WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 


«УДК 623.445:531.58:621.791.13 Загорянский В.Г., к.т.н., доц. Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского, г. ...»

ISSN 2305-9001. Вісник НТУУ «КПІ». Серiя машинобудування №3 (75). 2015

УДК 623.445:531.58:621.791.13

Загорянский В.Г., к.т.н., доц.

Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского, г. Кременчуг, Украина

ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНИМОСТИ БИМЕТАЛЛА

СТАЛЬ-АЛЮМИНИЙ ПО РАСЧЕТНЫМ КРИТЕРИЯМ

ПРОТИВОПУЛЬНОЙ БРОНЕСТОЙКОСТИ

Zagoryanskiy V.

Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University, Kremenchuk, Ukraine (zagor_vlad@ukr.net)

JUSTIFICATION OF THE SUITABILITY OF THE STEEL-ALUMINUM BIMETAL

BY THE CALCULATING CRITERIA OF THE BULLETPROOF ARMOR PROTECTION

В статье сопоставлены расчетные критерии бронестойкости защитных материалов, предложенные различными авторами. Для двухслойного биметалла, полученного сваркой взрывом, оптимальным признан расчетный критерий Стиглица. Расчетное значение критерия Стиглица для биметалла сталь 65Г+алюминий АД0 с равными толщинами слоев более чем в 2 раза превышает приведенные в литературе значения этого критерия для броневой стали, но, как и для броневой стали, на порядок меньше значения этого критерия для эффективной противопульной керамики (горячепрессованного карбида бора). Данный биметалл вполне приемлем по расчетному критерию противопульной бронестойкости, а по экономическим соображениям может успешно конкурировать как с броневой сталью, так и с ударопрочными броневыми керамическими материалами.

Ключевые слова: противопульная броня, критерий бронестойкости, сварка взрывом, двухслойная композиция, стальная броня с алюминиевой подложкой.

Введение. В работах [1-3] в разделах, посвященных анализу эффективности броневой защиты, на примере противопульных керамических бронезащитных материалов приводятся различные расчетные критерии бронестойкости, показывающие относительную бронестойкость различных материалов. Под бронестойкостью здесь понимается устойчивость броневой защиты к воздействию средств поражения заданного типа.

Для броневой стали простейшим способом увеличения ее пулестойкости было бы повышение ее твердости. Однако известно [1], что при использовании в качестве преграды гомогенной углеродистой броневой стали при ее твердости выше 55 HRC, сталь становится хрупкой и при обстреле даже обычными стальными пулями поражается по типу пролома или раскола. Чтобы этого избежать, пластичность стали (относительно сужение) должна быть в пределах 30 %. Гомогенная броня по толщине листа характеризуется относительной однородностью механических свойств и химического состава [1].

Одним из возможных путей повышения пулестойкости стальной брони, как указывается в той же работе [1], является создание биметаллической брони с внешним слоем высокой твердости (55...60 HRC) и тыльным вязким слоем. Такую композицию можно получить, например, сваркой взрывом, пакетной прокаткой или иными способами. В Российской Федерации серийное производств такой биметаллической брони пока не освоено,хотя на Западе они используются достаточно широко [4].

В ходе работы, направленной на получение эффективных и экономичных пластин для бронежилетов, исследователями Кременчугского национального университета имени Михаила Остроградского была проведена серия экспериментов, в результате которых сваркой взрывом по оригинальной технологии были получены композиции, основу которых составили пластины рессорной стали 65Г толщиной 6 мм (внешний твердый слой) и листового алюминия АД0 толщиной 6 мм (тыльный вязкий слой, подложка).





При простреле данных композиций пулями калибра 5,45 мм с расстояния 60 м и пулями калибра 7,62 мм с расстояние 30 м пули увязали в теле пластины, что говорит о применимости данной композиции в качестве противопульной брони. Относительно низкая стоимость исходных материалов композиции, взрывчатого вещества (аммонит № 6ЖВ в смеси с аммиачной селитрой) и вспомогательных материалов делают получение такой композиции сваркой взрывом (при условии отработки промышленной технологии) более экономически выгодным, чем других броневых материалов.

Безусловно, целесообразно аналитически сравнить данную композицию с броневыми сталями и другими материалами по расчетным критериям противопульной бронестойкости, приняв за основу характеристики механических свойств композиции и соотношение в ней толщин слоев, обосновав, таким образом, применимость данной композиции как альтернативы известным противопульным бронезащитным материалам.

–  –  –

где 1 – плотность материала плакирующего слоя, кг/м3; 2 – плотность материала основного слоя, кг/м3;

, где 1 и 2 – толщина соответственно плакирующего и основного слоя. Очевидно, что величины R и a а – тождественны.

Данная зависимость аналогична приведенной в работе [6], согласно которой свойства биметалла можно прогнозировать на основании правила смесей, предполагающего линейную зависимость y12 y1 y2 1 R, (8) где у12 – прогнозируемое свойство биметалла; у1 и у2 – свойства исходных составляющих биметалла.

Величина предела прочности биметалла может быть определена для по зависимости [6]:

E 1 2 в12 в 2 1 R 1 1, (9) E2 1 1 где в2 – предел прочности (временное сопротивление разрыву) основного слоя биметалла.

Для расчетов характеристик биметаллов приняты следующие величины [7, 8]:

– для стали 65Г: = 7850 кг/м3; Е = 215 ГПа; = 0,28. Значение предела прочности принято среднее по трем образцам (ГОСТ 1497-84 "Металлы. Методы испытаний на растяжение"), равное 795 МПа;

– для алюминия АД0: = 2700 кг/м3; Е = 70,6 ГПа; = 0,345. Значение предела прочности принято среднее по трем образцам (ГОСТ 1497-84 "Металлы. Методы испытаний на растяжение"), равное 70 МПа.

Так как толщины основного и плакирующего слоя в биметалле равны, то значения R и а равны 0,5.

Расчет модуля упругости биметалла по зависимости (5) дает значение 139 МПа.

Расчет плотности биметалла по зависимостям (7) и (8) дает значение 5275 кг/м3.

Расчет предела прочности биметалла по зависимости (9) дает значение 541 МПа.

Для биметалла сложности возникают при определении твердости по Кнупу и температуры плавления.

В формулах (3) и (4) фигурирует параметр НК, называемый в работах [1-3] твердостью по Кнупу.

Метод определения твердости по Кнупу является несколько экзотическим, поэтому вкратце его охарактеризуем [9,10]. Испытания, аналогичные измерению микротвердости по ГОСТ 9450-76 "Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников" при вдавливании четырехгранной пирамиды с ромбическим основанием, в США носят название "метод определения твердости по Кнупу".

Очевидно, что в работах [1-3] речь идет об измерении микротвердости по Кнупу (метод Кнупа – метод измерения микротвердости вдавливанием ромбовидной алмазной пирамиды).

Как известно, измерение микротвердости используется для оценки свойств отдельных структурных составляющих материала, его очень тонких поверхностных слоев, покрытий, мелких деталей, фольги, а также хрупких тел (стекол, эмалей и др.), которые разрушаются при использовании обычных методов оценки твердости.

Имеется стандарт ISO 4545-1-4:2005 "Материалы металлические. Определение твердости по Кнупу".

Часть 1 этого стандарта, к примеру, описывает метод испытания, часть 4 содержит таблицу значений твердости.

Метод определения твердости по Кнупу основан на вдавливании наконечника, имеющего форму четырехгранной алмазной пирамиды с углами между противоположными гранями 130 и 172°. Наконечник оставляет на поверхности материала удлиненный ромбовидный отпечаток с соотношением между длинной и короткой диагональю 7:1. Нагрузка при этом испытании обычно составляет от 10-1000 г (0,1…100 Н), поэтому такие испытания называют испытаниями на микротвердость или микроиндентацию. Такое испытание чаще всего проводят в случае хрупких образцов или их небольшой площади, так как минимальная деформация материала происходит вдоль короткой диагонали.

Полученный отпечаток или невосстановившуюся площадь измеряют в мощный микроскоп в комбинации с нитяными окулярами. В последнее время измерение (а также расчет значения твердости) производится автоматически с помощью программного обеспечения, анализирующего изображение [10].

Важным в данном случае является то, что, как отмечается в работе [9], в интервале нагрузок 1–5 Н значения микротвердости, определяемые по ГОСТ 9450-76 вдавливанием четырехгранной пирамиды с квадратным основанием, и твердости по Кнупу практически совпадают [11].

Таким образом, для подстановки значения твердости по Кнупу в выражения для расчетных критериев для биметалла, полученного сваркой взрывом, выполнялись измерения по методике определения микротвердости ГОСТ 9450-76 (вдавливанием четырехгранной пирамиды с квадратным основанием) при нагрузке 4,905 Н (0,5 кгс).

Расчет величины микротвердости (в МПа) по методу Виккерса выполнялся по формуле [12] 1,854 P HV, (10) d2 где P – нагрузка, Н (4,905 Н). При определении микротвердости по методу Виккерса величина d в формуле (10) представляет собой среднеарифметическую величину длин d1 и d2 диагоналей отпечатка. Эта величина подставлялась в формулу (10) в миллиметрах.

ISSN 2305-9001. Вісник НТУУ «КПІ». Серiя машинобудування №3 (75). 2015 Получены значения микротвердости со стороны стали 65Г (как основного, воспринимающего ударную нагрузку слоя) в пределах 8…9 ГПа.

Таким образом, расчет по зависимости (3) – по критерию Ж.Ж. Стиглица [1] дает следующий результат:

E H 139 8,5 G 12 K 0, 22 (11) Критерий Стиглица для полученного сваркой взрывом биметалла сталь 65Г+алюминий АД0 более чем в 2 раза превышает этот критерий для броневой стали [2,3], но, как и броневая сталь, на порядок меньше значения этого критерия для горячепрессованного карбида бора (табл. 1).

При расчете по зависимости (4) для биметалла возникает необходимость в определении его температуры плавления, что заставляет отказаться от расчета.

Выводы. 1. Для сравнения защитных свойств полученного сваркой взрывом биметалла сталь 65Г+алюминий АД0 с другими броневыми материалами оптимален критерий Стиглица. Также можно рекомендовать его использование при анализе применимости других биметаллов для брони.

2. Расчетное значение критерия Стиглица для биметалла сталь 65Г+алюминий АД0 более чем в 2 раза превышает значения этого критерия (приведенные в литературе) для броневой стали, но, как и для броневой стали, на порядок меньше значения этого критерия для эффективной противопульной керамики (горячепрессованного карбида бора).

3. Таким образом, полученный биметалл сталь 65Г+алюминий АД0 по расчетному критерию пригодности материала для броневой защиты (противопульной бронестойкости) вполне приемлем, а по экономическим соображениям может успешно конкурировать как с броневой сталью, так и с ударопрочными броневыми керамическими материалами.

Анотація. У статті порівнюються розрахункові критерії бронестійкости захисних матеріалів, запропоновані різними авторами. Для двошарового біметалу, отриманого зварюванням вибухом, оптимальним визнаний розрахунковий критерій Стігліца. Розрахункове значення критерію Стігліца для біметалу сталь 65Г+алюміній АД0 з рівними товщинами шарів більш ніж в 2 рази перевищує наведені в літературі значення цього критерію для броньової сталі, але, як і для броньованої сталі, на порядок менше значення цього критерію для ефективної противопульної кераміки (гарячепресованого карбіду бору). Даний біметал цілком прийнятний за розрахунковим критерієм противопульної бронестійкости, а з економічних міркувань може успішно конкурувати як з броньовою сталлю, так і з удароміцними броньовими керамічними матеріалами.

Ключові слова: противопульна броня, критерій бронестійкости, зварювання вибухом, двошарова композиція, сталева броня з алюмінієвою підкладкою.

Abstract. Purpose. On the basis of well-known calculating criteria of armor protection to compare the common armor protection bulletproof materials (steel armor, armor ceramics) with the bimetal made by explosion welding as a material for a two-layer armor.

Design/methodology/approach. Calculating criteria of armor resistance of materials are depending on which includes the density of the material, its micro-hardness and other properties. Density and other properties of the bimetal is determined using well-known formulas. Microhardness of the bimetal's surface is measured. Stiglitz criterion is calculated using these data.

Findings. Calculated value of the Stiglitz criterion for bimetal steel 65Г + aluminum AД0 with equal layer thicknesses is more than twice of the value of this criterion (cited in the literature) for armored steel, but as steel armor, in ten times less than the value of this criterion for effective bulletproof ceramics (hot-pressed boron carbide).

Originality/value. Bimetal steel 65Г + aluminum AД0 made by explosion welding is quite acceptable from the point of view of calculating criteria of bulletproof armor protection, and from economic reasons can successfully compete with both armor steel and impact-resistant armor ceramic materials.

Keywords: bulletproof armor, armor protection criterion, explosion welding, two-layer composition, steel armor with an aluminum substrate.

Библиографический список использованной литературы

1. Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования / В.А. Григорян, И.Ф.

Кобылкин, В.М. Маринин, Е.Н. Чистяков. Под ред. В.А. Григоряна. – М.: Изд. РадиоСофт, 2008. – 406 с.

2. Рогов В.А. Современные машиностроительные материалы и заготовки / В.А. Рогов, Г.Г. Позняк. – М.: Издательский центр "Академия", 2008. – 336 с.

3. Непочатов Ю.К. Разработка составов и технологии получения корундовой бронекерамики с радиопоглощающим феррит-содержащим покрытием: дисс. канд. техн. наук: 05.17.11 / Ю.К. Непочатов. – Томск, 2014. – 171 с.

4. Гладышев С.А. Броневые стали / С.А. Гладышев, В.А. Григорян. – М.: «Интермет Инжиниринг», 2010. – 336 с.

5. Неорганическое материаловедение, в 2-х томах. Энциклопедическое издание. / под ред. Г.Г. Гнесина и В.В.

Скорохода. – К.: Наукова думка, 2010. – Т.2. – Книга 1. – 854 с.

6. Биметаллы / Л.Н. Дмитров, Е.В. Кузнецов, А.Г. Кобелев [и др.]. – Пермское книжное изд., 1991. – 415 с.

7. Лившиц Б.Г. Физические свойства металлов и сплавов / Б.Г. Лившиц, В.С. Крапошин, Я.Л. Липецкий. – М.:

Металургия, 1980. – 320 с.

ISSN 2305-9001. Вісник НТУУ «КПІ». Серiя машинобудування №3 (75). 2015

8. Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин [и др.]; под общ. ред. В.Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989. – 640 с.

9. Тушинский Л.И. Исследование структуры и физико-механических свойств покрытий / Л.И. Тушинский, А.В. Плохов.

– Новосибирск: Наука, 1986. – 216 с.

10. Испытание по Кнупу [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.wilson-hardness.ru/Ресурсы/Методы испытаний/Испытание по Кнупу.aspx.

11. Шведков Е.Л. Словарь-справочник по порошковой металлургии / Е.Л. Шведков, Э.Т. Денисенко, И.И. Ковенский. – К.: Наукова думка, 1982. – 270 с.

12. Харитонов Л.Г. Определение микротвердости / Л.Г. Харитонов. – М.: Металлургия, 1967. – 48 с.

References

1. Materialy i zashchitnye struktury dlya lokal'nogo i indivivdual'nogo bronirovaniya (Materials and protective structure for local and individual armour. V.А. Grigoryan, I.F. Kobylkin, V.М. Маrinin, Е.N. Chistyakov. Pod red. V.А. Grigoryana.

Мoscow: Radiosoft, 2008, 406 p.

2. Rogov V.A, G.G. Poznyak Sovremennye mashinostroitel'nye materialy i zagotovki [Modern machine-building materials and blanks]. Мoskow: Аcademia, 2008, 336 p.

3. Nepochatov Yu.K. Razrabotka sostavov i tehnologii polucheniya corundovoj bronekeramiki s radiopogloshchayushchim ferritsoderzhashchim pokrytiem [Development of compounds and technologies for corundum armour ceramic with radio absorbing ferrite-containing coating]: diss. of cand. of sciences. Тоmsk, 2014, 171 p.

4. Gladyshev S.А. Grigoryan V.А Bronevye stali [The armour steels]. Мoskow: Intermet Ingeneering, 2010, 336 p.

5. Neorganicheskoe materialovedenie [Non-organic science of marerials]. Pod red. G.G Gnesina i V.V. Skorohoda. Кyiv Naukova dumka, 2010, T.2, Kniga 1, 854 p.

6. Bimetally [Bimetals]. L.N. Dmitrov, Е.V. Кuznetsov, А.G. Коbelev [i dr.]. Perm': knizhnoe izd., 1991, 415 p.

7. Livshits B.G., V.S. Kraposhin, Ya.L. Lipetskiy. Fizicheskie svojstva metallov i splavov [Physical properyties of metals and alloys]. Мoskow: Metallurgiya, 1980, 320 p.

8. Мarochnik staley i splavov [Grades of steels and alloys] Pod obsh. red. V.G. Sorokina. Мoskow: Маshinostroenie, 1989, 640 p.

9. Тushinskij L.I., Plohov A.V. Issledovanie structury i fiziko-mehanicheskih svojstv pokrytij [Research of structure inf physicalmmechanical properties of claddings]. Novosibirsk, Nauka, 1986, 216 p.

10. Ispytanie po Knupu [Cnoop's test]. http://www.wilson-hardness.ru/Ресурсы/Методы испытаний/Испытание по Кнупу.aspx.

11. Shvedkov E.L., E.T. Denisenko, I.I. Kovenskij. Slovar'-spravochnik po poroshkovoj metallurgii [Dictionary-handbook of powder metallurgy]. Кiev: Naukova dumka, 1982, 270 p.

12. Kharitonov L.G. Оpredelenie mirotverdosti [Evaluation of microhardness]. Мoskow: Меtallurgiya, 1967, 48 p.




Похожие работы:

«Ростислав АЛЕКСАНДРОВ Саша Черный родился в доме у самого Александровского участка Со стороны Пантелеймоновской улицы Ришельевскую замыкает здание бывшего Александровского полицейского участка, увенч...»

«ПОСТАНОВЛЕНИЕ СОВЕТА МИНИСТРОВ РЕСПУБЛИКИ КРЫМ от 29 июля 2015 года № 437 О внесении изменений в постановление Совета министров Республики Крым от 07 октября 2014 года № 367 В соответствии со статьёй 84 Конституции Республики Крым, статьёй 41 Закона Республики Крым от 29...»

«ПРЕСНЕНСКОЕ стить на официальном сайте www.presnyavmo.ru.5. Настоящее решение вступает в силу со дня его принятия.6. Контроль за выполнением настоящего решения возложить на депутата муниципального Собрания Ткач Е.В. Руководитель внутригородского муниципального образования Пресненск...»

«В ПОИСКАХ ПУТЕЙ НОРМАЛИЗАЦИИ РОССИЙСКО-ГРУЗИНСКИХ ОТНОШЕНИЙ В ПОИСКАХ ПУТЕЙ НОРМАЛИЗАЦИИ РОССИЙСКО-ГРУЗИНСКИХ ОТНОШЕНИЙ Данная публикация стала возможной благодаря поддержке Шведского агентства международного сотрудничества в области развития (SIDA) и Фонда имени Фри...»

«ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ИРБИС-Т" СТЕЛЛАЖ БАТАРЕЙНЫЙ ШТИЛЬ СБК1 Инструкция по монтажу изделия Тула СОДЕРЖАНИЕ 1 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ 2 МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ 3 ПОДГОТОВКА ИЗДЕЛИЯ К МОНТАЖУ И СТЫКОВКЕ 4 МОНТАЖ И ДЕМОНТ...»

«Лекции по курсу "Рынок ценных бумаг" Селищева А.С. www.selishchev.com Последнее обновление –18.08.2016 года =============================================================================================== Приложения "Б" к лекции 15. (ПФИ: опционы и свопы) Samekh Содержание: Б.15.1. Свопы... 1 Б.15.2. Опци...»

«ГОРГИЙ Калликл, Сократ, Херефонт, Горгий, Пол К а л л и к л. На войну и на битву, как уверяют, 447 долгие сборы, Сократ! С о к р а т. А что, разве мы, так сказать, опоздали к празднику? К а л л и к л. Да еще к какому изысканному празд­ нику! Только что Горгий так блеснул перед нами сво­ им иску...»

«Список резидентов АО "ОЭЗ ТВТ "Томск" IT и электроника 1. Компания: ЗАО "Элекард Девайсез" Название проекта: Разработка, производство и реализация программного обеспечения и оборудования для цифрово...»

«Электронный журнал "Труды МАИ". Выпуск № 46 www.mai.ru/science/trudy/ УДК 534.1:539.3:539.4 Динамическое деформирование конструкции авиационного изделия при совместной эксплуатации с носителем А.Н. Лошкарев, А.С. Сидоренко Аннотация Представлены методика...»

«Командный конкурс ГЕККОН_2015 Название команды (населённый пункт) Предмет Тема доклада И Искатели (Уренгой) география Клуб миллионеров. МЕГАПОЛИСЫ – СИЛЬНЕЙШЕЕ И ПОЛНЕЙШЕЕ ВОПЛОЩЕНИЕ НАШЕЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ 2 Эпиграф: "Город – интеграл человеческой деятельности" Для нас жителей маленького...»








 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.