Патент на изобретение №2312915

(54) БРОНЕВОЙ 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, 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, железо 0,05-0,35, кремний 0,05-0,25, 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 сварных швов брони независимо от расположения свариваемых элементов, исключить откол с тыльной стороны брони при непробитии снарядом, обеспечить высокую живучесть брони, включая ее 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 металлическим сплавам, используемым для изготовления брони, помимо общих требований по механической прочности, устойчивости к общей коррозии и коррозии под напряжением, также предъявляются требования по бронестойкости, живучести и т.д. как самого металла, так и его сварных швов.

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 0,0002-0,005; 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 кгм/см². 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 конструкций бронекорпусных и броненесущих 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 кгм/см². 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, что ограничивает его применение в сочетании с динамической защитой при воздействии современных мощных средств поражения брони.

Задачей изобретения является создание броневого деформируемого алюминиевого сплава, обеспечивающего в сочетании с динамической защитой бронекорпусной и броненесущей техники повышение живучести брони при воздействии современных мощных средств поражения, а также повышение устойчивости сварных соединений брони к общей коррозии и коррозии под напряжением.

Техническим результатом изобретения является повышение однородности структуры брони и ее сварных швов, 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 ее использование в условиях сочетания с внешней динамической защитой бронекорпусных и броненесущих механизированных объектов.

Сущностью изобретения является то, что броневой деформируемый алюминиевый сплав включает цинк, магний, марганец, хром, титан, цирконий, бериллий, железо, кремний, натрий, медь и алюминий при следующем соотношении компонентов, 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; железо 0,05-0,35; кремний 0,05-0,25; натрий 0,0001-0,0008; медь не более 0,2; алюминий – остальное.

Содержание натрия в количестве 0,0001-0,0008 мас.% в броневом 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 материала и релаксации напряжений в зоне протяженного сварного шва.

Изготовление брони 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, при необходимости, сварку. Требуемую концентрацию натрия в сплаве по изобретению получают путем выстаивания расплава в миксере под флюсом, например криолитовым. 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. Конструкцию брони, включающую 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 (%), 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 подкалиберными), 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 прессованной брони (основной металл, металл шва и околошовной зоны) после деформации и термообработки является однородной с отсутствием слоистости. Значения K составили 94-98%. Результаты обстрелов показали хорошую живучесть как самих броневых плит из сплава по изобретению, так и сварных соединений, отсутствие тыльных отколов при непробитии, а также в зависимости от угла обстрела 17-40%-ный выигрыш по массе по сравнению со стальной броней. 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 брони для бронекорпусной и броненесущей техники в сочетании с активной динамической защитой.

Формула изобретения

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