Lazer kaplama yöntemiyle zırh çeliklerinde balistik performansın incelenmesi
A research on ballistic performance obtained by laser cladding method on the armor steels
Yazar: BÜŞRA ASLAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYHAN AYTAÇ
Milli Savunma Üniversitesi / Alparslan Savunma Bilimleri Enstitüsü / Silah Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies
Dizin: Balistik performans = Ballistic performance ; Lazer kaplama = Laser coating ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Metal kompozitler = Metal composites ; Performans = Performance ; Zırh = Armour ; Zırh çeliği = Armor steel ; Zırhlı araçlar = Armoured vehicles ; Çelik = Steel

Özet:
Bu çalışma, üç farklı zırh çeliğinin lazer kaplama yöntemi kullanılarak üç farklı toz çeşiti ile birleştirilmesi neticesinde elde edilen kompozit yapılardaki mermi enerjisini sönümleme, penetrasyon miktarını düşürme, düşük terminal balistik hasarı gibi performans iyileşmelerini atış ve ağırlık düşürme testleri, SEM ve sertlik ölçümleri ile tespit edilmesi amacıyla gerçekleştirilmiştir. Bu doğrultuda, 18 mm kalınlığında temin edilen MIL 46100, WELDOX 700 ve HARDOX 500 zırh çelikleri 15x20 cm boyutlarındaki parçalara lazer kesim yöntemiyle ayrılmış olup 10x10 cm'lik orta bölgeleri; Wolfram Karbür ve takım çeliklerinden M2 ve H13 tozlarıyla 3 mm kalınlığında, kaplanmıştır. Kaplama sonrası kompozit yapılara uygulanan atış testleri için her bir plakayı, boş olan orta kısmında sabitleyecek, 500x500 cm boyutlarında levha hazırlanmıştır. Testler; 18 mm taban malzemeler ile 15 mm taban malzeme ve 3 mm kaplama kalınlığına sahip kompozit yapılara, 7,62 mm M80 kurşun ve M61 çelik zırh delici mermi çekirdekleri ile NATO standardında yer alan modüler keskin nişancı tüfeği kullanılarak 50 metreden her fişek türünde 10 atış yapılmak suretiyle gerçekleştirilmiştir. Atış testi paralelinde gerçekleşen mikro yapı ve sertlik değerlerinin belirlenmesi çalışmasında, tel erozyon yöntemi ile numune üzerinden alınan örnekler hassas kesim cihazına tabi tutularak numune hazırlama işlemi gerçekleştirilmiştir. Sertlik değerleri; taban malzeme, kaplamalı yapılar ve geçiş bölgeleri için ayrı ayrı incelenmiştir. Akabinde gerçekleştirilen ağırlık düşürme testinde metal-metal malzemelere yönelik literatürde standart olmaması nedeniyle cihaza numune sabitleyici bağlama adaptörü eklenerek çalışmalar başlatılmıştır. Gerçek ortama yakın sonuçlar elde etmek amacıyla mermi geometrisine sahip uç kullanılarak parametreleri cihaza tanımlanmıştır. 1 mm taban malzeme 2 mm kaplama olmak üzere toplam 3 mm kalınlığındaki tüm kompozit yapılara ve 3 mm kalınlığındaki taban malzemelere 400 J darbe enerjisi uygulanmıştır. Ardından taban malzeme kalınlığının dayanım üzerindeki etkisini incelemek amacıyla iki ayrı senaryo daha çalışılarak numunelerin enerji sönümleme yeteneği incelenmiştir: 2 mm taban malzeme ve 2 mm kaplama olmak üzere toplam 4 mm kalınlığındaki M2 tozu işlenen HARDOX  malzemesine 400 J ve 2 mm HARDOX zırh çeliğine 200 J. Geliştirilen 9 kompozit yapı ve 3 taban malzeme test, deney ve göz muayenesi sonuçları bir arada değerlendirildiğinde M2 tozu işlenen HARDOX malzemesinin kırılma enerjisi, boşluksuz mikro yapı, düşük ve yüksek hızlardaki darbe dayanımı, sertlik değerleri, mermiyi diğer yapılara kıyasla çok küçük penetrasyon derinliğinde durdurma gibi alanlarda en iyi balistik performans artışını sergilediği görülmüştür.

Abstract:
Within the scope of this study, three different powder materials were applied to three different armor steels by laser coating method. Ballistic capability improvements such as absorbing bullet energy, reducing the amount of penetration, low terminal ballistic damage in the composite structures were determined by shooting and weight reduction tests, SEM and hardness measurements. In this direction, MIL 46100, WELDOX 700 and HARDOX 500 armor steels supplied in 18 mm thickness are separated into 15x20 cm pieces by laser cutting method and their 10x10 cm middle areas are coated with Wolfram Carbide and tool steels M2 and H13 powders in 3 mm thickness. Firing tests carried out by 10 shots of each cartridge type from 50 meters, using modular sniper rifles in NATO standard, 7.62 mm M80 bullet and M61 steel armor-piercing bullet on composite structures with 18 mm base materials and 15 mm base material and 3 mm coating thickness. Microstructure and hardness results were determined from samples taken by wire erosion machining. A fixture was added to the weight reduction device and the parameters have been defined on the device. A bullet geometry tip was included in the study in order to obtain results close to the real environment. 400 J impact energy was applied to the structures with a total thickness of 3 mm, 1 mm of the main material and 2 mm of coating. 400 J impact energy was applied to the HARDOX material, which is 2 mm base material and 2 mm coating with M2 powder, 4 mm thick in total. 200 J impact energy was applied to 2 mm HARDOX armor steel. Thus, the energy absorption ability of the samples was examined. As a result, it has been observed that the fracture energy, impact strength and hardness values of the M2 powder treated HARDOX material show the best ballistic performance increase compared to other structures.