|
|||||||||
|
О ПУТЯХ ПОВЫШЕНИЯ
ПРОТИВОСНАРЯДНОЙ СТОЙКОСТИ
КАТАНОЙ СТАЛЬНОЙ
БРОНИ ДЛЯ ТАНКОВ
Канд. техн. наук С. И. ВЫСОКОВСКИЙ, канд. техн. наук Η. Н. ГУГЛИН, канд. техн. наук Л. С. ЛЕВИН, М. И. МАРЕСЕВ, канд. техн. наук Б. К. ФИЛОРИКЬЯН Вопросы оборонной
техники. Серия ХХ. Выпуск 63.
На протяжении всей истории развития производства брони увеличение твердости рассматривалось как один из наиболее очевидных путей повышения ее противоснарядной стойкости. Многолетний опыт производства и испытания брони показал, что эффективность этого способа зависит от структуры стали, ее химического состава, вязкости, пластичности и других факторов. Наиболее распространенный способ получения высокой твердости - это закалка стали и низкий отпуск: при этом, чем выше содержание углерода в стали, тем выше твердость. В период Великой Отечественной войны низкоотпущенная сталь высокой твердости марки 8С с мартенситной структурой широко использовалась для танков Т-34. Наряду с достоинствами эта сталь имела и существенные недостатки, важнейшим из которых была повышенная склонность к хрупким разрушениям при снарядном обстреле после сварки вследствие сварочных напряжений. Попытка усложнения состава низкоотпущенной брони не привела к существенному улучшению качества: отколы при испытании подкалиберными снарядами под большими углами превышали допустимые пределы. Образование трещин и отколов в низкоотпущенной стали объясняется высоким уровнем остаточных закалочных напряжений,
возрастающих с увеличением толщины брони (при толщине
Более перспективен другой путь повышения твердости, основанный на дисперсионном твердении стали при высоком отпуске. Сталь легируется никелем, медью и карбидообразующими элементами. При этом могут быть получены механические свойства, аналогичные свойствам низкоотпущенных сталей, но значительно более высокое сопротивление хрупкому разрушению в связи с полным устранением закалочных напряжений. В настоящее время в отечественном танкостроении применяют высокоотпущенную броню средней твердости марок 42СМ (для броневых
деталей толщиной до
Фактические результаты испытаний обстрелом показывают, что противоснаряд- ная стойкость серийной брони колеблется б широких пределах. Причиной являются колебания твердости, химического состава, плавочных характеристик, а также качества снарядов. Максимум стойкости серийной брони средней твердости ( dотп = 3,3-
На основе проведенных работ по влиянию химического состава
стали на склонность ее к хрупкому разрушению при обстреле выявлена важная
закономерность, связывающая живучесть брони при температуре -40°С с содержанием никеля. Для обеспечения удовлетворительной живучести
при твердости dотп =
Таким образом, чтобы обеспечить высокую прочность (твердость) и удовлетворительную живучесть, необходимо создать новую броневую сталь повышенной легированности. В
После
закалки и отпуска при 600°С сталь имеет прочность σb = 120-140 кгс/мм и ударную вязкость αн = 6 кгс · м/см2 и выше. Живучесть брони при снарядном обстреле
обеспечивается до -40°С. Твердость стали после длительных отпусков (до 40 ч)
ниже dотп =
Броня БТК-1. толщиной 70-
За прошедшие 6 лет по стали БТК-1 был
проведен комплекс научно-исследовательских и производственных работ, который
дал возможность широко проверить эту сталь и приступить к внедрению ее в
производство танков. Было изготовлено свыше 1000 т листа, испытано
большое количество плит толщиной от 20 до
Результаты испытании штампованых бортов толщиной
Благодаря более высокой твердости изменяется характер поражения стали БТК-1: уменьшается глубина вмятины и высота выпучины, а высота пробки остается такой же, как у серийной брони; это косвенно свидетельствует о том, что, несмотря на повышение прочности стали БТК-1, ее динамическая пластичность не снижается [4]. Прогиб борта при. испытаниях уменьшается, что весьма важно для предупреждения заклинивания тяг управления танком. Ведутся работы по созданию более дешевой брони, не
содержащей меди. Коллективом авторов разработана новая марка стали БТК-2 для
изготовления катаной брони толщиной до
Испытания обстрелом небольшого количества плит, изготовленных из стали БТК-2, выплавленной в электродуговой 15-тонной печи, показали, что уровень стойкости этой стали не ниже, чем у БТК-1. По стали БТК-2 предстоит провести еще большой объем работ на металле промышленных плавок прежде, чем она будет использована при изготовлении корпусов танков. Начаты работы по стали БТК-3 с содержанием углерода 0,32-0,38%, но эти опыты еще далеки от завершения. Работы по созданию новых марок брони высокой твердости показывают, что это направление достаточно плодотворно. Дальнейшее повышение противоснарядной стойкости высокопрочных сталей должно осуществляться за счет увеличения вязкости и пластичности, которые наряду с Прочностью определяют деформацию брони при снарядном обстреле и уровень ее противоснарядной стойкости. Одним из путей повышения вязкости и пластичности стали является применение новых металлургических процессов (таких как злектрошлаковый, вакуумнодуговой, электроннолучевой переплавы), методов внепечной обработки металла синтетическим шлаком, вакуумированием, а также использование в качестве шихты первородного железа. Работами предприятия п/я В-2652, проведенными на ряде марок стали в 1964- 1969 гг. совместно с заводом "Красный Октябрь", было установлено, что электршлаковый переплав (ЭШП) является одним из наиболее эффективных промышленных методов улучшения металлургического качества, повышения вязкости и живучести катаной брони. Стали, выплавленные методом ЭШП, отличаются высокой чистотой по неметаллическим включениям. Затвердевание металла в кристаллизаторе значительно улучшает качество металла по сравнению с охлаждением в изложницах. Поэтому лист, изготовленный методом ЭШП, отличается высокой изотропностью механических свойств и уровнем ударной вязкости в 1,5-2 раза более высоким, чем у мартеновской стали. По инициативе ИЭС им. Б. Е. Патона была проведена работа по
изготовлению серийной брони марки 42СМ методом ЭШП. Листы из такого металла
отличались высоким уровнем механических свойств и повышенной противоснарядной
стойкостью. Борта из стали 42СМ ЭШП твердостью dотп = 3,35-
Попытки повысить твердость стали 42СМ ЭШП до dотп <
Практика исследований, а также опыт изготовления
противопульной брони 2ПСПНР* подтверждают эффективное влияние на качество стали обработки ее синтетическими
шлаками.
* Броня, изготовленная по совмещенному процессу
выплавки, внепечного раскисления и непрерывной разливки.
Положительно сказывается и изготовление стали из первородной шихты. По первому методу на Челябинском металлургическом заводе проведены две 100-тонные плавки стали 42СМ в кислородном конверторе с обработкой жидкого металла синтетическим шлаком и продувкой аргоном. Ограниченный объем испытаний обстрелом показал, что по ряду позиций противоснарядная стойкость такой брони существенно превышает фактический уровень стойкости серийной броневой стали при удовлетворительной живучести. Повышение стойкости имело место несмотря на то, что вязкость конверторной стали, изготовленной указанным методом, незначительно превышает вязкость серийной мартеновской стали и уступает вязкости стали ЭШП. С целью проверки качества броневой стали, изготовленной из первородной шихты, на Ново-Тульском металлургическом заводе проведено десять трехтонных плавок разных марок стали. Было установлено, что применение первородной шихты несколько снижает количество серы и фосфора; концентрация некоторых примесей цветных металлов уменьшается в 1,5-3 раза, а количество неметаллических включений в 2,5-3 раза. Порог хладноломкости стали 42СМ снизился на ~ 20°С. Таким образом, и этот метод выплавки может быть использован как средство улучшения броневой стали. Однако эффективность его уступает ЭШП. Вопрос об использовании этого метода для изготовления брони может быть поставлен после ввода намеченных мощностей по изготовлению первородной шихты. Дальнейшие работы по повышению снарядной стойкости броневой стали были направлены на проведение комплексных работ по изготовлению новых высокопрочных сталей с использованием ЭШП. В настоящее время изготовлены листы из двух 60-тонных плавок стали ВТК-2 с последующим ЭШП на заводе "Днепроспецсталь". Из этих листов изготовлены плиты и будут отштампованы борта для последующего испытания обстрелом. Намечена также комплексная работа по сравнительной оценке противоснарядной стойкости и технико-экономической эффективности применения новых марок стали БТК-1 и БТК-2, изготовленных в кислородно-конверторных печах с обработкой синтетическим шлаком и ЭШП. Повышение физико-механических и броневых свойств возможно
также за счет изменения структуры стали. Большие резервы имеет сталь,
обработанная на сверх мелкое зерно. Известно, что
закалка тонких образцов из углеродистой стали с ускоренным нагревом и
охлаждением давала возможность увеличить прочность в 1,5-2 раза и существенно
понизить порог хладноломкости [6], Естественно, что на броневых листах
такого эффекта достигнуть нельзя. Однако получить зерно с баллами 11-12 на
броневой стали с добавками ванадия, применяя высокие скорости нагрева (30-40°С/мин) и охлаждения (~10°С/с) - задача вполне реальная. В
этом направлении работы начаты. Для успешного их развития потребуется провести
большой комплекс работ, в том числе, создать специальное оборудование для
ускоренного нагрева.
Близкими к этому направлению являются работы по применению термомехани —
ческой обработки (TMO) при изготовлении броневого листа. Перспективность
применения ТMO высокоотпускаемых сталей основывается не только на создании фрагментированной структуры, но и на
подавлении одного из видов хрупкости стали, так называемой "бейнитной хрупкости", поскольку деформация стали при TMO
перед закалкой тормозит образование бейнита. В целях
реализации этого направления изготовлены листы толщиной от 20 до
Известно, что различные слои брони при взаимодействии со снарядом испытывают различные напряжения как по знаку, так и по величине. Это обстоятельство и является основанием для создания гетерогенной брони. Попытки применить гетерогенную броню различной конструкции для корпусов танков предпринимались неоднократно [7]. До освоения ЭШП и электрошлакового обогрева (ЭШО), позволяющих получить горизонтальный слиток разного химического состава по толщине, нельзя было широко варьировать схемы гетерогенной брони. Большие трудности возникали при сварке отдельных слоев в одно целое, не расслаивающееся при снарядном обстреле. Эта задача теперь успешно решается. Первые испытания брони с так называемой "слабой гетерогенностью", т. е. с не очень резкой разницей в
твердости отдельных слоев, показали обнадеживающие результаты. При этом "слабая гетерогенность"
осуществлялась за счет применения двух марок стали: серийной стали 42CM с твердостью dотп = 3,4-
Металлурги и металловеды располагают в настоящее время средствами, при комплексном использовании которых можно существенно повысить качество стали. Это позволяет с большим оптимизмом рассматривать дальнейшие пути развития стальной брони, чем это имело место двадцать пять или десять лет тому назад. Большой интерес представляют зарубежные исследования по повышению свойств листовой стали [8]. Уровень прочности стали повышают за счет усложненного легирования, применения TMO скоростного нагрева и охлаждения. Таким образом, и за рубежом ведутся работы в аналогичных направлениях по улучшению качества толстолистовой броневой стали. Разработка указанных направлений связана с удорожанием стали и с необходимостью совершенствования технологии закалки за счет применения новых средств ускоренного нагрева, специальных штампов для закалки, новых режимов резания и инструмента для обработки высокопрочных сталей, что необходимо для совершенствования броневого производства. Основными путями развития работ по созданию брони с высокой противоснарядной стойкостью являются:
ЛИТЕРАТУРА
Материалы по теме брони:Бронирование современных отечественных танков Защищенность танков второго послевоенного поколения Т-64 (Т-64А), «Чифтейн Мк5Р» и М60 Динамическая защита (CCCР, РФ) Универсальная динамическая защита "Нож" (ХСЧКВ)
|
|
|||||||
|
|