ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПОЛНИТЕЛЕЙ РАЗНЕСЕННОЙ БРОНИ

Н. М. ГРИШИНА, Б. Д. ЧУХИН, Ю. А. ЗОРОВ, Э. Г. ШУРУПОВА

При взаимодействии кумулятивной струи с раз­личными преградами наблюдается значительное отклонение экспериментальных данных от гидро­динамической теории [1], неучитывающей динамическую твердость преграды. Помимо твердости необходимо учитывать ударную сжимаемость ма­териала, т. е. повышение плотности при взаимо­действии с преградой кумулятивной струи. Этот фактор зависит от параметров кристаллической решетки, а также от типа и прочности межатом­ных связей в материале преграды [2].

Подобный характер взаимодействия струи и пре­грады особенно присущ керамическим, стеклокерамическим материалам и керметам; при прочих рав­ных условиях они имеют более высокую противокумулятивную стойкость по сравнению с металлами той же плотности и обеспечивают самый высокий выигрыш (30—40 %) по массе защитных уст­ройств.

Проведены исследования влияния комплекса фи­зико-механических свойств (пористость, плот­ность, твердость и прочность при сжатии) неме­таллических хрупких материалов на их струегася­щую способность в лабораторных условиях. Влия­ние фактора сжимаемости не рассматривалось.

Оценка противокумулятивной стойкости проводи­лась подрывом лабораторного заряда массой 34 г, диаметром 25 мм и углом раствора конуса медной облицовки, равном 30°, при фокусном рас­стоянии до преграды 50 мм. Средняя глубина пробития такими зарядами стальной брони сред­ней твердости составляла 85—90 мм со средне­квадратичным отклонением ±5 мм. Исследуемые материалы испытывались в комбинированной пре­граде сталь—наполнитель—сталь. Наполнитель устанавливался в средних участках кумулятивной струи с некоторым сдвигом к головной ее части таким образом, что 20 % ее длины снималось лицевой и 20—30 % тыльной стальными броневыми плитами.

Расчет коэффициента противокумулятивной стойкости К наполнителя в каждой эксперимен­тальной точке производился по данным 5—6 за­четных подрывов по формуле

K = L_н/[L_п.с.– (L_л.п. + L_т.п.)],

где L_н —толщина исследуемого наполнителя; L_п.с.- средняя глубина пробития броневой стали средней твердости;

L_л.п. ,  L_т.п.—толщина стальной лицевой плиты и глубина пробития тыльной плиты. Коэффициент К, показывающий во сколько раз исследуемый материал толще или тоньше равностойкого слоя стальной брони средней твердости, т. е. слоя, снимающего условно ту же часть куму­лятивной струи. Чем меньше К, тем выше струега­сящая способность материала.

Рис. 1. Зависимость коэффициента противокумулятивной стойкости К от пористости у материала наполнителя:

1 — волокно каолиновое; 2— пеносил; 3 — дорсил; 4 — смеси стержневые; 5 — нитрид кремния; в, 7 — ситаллы, 10 — 11 — корунды

Исследованные наполнители представляли собой сочетание твердого вещества с пустотами (табли­ца). Очевидно, что величина пористости, размеры и характер распределения пор оказывают суще­ственное влияние на все прочностные характерис­тики материала. Для оценки влияния пористости были изготовлены образцы из стеклокерамических материалов (пеноеил, дорсил, ситалл) с различ­ной пористостью (от 0 до 60 %) и плотностью от 1000 до 2 500 кг/см³. Пористость в материале создавалась введением в исходную шихту различ­ного количества пенообразователя. В процессе спекания образующиеся при разложении пенооб­разователя газы создавали в материале заданную пористость с равномерно распределенными и не сообщающимися друг с другом пустотами. С уве­личением пористости (рис. 1) К повышается, что свидетельствует о снижении стойкости. Положи­тельные факторы, дающие отклонение хрупких материалов от гидродинамики при внедрении струи, с увеличением пористости нивелируются. Поэтому влияние остальных характеристик прово­дилось при пористости менее 8 — 10%, не оказы­вающей существенного влияния на противокумулятивную стойкость разнесенной брони.

На рис. 2 представлена зависимость К от плот­ности ρ неметаллических хрупких материалов со сравнительно узким (Ημ— 20—30 ГПа) интерва­лом твердости и различной прочностью при сжа­тии. При повышении плотности спеченных мате­риалов от 2 500 до 15 600 кг/м³ происходит неко­торое улучшение коэффициента К (от 0,75 до 0,5). Однако по сравнению с увеличением плотности в 6 раз такой прирост стойкости недостаточен — незначительное уменьшение габаритов сопровождается существенным увеличением массы прегра­ды. Приближение экспериментальной кривой с уве­личением плотности хрупких материалов к гидро­динамической зависимости также свидетельствует о снижении эффективности. Таким образом, наи­более целесообразной следует считать плотность не более 3 800 кг/м³. С учетом вышеизложенных ре­зультатов исследование твердости и прочности при сжатии проводилось на плотноспеченных ма­териалах с плотностью от 2 500 до 3 800 кг/м³, т. е. в интервале, обеспечивающем наиболее высокий выигрыш в массе (70—75 %). Исследовались ситаллы, корунд, карбид кремния и карбид бора. ­

Рис. 2. Зависимость К от плотности ρ не­металлических хрупких материалов:

1, 2 — расчетные (по гидродинамической теории) и экспериментальные данные

Твердость исследуемых материалов определялась по микротвердости Ημ их основных фаз, посколь­ку количественное содержание основной фазы в материале составляло не менее 80 %, что позволи­ло характеризовать общую твердость материала по этому показателю. Микротвердость исследуе­мых материалов варьировалась в пределах от 1 до 50 ГПа и измерялась по ГОСТ 9450—76. Получен­ные результаты (рис. 3) показывают, что противокумулятивпая стойкость повышается наиболее существенно до твердости 20 ГПа. Повышение Ημ  до 50 ГПа оказывает на противокумулятивную стойкость незначительное влияние. Это объясняет­ся тем, что с увеличением твердости возрастает и скорость распространения хрупких трещин. Ско­рость внедрения кумулятивной струи становится меньше скорости распространения трещин, таким образом, струя внедряется в частично разрушен­ный материал. По данным лабораторных исследо­ваний, предпочтительными являются хрупкие ма­териалы с Ημ =20 ГПа. Однако этот вывод яв­ляется предварительным, так как эффективность хрупких материалов значительно снижается с уве­личением масштаба испытаний [3].

Рис. 3. Зависимость коэффициента К от микро­твердости неметаллических хрупких мате­риалов:

1 — ситалл 224-18; 2 — корунд;  3 — ситалл СТЛ-10К;

4  — карбид кремния; 5 — карбид бора и кремния

Измерение прочности исследуемых материалов при сжатии проводилось по ГОСТ 4071—69.

Анализ полученных результатов показывает, что увеличение прочности при сжатии от 500 до 2 000 МПа не приводит к повышению противоку­мулятивной стойкости материалов. По-видимому, значения прочности при сжатии хрупких материа­лов настолько высоки, что становятся соизмеримы с давлением, возникающем при взаимодействии с кумулятивной струей (10³ МПа).

Лабораторные исследования позволяют предвари­тельно сформулировать следующий комплекс ос­новных физико-механических свойств неметалли­ческих хрупких материалов, предназначенных для противокумулятивной защиты танков:   относи­

тельная плотность ≥ 90 %; плотность ≤ 3 500 кг/м³; твердость (микротвердость) 2—30 ГПа.

Этими свойствами обладает ряд кислородных и бескислородных соединений, а также композиции на их основе.

Необходимо отметить, что рассмотренные харак­теристики не являются исчерпывающими, необхо­димо исследовать такие показатели, как ударная сжимаемость хрупких материалов при высоких давлениях и скорость распространения хрупких трещин в них.

Вывод

Полученный в лабораторных условиях комплекс требований к физико-механическим свойствам не­металлических хрупких материалов позволяет ре­комендовать ряд материалов для дальнейших ис­следований в качестве противокумулятивного на­полнителя броневых преград.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лаврентьев М. А. Основы теории кумуляции. — М.: Арт. акад. им. Дзержинского, т. 56, 1948.
2. Новикова С. И. Тепловое расширение твердых тел. — М.: Наука, 1974.