ВЛИЯНИЕ ТВЕРДОСТИ СТАЛЬНОЙ БРОНИ

НА ЕЕ ПРОТИВОСНАРЯДНУЮ СТОЙКОСТЬ

О. И. АЛЕКСЕЕВ, С. Н. ВЫСОКОВСКИЙ, канд. техн. наук Л. С. ЛЕВИН,

 канд. техн. наук Н. П. НЕВЕРОВА-СКОБЕЛЕВА, А. Е. ПРОВОРНАЯ,

канд. техн. наук А. К. ПРОВОРНЫЙ, Б. К. ФИЛОРЕКЬЯН

Вестник бронетанковой техники. №6. 1974

На протяжении всей истории развития произ­водства корабельной и танковой брони повышение твердости рассматривалось как один из наиболее очевидных путей повышения ее стойкости. Однако эффективность повышенной твердости зависит от условий обстрела: от толщины брони b, угла об­стрела α, калибра d и типа снарядов, их конструкции и качества.

В период Великой Отечественной войны 1941— 1945 гг. определились два основных вида противоснарядной танковой брони: 1) броня высокой твер­дости марки 8С (подвергаемая закалке и низкому отпуску — низкоотпускаемая), которая применялась в толщине до 45 мм для среднего танка Т-34; 2) броня средней твердости марок 49С и 42С (под­вергаемая закалке и высокому отпуску — высокоотпускаемая) в толщине до 90 мм для тяжелого танка КВ.

Впоследствии для тяжелых танков с толщиной брони до 140 мм была разработана литая (70Л) и катаная (51С) броня высокой твердости [6,7,11].

Броня высокой твердости d_отп — 2,9—3,15 мм)* обеспечила значительное преимущество танков Т-34 перед танками иностранных армий, которое опреде­лялось тем, что немецкие остроголовые снаряды калибра до 75 мм не отличались большой проч­ностью и почти полностью разрушались при вза­имодействии с твердой броней.

* Значения твердости даны по Бринелю в диаметрах от­печатка 10 мм шарика при нагрузке 3000 кгс.

При появлении на вооружении немецкой армии высокопрочных 75-мм и 88-мм остроголовых снаря­дов с бронебойным наконечником и длинностволь­ных пушек, обеспечивающих начальную скорость снаряда v₀ до 1000 м/с, преимущество брони высокой твердости по сравнению с броней средней твер­дости значительно уменьшилось.

Систематические сравнительные испытания обстрелом катаной и литой брони высокой и средней твердости немецкими остроголовыми снарядами с бронебойным наконечником калибра 75, 88 и 105 мм [3, 5] показали следующее:

1. При обстреле 75-мм и 88-мм снарядами с v₀ = 1000 м/с броня высокой твердости толщиной 160—110 мм и 190—130 мм имела преимущество перед броней средней твердости в диапазоне α = 0÷55° и 0÷50° соответственно при отношении толщины брони к калибру снаряда b/d > 1,2 для 75-мм снарядов и b/d >1,37 для 88-мм снарядов (рис. 1).

При углах обстрела более 50—55° и отношении b/d ниже 1,2 и 1,37 соответственно броня высокой твердости теряла преимущества перед броней сред­ней твердости вследствие большого сопротивления металла движению снарядов, что затрудняет рикошетирование, а также и вследствие меньшей сопро­тивляемости низкоотпущенной стали срезу пробки.

2. При обстреле 105-мм снарядами броня высо­кой твердости толщиной 100 мм (b/d = 1,14) при всех углах встречи уступала броне средней твердости.

3. Испытания литых башен с толщиной стенки 100 мм снарядами калибра 88 мм (b/d = 1,13) при углах встречи 0-40° показали преимущество брони высокой твердости.

Рис. 1. Изменение толщины брони различной твердости

в зависимости от угла обстрела немецкими остроголовыми

снарядами калибра 75 мм (а) и 88 мм (б):

—— - броня средней твердости;   – – – - броня высокой твердости

4. По живучести броня высокой твердости усту­пала броне средней твердости, причем литая броня высокой твердости имела более высокую живу­честь, чем катаная, что объясняется отсутствием расслоев в металле и большей жесткостью кон­струкции башни.

Рис. 2. Изменение уровня противоснарядной стойкости гомогенной катаной брони средней (сплошная линия) и высокой (пунктир) твердости толщиной 80 мм в зависимости от угла обстрела отечественными 100-мм тупоголовыми снарядами

В связи с отсутствием преимущества по уровню бронестойкости перед броней средней твердости при больших углах встречи а конструкторы после­военных машин, рассчитывая на защиту от броне­бойных калиберных снарядов, отказались от при­менения брони высокой твердости.

Исследования были в дальнейшем продолжены в связи с широким распространением подкалиберных снарядов, диаметр сердечников которых зна­чительно меньше толщины брони. В этом случае, когда b/d ≥1, увеличение твердости брони стано­вится целесообразным.

Сравнительные испытания катаной брони высо­кой и средней твердости отечественными современ­ными снарядами различных типов показали сле­дующее [8]:

1. Против 100-мм отечественных бронебойных тупоголовых снарядов броня высокой твердости имеет преимущество по стойкости при углах об­стрела α = 0÷40°; при углах обстрела броня средней твердости;    броня  высокой твердости более 40 — преимущество имеет броня средней твердости (рис. 2).

Живучесть брони высокой твердости против этих снарядов удовлетворитель­ная: отколы не превышали трех калиб­ров.

2. Против 122-мм остроголовых сна­рядов с бронебойным наконечником при b/d = 0,65-0,82 броня высокой твер­дости толщиной 80—100 мм показала пониженную стойкость (по α_пкп) на 4-6° по сравнению с броней средней твердости (табл. 1) и большую склон­ность к отколам, которая проявлялась тем сильнее, чем меньше отношение b/d.

Применение металла электрошлакового переплава, отличающегося большой изотропностью механических свойств, плотностью и отсутствием расслоев, привело к улучшению жи­вучести брони высокой твердости, но не повысило ее стойкости.

Таблица 1

Угол кондиционных поражений α_пкп брони различной

твердости при обстреле 122-мм остроголовыми снарядами

с бронебойным наконечником (v₀ = 910-938 м/с)

4. Снижение твердости брони с d_отп = 3,45 до 4,0 мм в отдельных условиях испытаний может привести к повышению противоснарядной стойко­сти, в частности при испытаниях тупоголовыми и остроголовыми снарядами калибра 122 мм брони толщиной 80 и 100 мм под углами 55 и 65° (рис. 3).

При обстреле по нормали 122-мм остроголовы­ми снарядами с бронебойным наконечником сни­жение твердости брони указанных толщин приво­дит к понижению уровня стойкости, а при испытании 122-мм тупоголовыми снарядами изменение твердости в пределах 3,65-4,0 мм на стойкости брони не сказывается [1].

Рис. 3. Изменение уровня противоснарядной стойкости гомогенной

бро­ни толщиной 80-100 мм в зависи­мости от ее твердости:

—— α = 55°; – – –обстрел по нормали;

1 — 122-мм тупоголовый снаряд;

2 — 122-мм остроголовый снаряд;

3 — 100-мм снаряд

4. При обстреле подкалиберными 115-мм цель­нокорпусными стальными снарядами с сердечни­ком диаметром 40 мм под углами 70-75° броня вы­сокой твердости толщиной от 80 до 120 мм имеет значительное преимущество перед броней средней твердости (табл. 2).

Таблица 2

Предельная толщина непробития брони различной твер­дости при

обстреле 115-мм подкалиберными цельнокор­пусными

снарядами с сердечником диаметром d_c=40 мм [8]

Это объясняется увеличением срабатываемости сердечника снаряда при повыше­нии твердости брони.

Живучесть плит из низкоотпущенной стали вы­сокой твердости при обстреле подкалиберными сна­рядами удовлетворительная; наблюдаемые отколы диаметром до 250 мм связаны с наличием расслоев, однако на плитах после обстрела в процессе выле­живания наблюдалось образование трещин.

При обстреле с v₀ = 1400—1450 м/с 57-мм подкалиберными моделированными снарядами с карбидвольфрамовым сердечником диаметром 19,3 мм в диапазоне углов встречи 0—40° броня вы­сокой твердости также имеет значительное преиму­щество (16—25% по весу) по сравнению с броней средней твердости [9].

При дальнейшем увеличении угла встречи и уменьшении толщины брони разница в стойкости между броней С твердостью d_отп = 3,0—3,15 мм и броней средней твердости уменьшается и становит­ся равной примерно 10% при угле 60—70° и b/d = 2,0÷2,5 (рис. 4).

Таким образом, результаты испытаний катаной брони высокой твердости натурными и моделиро­ванными снарядами различной конструкции пока­зывают, что при больших b/d и углах встречи α = 0÷40° броня высокой твердости имеет по уровню стойкости существенное преимущество пе­ред броней средней твердости как против калиберных, так и против подкалиберных снарядов (при углах более 40° — только против подкалиберных снарядов).

С увеличением угла встречи и уменьшением от­ношения b/d преимущество брони высокой твердости уменьшается.

Рис. 4. Изменение угла непробития (по α_пкп) в зависимости

от b/d_с брони сред­ней (1) и высокой (2) твердости при об­стреле с v₀= 1400 м/с

моделями бронебойно-подкалиберных снарядов

с карбид­вольфрамовым сердечником диаметром d_c = 19 мм

Большие остаточные напряжения, не снимаемые низким отпуском, приводят к образованию трещин на корпусах из брони высокой твердости при свар­ке и в процессе эксплуатации танков. Размеры этих трещин в отдельных случаях достигают 500-700 мм, а количество пораженных ими корпусов составляло в отдельные месяцы до 30% выпуска. Броня высокой твердости склонна к отколам при обстреле, к трещинам после обстрела в процессе вылеживания и отличается пониженной технологичностью.

Таблица 3

Уровень противоснарядной стойкости высокоотпущенной

брони повышенной твердости и серийной брони

средней твердости (толщина плит 120 мм)

С учетом недостатков низкоотпущенной стали были предприняты попытки создания брони доста­точно высокой твердости после закалки и высокого отпуска.

В. А. Делле, Л. А. Каневский и др. [4] предложили новый тип брони — высокоотпущенную хромоникельмолибдеиэвую сталь марки ИЗ, имевшую повышенную твердость после высокого отпуска за счет повышенного содержания углерода (в преде­лах 0,44-0,52%). Эта броня имела существенное (8-10%) преимущество в стойкости против 85-мм и 88-мм бронебойных остроголовых снарядов с бронебойным наконечником при углах встречи до 30° (табл. 3), но по живучести сварных конструк­ций значительно уступала броне средней твердости (из-за повышенного содержания углерода).

Была разработана серия низкоуглеродистых вы­сокопрочных, хорошо свариваемых сталей (марок AK) с твердостью d_отп = 3,0—3,2 мм после закалки и высокого отпуска в толщинах до 120 мм [2].

Высокая прочность этих сталей при содержании углерода 0,10-0,18% обеспечивалась относительно высоким содержанием никеля и молибдена, а так­же наличием меди и ванадия, которые, как из­вестно, являются сильными упрочнителями ферритной основы стали.

Лабораторные испытания трех марок стали AK обстрелом 57-мм снарядами (остроголовыми и ту­поголовыми) под углом 61°30' и по нормали не вы­явили существенного преимущества этих сталей по сравнению с броней средней твердости, однако была установлена высокая вязкость и живучесть сталей AK.

Относительно низкая противоснарядная стой­кость этих сталей объясняется низким содержанием углерода. Кроме того, вероятно, и характер ле­гирования их (в частности, большое содержание никеля) не способствовал получению высокой противоснарядной стойкости.

Вместе с тем, была установлена возможность со­здания вязкой высокоотпущенной стали высокой или повышенной твердости.

Выводы

1. При обстреле средних танков современными подкалиберными снарядами повышение твердости брони тем эффективнее, чем больше отношение тол­щины брони к диаметру сердечника снаряда.
2. Для сохранения удовлетворительной живу­чести брони предпочтительнее использование высокого отпуска вместо низкого. Содержание углерода в стали должно быть максимально допустимым с точки зрения требований по свариваемости и живучести брони.
3. Задача дальнейших исследований состоит в установлении наиболее рационального состава и структуры, а также оптимальных пределов твер­дости, обеспечивающих повышенный уровень про­тивоснарядной стойкости катаной брони.

ЛИТЕРАТУРА

1. Адамов Б. A., Hаумин Н. И., Шейнин Б. E., Лазарева А. Б. Повышение противоснарядной стойкости танков за счет повышения живучести брони. Труды в/ч 68054, 1956, № 3, стр. 38—65.
2. Высоковский С. H., Крошкин А . А., Левин Л. С., Мальшевский В. А., Неверова-Скобе­лева Н. П., Соколов О. Г. О возможности использования корпусных сталей в качестве брони. Труды ЦНИИМС, 1972, № 3 (136), стр. 12—17.
3. Герасимов М. Я. Тактические свойства отечествен­ной гомогенной брони. Труды ЦНИИ-48, 1945, № 20.
4. Делле В. А., Каневский Л. А. и др. Высокоотпу- щенная броня высокой твердости. Труды ЦНИИ-48, № Ifl1 стр. 33.
5. Капырин Г. И. Труды ЦНИИ-48, 1947, № 2с (29).
6. Капырии Г. И, Гайдай П. И., Петраш Л. В. Литая броня высокой твердости. Труды ЦНИИ-48, 1944, № 16, стр. 7.
7. Капырин Г. И., Герасимов И. Я., Ф о к и и а Η. М. Катаная броня высокой твердости для тяжелых танков ИС. Труды ЦНИИ-48, 1944, стр. 16.
8. Отчеты предприятия п/я В-2652. Совершенствование ка­таной противоснарядной брони высокой твердости, 1964; 1966.
9. Отчет предприятия п/я В-2652, 1970, инв. № 004178.
10. Отчеты предприятия п/я В-2652 по теме № БТ-15-50, раздел I, инв. № 00389.
11. Труды ЦНИИ-48. Редакционная статья, 1944, № 16.