Патент на изобретение №2312914

(54) БРОНЕКОРПУСНОЙ ДЕФОРМИРУЕМЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении брони броненесущей техники для защиты от воздействия средств поражения. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: цинк 4,7-5,3, магний 2,1-2,6, хром 0,12-0,25, титан 0,03-0,10, цирконий 0,07-0,12, бериллий 0,0002-0,005, железо 0,05-0,35, кремний 0,05-0,25, бор 0,0003-0,003, натрий 0,0001-0,0008, медь не более 0,2, алюминий – остальное. Данный сплав позволяет повысить однородность структуры брони и ее сварных швов, обеспечить стабильную бронестойкость протяженных сварных швов брони независимо от расположения свариваемых элементов, исключить откол с тыльной стороны брони при непробитии снарядом, исключить возможность снижения живучести брони в процессе эксплуатации, включая использование в условиях сочетания с внешней динамической защитой бронекорпусных и броненесущих механизированных объектов.

Изобретение относится к металлургии и может найти применение при изготовлении брони броненесущей техники (корпуса и элементы автомобилей, боевых машин и кораблей и т.д.) для защиты от воздействия средств поражения.

Специфическими свойствами брони, определяемыми условиями эксплуатации объекта защиты, является устойчивость самого материала брони и его сварных соединений к воздействию пуль, снарядов различного калибра, мин, их осколков и т.п., а также сочетаемость с другими видами защиты.

Поэтому к свариваемым материалам, используемым для изготовления цельнометаллического корпуса из брони, помимо общих требований к материалу по механической прочности, устойчивости к общей коррозии и коррозии под напряжением, также предъявляются требования по бронестойкости, живучести, баллистической свариваемости и т.д.

Известен деформируемый алюминиевый сплав, содержащий следующие компоненты в мас.%: цинк 5,4-6,2; магний 2,51-3,0; марганец 0,1-0,3; хром 0,12-0,25; титан 0,03-0,10; цирконий 0,07-0,12; бериллий 0,000 2-0,005; медь 0,2; железо 0,3; кремний 0,2; алюминий – остальное (RU 2094517 C1, C23C 21/10, 1997).

Известный сплав, упрочняемый закалкой и старением, обладает следующими механическими характеристиками: _в=510-560 МПа, _0,2=450-490 МПа, =7-10%, А_к=0,7-1. Известный сплав используется в производстве крупногабаритных большетолщинных цельноалюминиевых объектов машиностроения. Однако сварные швы конструкций из данного сплава (угловые и особенно прямоугольные) имеют некоторую склонность к коррозии под напряжением, что в сочетании с температурно-линейными деформациями конструкций может привести к трещинообразованию на открытых торцах угловых сварных соединений. Поэтому при длительной эксплуатации, особенно в условиях воздействия знакопеременных нагрузок, живучесть сварных бронекорпусов механизированных объектов, изготовленных из данного сплава, может снизиться. Кроме того, броня, изготовленная из данного сплава, не обеспечивает достаточного уровня стойкости при воздействии снарядов и не может быть использована одновременно с активной динамической защитой механизированных объектов в виде подрываемых блоков взрывчатого вещества.

Известен деформируемый алюминиевый сплав, содержащий следующие компоненты в мас.%: цинк 4,7-5,3; магний 2,1-2,6; марганец 0,05-0,15; хром 0,12-0,25; титан 0,03-0,10; цирконий 0,07-0,12; бериллий 0,0002-0,005; медь 0,2; железо 0,35; кремний 0,25; алюминий – остальное (RU 2094516 C1, C23C 21/10, 1997).

Известный сплав, упрочняемый закалкой и старением, обладает следующими механическими характеристиками: _в=460-500 МПа, _0,2=370-440 МПа, =8-14%, А_к=1,1-1,8. Известный сплав является ударостойким и используется в производстве крупногабаритных цельносварных ударопрочных объектов машиностроения. Броня, изготовленная из данного сплава, способна обеспечить достаточный уровень стойкости при воздействии снарядов. Однако для данного сплава после деформации характерна определенная анизотропия свойств, в большей степени для катаной брони, что ограничивает его применение в сочетании с активной динамической защитой при воздействии современных, более мощных средств поражения брони.

Задачей изобретения является создание бронекорпусного деформируемого алюминиевого сплава, обеспечивающего в сочетании с активной динамической защитой повышение живучести цельносварных бронекорпусов при воздействии современных мощных средств поражения, а также повышение устойчивости сварных соединений брони к общей коррозии и коррозии под напряжением, обеспечение стабильности характеристик брони независимо от способа ее получения.

Техническим результатом изобретения является повышение однородности структуры брони и ее сварных швов, обеспечение изотропности катаной брони на уровне прессованной брони, обеспечение стабильной бронестойкости сварных швов брони из сплава по изобретению, независимо от расположения свариваемых элементов, исключение откола с тыльной стороны брони при непробитии снарядом, обеспечение высокой живучести брони, включая в условиях сочетания с внешней динамической защитой бронекорпусных механизированных объектов.

Сущностью изобретения является то, что бронекорпусной деформируемый алюминиевый сплав включает цинк, магний, хром, титан, цирконий, бериллий, железо, кремний, бор, натрий, медь и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%: цинк 4,7-5,3; магний 2,1-2,6; хром 0,12-0,25; титан 0,03-0,10; цирконий 0,07-0,12; бериллий 0,0002-0,005; железо 0,05-0,35; кремний 0,05-0,25; бор 0,0003-0,003; натрий 0,0001-0,0008; медь не более 0,2; алюминий – остальное.

Одновременное присутствие бора в количестве 0,0003-0,003 мас.% и натрия в количестве 0,0001-0,0008 мас.% и при отсутствии марганца в сплаве по изобретению при сохранении высоких механических характеристик способствует уменьшению неоднородности структуры сплава после деформирования и термообработки в виде слоистости (шиферности), а также способствует повышению изотропности катаного материала бронекорпуса до уровня прессованного и релаксации напряжений в зоне протяженного сварного шва.

Изготовление бронекорпуса из сплава по изобретению включает получение расплава, его литье полунепрерывным способом в кристаллизатор скольжения или в электромагнитный кристаллизатор, порезку слитков на слябы, их гомогенизацию, фрезеровку, стандартное деформирование ковкой, прокаткой или прессованием, термообработку заготовок и сварку. Требуемую концентрацию натрия в сплаве по изобретению получают путем выстаивания расплава в миксере под флюсом, например криолитовым. Бор вводится в сплав стандартными способами легирования. При изготовлении поковок применяются III и IV схемы ковки. Термообработка заготовок включает закалку и искусственное старение при температуре 100°С в течение 24 часов, причем старение включает дополнительную выдержку при температуре 165-175°С в течение 3-4 часов. Сварку заготовок ведут по стандартной технологии. Бронекорпус, включающий протяженные сварные соединения, дополнительно выдерживают при температуре 165-175°С в течение 3-4 часов.

Служебные характеристики брони из сплава по изобретению оценивали по отсутствию слоистости (шиферности) основного металла, металла околошовной зоны и шва сварного соединения после дополнительной выдержки при температуре 165-175°С в течение 3-4 часов; по коэффициенту изотропности К (%) катаной и прессованной брони, характеризующего стабильность _в по высоте прессованных плит по отношению к _в по длине; по характеристике живучести; по выигрышу по массе броневых плит из сплава по изобретению по сравнению с броневой сталью при одинаковых условиях обстрела снарядами (как цельнокорпусными, так и подкалиберними), по стойкости к общей коррозии и коррозии под напряжением.

Механические характеристики сплава по изобретению после закалки и старения практически не отличаются от механических характеристик сплава прототипа: _в=460-510 МПа, _0,2=370-430 МПа, =8-13%, А_к=1,3-2,0 кгм/см². Структура как катаной, так и прессованной брони (основной металл, металл шва и околошовной зоны) после деформации и термообработки является однородной с отсутствием слоистости. Значения К катаной брони 90-96% сопоставимо со значением К прессованной брони 94-98%. Результаты обстрелов показали хорошую живучесть как плит бронекорпуса из сплава по изобретению, так и сварных соединений, отсутствие тыльных отколов при непробитии, а также 17-40%-ный выигрыш по массе по сравнению со стальной броней при различных углах обстрела. Стандартные коррозионные испытания (в том числе в морской воде) на стойкость к общей коррозии и коррозии под напряжением при нагрузке 0,9 _0,2 показали отсутствие межкристаллитной коррозии и трещин в зоне шва и околосварной зоне.

Представленные результаты показывают достижение поставленного технического результата и возможность использования сплава по изобретению при изготовлении цельносварных бронекорпусов объектов техники, включая в сочетании с активной динамической защитой.

Формула изобретения

Броневой деформируемый алюминиевый сплав, включающий цинк, магний, хром, титан, цирконий, бериллий, железо, кремний, медь и алюминий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бор и натрий при следующем соотношении компонентов, мас.%: