БРОНЯ СТАЛЬНАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ
COMPOSITE STEEL ARMOUR

Изобретение относится к области индивидуальной защиты человека от огнестрельного и холодного оружия, а именно к бронежилетам, щитам и т.п.
Известна текстильная броня для бронежилета по патенту Великобритании №2198628 МКИ F41H 1/02, опубл. 1988 г., состоящая из последовательно расположенных слоев ткани из высокомодульного волокна, пропитанного полимерным связующим, и войлока из натуральных или искусственных волокон.
Недостатком этой брони является ограниченность применения в бронежилетах, обусловленная тем, что текстильная броня не обеспечивает защиты от пуль с термически упрочненными сердечниками при скоростях взаимодействия выше 700 м/сек.
Аналогом заявляемого является бронежилет по патенту №2090826, опубл. 1997 г., содержащий размещенные в чехлах и соединенные крепежно-регулировочными элементами спинную и грудную секции, выполненные в виде набора защитных элементов, каждый из которых состоит из пакета баллистической ткани из высокомодульного волокна, бронепластин, установленных со взаимным перекрытием.
Известен также бронежилет по патенту России №2172920, МКИ F41H 1/02, опубл. 2001 г., содержащий размещенные в чехлах и соединенные крепежно-регулировочными элементами спинную и грудную секции, выполненные в виде набора защитных элементов, каждый из которых состоит из многослойной бронепластины, у которой наружный слой из высокопрочной стали с твердостью 58…64 HRC, а внутренний из высокопрочной стали с твердостью 40…52 HRC, при этом толщина лицевого слоя составляет 0,6-0,8 диаметра сердечника пули, а отношение толщин наружного и внутреннего слоев не менее 0,5 и не более 1,5 пакета баллистической ткани и демпфирующего элемента.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является выбранный в качестве прототипа бронежилет по заявке на изобретение №2003115693/02(016597), от 26.05.2003 г., выполненный в виде набора защитных элементов, каждый из которых включает стальную биметаллическую бронепластину с высокотвердым лицевым слоем, с промежуточным слоем из углеродистой стали с твердостью 20…25 HRC и толщиной 0,05-0,10 от толщины пластины и дополнительных защитных и демпфирующих элементов.
Задачей и техническим результатом изобретения является повышение защитных свойств бронежилета при защите от пуль с термически упрочненными сердечниками при скоростях взаимодействия 700-850 м/сек.
Технический результат достигается тем, что комбинированная пластина имеет промежуточный слой из низкоуглеродистой стали с твердостью не более 20 HRC и толщиной 0,01…0,05 толщины бронепластины, и тыльный слой из стали с твердостью 52-56 HRC.
Броня состоит из комбинированной бронепластины, выполненной в виде моноблока, содержащего высокотвердый лицевой, тыльный и промежуточный слой.
Броня работает следующим образом.
При попадании индентора в броню происходит взаимодействие с комбинированной бронепластиной. Процесс взаимодействия характеризуется следующими этапами:
- головная часть индентора с твердостью 54…5 8 HRC из-за невозможности внедрения в высокопрочную сталь большей твердости (твердость наружного слоя комбинированной бронепластины 58…64 HRC) начинает разрушаться, а в лицевом слое образуется упругая волна напряжений;
- упругая волна напряжений, дойдя до низкоуглеродистого промежуточного слоя с низкой прочностью и низким пределом текучести, вызывает его интенсивную пластическую деформацию;
- пластическая деформация промежуточного слоя вызывает течение металла в периферийную часть зоны взаимодействия между лицевым и тыльным слоями;
- в связи с достаточно высокой прочностью тыльного слоя, имеющего прочность 52…56 HRC, его разрушение не происходит, а низкоуглеродистый металл промежуточного слоя препятствует установлению акустического контакта между лицевым и тыльным слоями до полного распределения металла промежуточного слоя в периферийной зоне процесса взаимодействия;
- после установления акустического контакта между лицевым и тыльным слоями волна напряжений проникает в тыльный слой, отражается от свободной поверхности тыльного слоя волной растяжения, которая вызывает начало фрагментации лицевого слоя в виде сети лицевых трещин;
- идет дальнейшее срабатывание индентора. Напряжение в зоне сжатия высокотвердого наружного слоя достигает критических значений (динамической прочности материала при сжатии). В результате образуются радиальные трещины, начинается фрагментация материала под индентором;
- оставшаяся часть индентора продвигается вглубь материала за счет выброса фрагментов наружного слоя комбинированной бронепластины;
- остатки индентора удерживаются тыльным слоем, выполненным из броневой стали, имеющей твердость 52…56 HRC, что характерно для специализированных броневых сталей.
Наличие пластичного промежуточного слоя, выполненного из низкоуглеродистой стали с твердостью не более 20 HRC и с низким динамическим пределом текучести, обеспечивает эффективное демпфирование волны напряжений. При этом происходит поглощение значительной части энергии индентора и увеличивается время сопротивления брони до разрушения лицевого слоя.
Если в качестве промежуточного слоя использовать углеродистую сталь с твердостью более 20 HRC, упругая волна напряжений, пройдя промежуточный слой (из-за его высокого динамического предела текучести) и дойдя до тыльного слоя, вызовет в нем тыльный откол, что приводит к ускоренному пробитию всего броневого пакета или требует значительного увеличения толщины бронепакета в целом.
При толщине промежуточного слоя больше 0,05 толщины бронепластины снижается эффективность бронезащиты из-за повышения массы пластичной прослойки, не вносящей прямого вклада в остаточную бронезащиту после пробития лицевого слоя.
При толщине промежуточного слоя менее 0,01 толщины бронепластины толщина промежуточного слоя становится меньше длины падающей волны напряжений, поэтому вклад промежуточного слоя в энергопоглощение практически не вносится из-за незначительности времени, необходимого на продавливание промежуточного сдоя и установления акустического контакта между тыльным и лицевым слоями.
Комбинированные бронепластины по изобретению были изготовлены в виде моноблока размером 300×300 мм и толщиной 6,5 мм.
Лицевой слой моноблока изготовлен из полосы толщиной 2,5 мм стали марки 9ХС по ГОСТ 5950-73. Элемент термообработан по режиму: закалка с температуры 850°С-860°С в масло, отпуск при температуре 160°С-170С с выдержкой 2 часа. Твердость после термообработки 61-63 HRC.
Поверхности элемента зачищены и прошлифованы до достижения плоскосности. Конечная толщина лицевого слоя 2,2 мм.
Промежуточный слой моноблока изготавливали из ленты толщиной 0,2 мм ГОСТ 2284-79 низкоуглеродистой стали 20 по ГОСТ 1050-88. Твердость элемента 160-176 HV (<17,9 HRC).
Тыльный слой моноблока изготовлен из листа толщиной 4,5 мм броневой стали 45ХСНМА (СПС43) ТУ 14-105-781-2006. Элемент термообработан по режиму: закалка с температуры 880°С-900°С на воздухе (с обдувом вентилятором), отпуск при температуре 240°С-250°С с выдержкой 4 часа. Твердость после термообработки 55 HRC. Поверхности элемента прошлифованы до толщины 4,1 мм.
Изготовленные элементы связывались в моноблок механическим креплением по периметру в восьми точках.
Толщина 6,5 мм моноблока складывается из: наружный слой 2,2 мм (0,34 толщины) + промежуточный слой 0,2 мм (0,03 толщины) + тыльный слой 4,1 мм (0,63 толщины).
50
Комбинированную бронепластину подвергали обстрелу пулей калибра 7,62 мм со стальным термоупрочненным сердечником патрона инд. 57-Н-231 автомата АКМ с определением скорости V непробития.
50
Результаты пулевых испытаний: V=792 м/сек, отколы, хрупкие разрушения и вторичные осколки отсутствуют.
Результаты испытаний показали, что испытуемые комбинированные пластины в виде моноблока по изобретению обладают высокой противопульной и противоосколочной стойкостью и обеспечивают повышенную защиту от пуль с термически упрочненным сердечником.