12,7 мм и 14,5 мм с любой даль­ности.

Средняя и нижняя кормовые детали корпуса не пробиваются при курсовом угле 180° с любой дальности бронебойными пулями калибров 7,62 мм и 12,7 мм . Бронебойная пуля калибра 14,5 мм может пробить при курсовом угле 180° среднюю кормовую деталь корпуса с дальности 150 м и нижнюю кормовую деталь с дальности 50 м .


 

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 14,5 мм ) с любой дально­сти, а борта корпуса могут быть пробиты этими пу­лями только в ограниченном диапазоне курсовых углов и на относительно небольших дальностях. Существенным недостатком конструкции корпуса и башни танка М-41 является их значительная вы­сота.

2. В качестве основной марки противопульной броневой стали на танке М-41 используется мар­ганцевомолибденовая сталь, обработанная на твердость dв = 3,13,4 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- 8 мм ) зазорами между свариваемыми деталями. Наплав­ленный металл сварных швов относится к аустенитному классу.


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.

 







 



ГЛАВНАЯ НА ВООРУЖЕНИИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
РАЗРАБОТКИ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
ЗАЩИТА ПОДВИЖНОСТЬ 

ЭКСКЛЮЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ  БИБЛИОТЕКА ФОТООБЗОРЫ