СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛОИСТОЙ ПЛИТЫ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ ДЛЯ ПРОТИВОПУЛЬНОЙ СВАРНОЙ БРОНИ
MANUFACTURING METHOD OF SANDWICH PLATE BASED ON ALUMINIUM FOR BULLET-PROOF WELDED ARMOUR

Изобретение относится к области сварных броневых конструкций, в частности, включающих броневые плиты, которые состоят из нескольких слоев металла различного состава, и может быть использовано в машиностроении при создании объектов защиты от стрелкового оружия, осколков гранат и т.п.
Известна слоистая плита на основе алюминия для противопульной сварной брони, включающая лицевой, срединный и тыльный слои из алюминиевых сплавов, тонкие слои толщиной 1-3% толщины плиты, расположенные между указанными слоями и на внешних поверхностях лицевого и тыльного слоев, причем лицевой слой выполнен толщиной 4-13% толщины плиты, тонкие слои выполнены из алюминиевого сплава, содержащего цинк, кремний, марганец, железо, титан и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: цинк 0,80-1,35; кремний 0,08-0,30; марганец 0,015-0,035; железо 0,10-0,40; титан 0,03-0,18; примеси не более 0,1; алюминий - остальное, тыльный слой выполнен толщиной 4-13% толщины плиты, а по меньшей мере, один из лицевого, срединного или тыльного слоев выполнен из алюминиевого сплава, содержащего цинк, магний, марганец, хром, титан, цирконий, медь, железо, кремний и примеси, при следующем соотношении, мас.%: цинк 4,9-5,5; магний 1,5-1,9; марганец 0,2-0,5; хром 0,15-0,25; титан 0,03-0,10; цирконий 0,07-0,12; медь 0,10-0,20; железо ≤0,35; кремний ≤0,25; другие примеси ≤0,1; алюминий - остальное. Способ изготовления указанной плиты включает сборку пакета из листов соответствующих алюминиевых сплавов, нагрев, прокатку в размер, обрезку кромок, закалку, правку, финишную термообработку, однако конкретные режимы осуществления способа, которые определяют служебные характеристики броневой плиты и сварной брони, отсутствуют.
(RU 2371660, F41H 5/04, C22C 21/10, опубл. 27.10.2009).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ изготовления толстостенной плиты из алюминиевых сплавов с высокой прочностью, включающий получение заготовки толщиной более 300 мм, ее нагрев до температуры 470-490°C, гомогенизацию при этой температуре, горячую прокатку плиты, последовательное охлаждение прокатанной плиты сначала до температуры 400-410°C, а затем до комнатной температуры и ее искусственное старение. Алюминиевый сплав плиты имеет следующий состав, мас.%: Zn 4,6-5,2; Mg 2,6-3,0, Cu 0,1-0,2, Zr 0,05-0,2, Mn ≤0,05, Cr до 0,05, Fe≤0,15, Si≤0,15, Ti≤0,10, остальное - алюминий и примеси.
(RU 2351674, C22C 21/10, C22F 1/053, опубл. 10.04.2009).
Однако осуществление известного способа не позволяет достигнуть требуемого уровня бронестойкости и усталостной прочности слоистой плиты из высокопрочных алюминиевых сплавов, а также повышенный уровень коррозионной стойкости ее сварных соединений.
Целью изобретения является разработка способа изготовления слоистой плиты на основе алюминия для противопульной сварной брони с повышенным уровнем бронестойкости и усталостной прочности, а также с повышенным уровнем коррозионной стойкости ее сварных соединений. Техническим результатом является повышение бронестойкости и долговечности слоистой плиты и ее сварных соединений, обеспечение сплошности сцепления слоев плиты между собой.
Технический результат достигается тем, что способ изготовления слоистой плиты на основе алюминия для противопульной сварной брони включает получение заготовки под прокатку, ее нагрев, горячую прокатку плиты в размер, охлаждение до комнатной температуры и искусственное старение, причем получение заготовки под прокатку включает прокатку в размер слитков и/или слябов из алюминиевых сплавов для слоистой плиты и сборку из них пакета, а нагрев пакета ведут при температурах 500-550°C в течение 5-7 часов, прокатку в размер ведут при температурах 410-450°C, дополнительную закалку ведут с температуры 450-480°C, искусственное старение ведут при температурах 110-120°C в течение 24-36 часов.
Кроме того, перед прокаткой в размер слитки/или слябы из алюминиевых сплавов для слоистой плиты фрезеруют до толщины 150-220 мм; для сборки пакета используют плиты толщиной 25-35 мм из алюминиевого сплава, содержащего цинк, магний, марганец, хром, титан, цирконий, медь, железо, кремний и примеси, при следующем соотношении, мас.%: цинк 4,9-5,5; магний 1,5-1,9; марганец 0,2-0,5; хром 0,15-0,25; титан 0,03-0,10; цирконий 0,07-0,12; медь 0,10-0,20; железо ≤0,35; кремний ≤0,25; другие примеси ≤0,1; алюминий - остальное, а также листы толщиной 5-7 мм из алюминиевого сплава, содержащего цинк, кремний, марганец, железо, титан и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: цинк 0,80-1,35; кремний 0,08-0,30; марганец 0,015-0,035; железо 0,10-0,40; титан 0,03-0,18; примеси не более 0,1; алюминий - остальное, при этом при сборке пакета листы алюминиевых сплавов по п.4 размещают на внешних сторонах пакета и между плитами алюминиевых сплавов по п.3.
Для сравнительной оценки броневых и усталостных свойств слоистой плиты, полученной способом по изобретению, были исследованы слоистые плиты номинальной толщиной 30 мм. Слоистая плита состояла из трех слоев (лицевого, срединного и тыльного) толщиной около 9,2 мм каждый, выполненных из алюминиевого сплава 1903А, который содержал, мас.%: цинк - 5,1, магний - 1,7, марганец - 0,35, хром - 0,18, титан - 0,74, цирконий - 0,96, медь - 0,15, железо - менее 0,35, кремний - менее 0,25, другие примеси - менее 0,1, алюминий - остальное. Между указанными слоями, а также на внешних сторонах лицевого и тыльного слоев, располагались тонкие слои толщиной около 0,2 мм каждый, выполненные из алюминиевого сплава АЦпл, который содержал, мас.%: цинк - 0,92, кремний - 0,15, марганец - 0,024, железо - 0,03, титан - 0,12, примеси - не более 0,1, алюминий - остальное.
Указанные слоистые плиты были получены при следующих технологических параметрах способа по изобретению. Слитки слитков сплава АЦпл фрезеровали при съеме стружки по 9 мм на сторону до получения листов с размерами 6,0×1200×1480-1700 мм. Слябы сплава 1903А 1200×1700 мм фрезеровали до толщины 170 мм. После этого слябы из сплава 1903А плакировали листами сплава АЦпл 6,0×1200×1700 мм и подвергали горячей прокатке в размер до толщины 30 мм. Сборку пакета проводили, чередуя листы из сплава АЦпл толщиной 6 мм и плиты из сплава 1903А толщиной 30 мм. Собранный пакет нагревали при температурах 530±15°C в течение 6 часов. Горячую прокатка плиты (пакета) вели при температуре 415-440°C до толщины плиты 30 мм. Дополнительную закалку проводили с температуры 465-475°C после выдержки в течение 2 часов. Через 7 часов после закалки плиты подвергали правке растяжением или изгибом. Искусственное старение по режиму Т1 вели при температуре в металле 110-120°C течение 36 часов.
Кроме того, перед прокаткой в размер слитки/или слябы из алюминиевых сплавов для слоистой плиты фрезеруют до толщины 150-220 мм; для сборки пакета используют плиты толщиной 25-35 мм из алюминиевого сплава, содержащего цинк, магний, марганец, хром, титан, цирконий, медь, железо, кремний и примеси, при следующем соотношении, мас.%: цинк 4,9-5,5; магний 1,5-1,9; марганец 0,2-0,5; хром 0,15-0,25; титан 0,03-0,10; цирконий 0,07-0,12; медь 0,10-0,20; железо ≤0,35; кремний ≤0,25; другие примеси ≤0,1; алюминий - остальное, а также листы толщиной 5-7 мм из алюминиевого сплава, содержащего цинк, кремний, марганец, железо, титан и примеси при следующем соотношении компонентов, мас.%: цинк 0,80-1,35; кремний 0,08-0,30; марганец 0,015-0,035; железо 0,10-0,40; титан 0,03-0,18; примеси не более 0,1; алюминий - остальное, при этом при сборке пакета листы алюминиевых сплавов по п.4 размещают на внешних сторонах пакета и между плитами алюминиевых сплавов по п.3. В полученных слоистых плитах было сплошное сцепление между слоями, что обеспечивало повышение бронестойкости плит и сварных конструкций из них.
ПКП
Испытания проводили по стандартным методикам. Броневые свойства определяли путем обстрела пулей калибром 7,62 мм под углом α=0° (α - угол между траекторией пули и нормалью к плите) с определением предельной скорости кондиционных поражений (V). Усталостные свойства определяли на образцах сечением 30×80 мм, отобранных от существующих и предлагаемых плит в состоянии Т1. Испытания проводили при знакопеременном нагружении на базе 100000 циклов с частотой 10 Гц. Оценку сопротивления коррозионному разрушению проводили по величине уровня безопасных напряжений.
КР
Уровнем безопасных напряжений σ принимали уровень напряжений, при котором в испытуемых образцах (элементах конструкций и т.п.) не появлялись трещины в течение всего времени испытаний. Результаты сравнительных испытаний представлены в таблице.
Таблица
Характеристики
Слоистые плиты
Преимущество плит по изобретению
Известные
По изобретению
Бронестойкость V<sub>ПКП</sub>, м/сек.
730
755
выше на 3,5%
Циклическая долговечность σ<sup>u</sup>, мПа
235
340
больше в 1,45 раза.
Уровень безопасных напряжений сварных соединений σ<sup>КР</sup>, мПа.
100
160
больше в 1,6 раза.
Уровень безопасных напряжений для плиты σ<sup>КР</sup>, мПа
150
230
больше в 1,53 раза.
Представленные результаты показывают, что слоистые плиты для противопульной брони, полученные способом по изобретению, обладают высокой бронестойкостью, а также имеют высокие характеристики по усталостным свойствам и сопротивлению коррозионному растрескиванию под напряжением. Сварные соединения с использованием слоистых плит по изобретению также имеют значительное преимущество по сопротивлению коррозионному разрушению.
Использование слоистых плит по изобретению в сварной противопульной броне существенно повышает ее эксплуатационную надежность и живучесть.