Bruņas ir miljoniem gadu vecākas par cilvēci, un tās galvenokārt tika izstrādātas, lai aizsargātu pret žokļiem un nagiem. Iespējams, ka krokodili un bruņurupuči daļēji varētu iedvesmot cilvēkus radīt aizsargājošus elementus. Visi kinētiskās enerģijas ieroči, vai tas būtu aizvēsturisks nūja vai bruņas caururbjošs šāviņš, ir paredzēti, lai koncentrētu lielu spēku nelielā teritorijā, tā uzdevums ir iekļūt mērķī un nodarīt tam maksimālu kaitējumu. Līdz ar to bruņu uzdevums ir to novērst, novirzot vai iznīcinot uzbrūkošos līdzekļus un / vai izkliedējot trieciena enerģiju pēc iespējas plašākā teritorijā, lai pēc iespējas samazinātu kaitējumu darbaspēkam, transporta sistēmām un konstrukcijām, ko tas aizsargā.
Mūsdienu bruņas parasti sastāv no cieta ārējā slāņa, lai apturētu, novirzītu vai iznīcinātu šāviņu, starpslāni ar ļoti augstu “salaušanas darbu” un viskozu iekšējo slāni, lai novērstu plaisas un gružus.
Tērauds
Tērauds, kas kļuva par pirmo materiālu, ko plaši izmanto bruņumašīnu radīšanā, joprojām ir pieprasīts, neskatoties uz bruņu parādīšanos, kuru pamatā ir vieglie alumīnija un titāna sakausējumi, keramika, kompozīti ar polimēru matricu, pastiprināti ar stikla šķiedrām, aramīdu un īpaši augstas molekulmasas polietilēns, kā arī kompozītmateriāli ar metāla matricu.
Daudzas tērauda rūpnīcas, tostarp SSAB, turpina attīstīt augstas stiprības tēraudus dažādiem svarīgiem lietojumiem, piemēram, papildu apšuvumam. Bruņu tērauda marka ARM OX 600T, kas pieejama 4-20 mm biezumā, ir pieejama ar garantēto cietību no 570 līdz 640 HBW vienībām (saīsinājums no cietības, Brinell, Wolfram; tests, kurā tiek nospiesta standarta diametra volframa lodīte materiāla paraugā ar zināmu spēku, tad mēra izveidotās padziļinājuma diametru; tad šie parametri tiek aizstāti formulā, kas ļauj iegūt cietības vienību skaitu).
SSAB arī uzsver, cik svarīgi ir panākt pareizu cietības un izturības līdzsvaru iekļūšanai un aizsardzībai pret plīsumiem. Tāpat kā visi tēraudi, ARMOX 600T sastāv no dzelzs, oglekļa un vairākiem citiem leģējošiem komponentiem, tostarp silīcija, mangāna, fosfora, sēra, hroma, niķeļa, molibdēna un bora.
Izmantotajām ražošanas metodēm ir ierobežojumi, jo īpaši attiecībā uz temperatūru. Šis tērauds nav paredzēts papildu termiskai apstrādei; ja pēc piegādes tas tiek uzkarsēts virs 170 ° C, SSAB nevar garantēt tā īpašības. Uzņēmumi, kas var apiet šāda veida ierobežojumus, visticamāk piesaistīs bruņumašīnu ražotāju rūpīgu pārbaudi.
Cits Zviedrijas uzņēmums Deform bruņu transportlīdzekļu ražotājiem, īpaši tiem, kas vēlas uzlabot komerciālo / civilo transportlīdzekļu aizsardzību, piedāvā lodes izturīgas bruņu tērauda karstās formas detaļas.
Viengabala Deform ugunsmūri ir uzstādīti Nissan PATROL 4x4, mikroautobusā Volkswagen T6 TRANSPORTER un pikapā Isuzu D-MAX kopā ar tā paša materiāla cietu grīdas segumu. Deform izstrādātais un lokšņu ražošanā izmantotais karstās formēšanas process saglabā 600HB cietību [HBW].
Uzņēmums apgalvo, ka tas var atjaunot visu tirgū esošo bruņu tēraudu īpašības, vienlaikus saglabājot strukturāli noteiktu formu, savukārt iegūtās detaļas ir daudz pārākas par tradicionālajām metinātām un daļēji pārklājošām konstrukcijām. Deform izstrādātajā metodē loksnes tiek rūdītas un rūdītas pēc karstās kalšanas. Pateicoties šim procesam, ir iespējams iegūt trīsdimensiju formas, kuras nevar iegūt, auksti formējot, bez obligāta šādos gadījumos "metinājumi, kas pārkāpj kritisko punktu integritāti".
Deformētas karstās formas tērauda loksnes ir izmantotas BAE Systems BVS-10 un CV90, un kopš deviņdesmito gadu sākuma daudzās Kraus-Maffei Wegmann (KMW) mašīnās. Tiek saņemti pasūtījumi trīsdimensiju bruņu plākšņu ražošanai tvertnei LEOPARD 2 un vairāku formu plāksnēm automašīnām BOXER un PUMA, kā arī vairākiem Rheinmetall transportlīdzekļiem, tostarp atkal BOXER, kā arī lūkai WIESEL transportlīdzeklim. Deform darbojas arī ar citiem aizsargmateriāliem, ieskaitot alumīniju, kevlar / aramīdu un titānu.
Alumīnija progress
Runājot par bruņumašīnām, pirmo reizi alumīnija bruņas tika plaši izmantotas bruņutransportiera M113 ražošanā, kas tiek ražots kopš 1960. gada. Tas bija sakausējums ar nosaukumu 5083, kas satur 4,5% magnija un daudz mazākā daudzumā mangāna, dzelzs, vara, oglekļa, cinka, hroma, titāna un citus. Lai gan 5083 pēc metināšanas labi saglabā savu izturību, tas nav termiski apstrādājams sakausējums. Tam nav tik laba izturība pret 7,62 mm bruņu caurduršanas lodēm, taču, kā apstiprināja oficiālie testi, tā labāk nekā tērauds aptur 14,5 mm padomju stila bruņu caurduršanas lodes, vienlaikus ietaupot svaru un pievienojot vēlamo spēku. Šim aizsardzības līmenim alumīnija loksne ir biezāka un 9 reizes izturīgāka nekā tērauds ar zemāku blīvumu 265 r / cm3, kā rezultātā samazinās konstrukcijas svars.
Bruņumašīnu ražotāji drīz sāka pieprasīt vieglākas, ballistiski spēcīgākas, metināmas un termiski apstrādājamas alumīnija bruņas, kā rezultātā tika izstrādāts 7039. un vēlāk 7017. gadā iegūtais Alcan, abos ar lielāku cinka saturu.
Tāpat kā tērauda gadījumā, štancēšana un turpmākā montāža var negatīvi ietekmēt alumīnija aizsargājošās īpašības. Metinot, karstuma skartās zonas mīkstina, bet to izturība daļēji tiek atjaunota cietēšanas dēļ dabiskās novecošanās laikā. Metāla struktūra mainās šaurās zonās pie metinājuma, radot lielus atlikušos spriegumus metināšanas un / vai montāžas kļūdu gadījumā. Līdz ar to ražošanas paņēmieniem tie būtu jāsamazina līdz minimumam, vienlaikus samazinot arī stresa korozijas plaisāšanas risku, jo īpaši, ja paredzams, ka mašīnas konstrukcijas kalpošanas laiks būs ilgāks par trim desmitgadēm.
Sprieguma korozijas plaisāšana ir plaisu parādīšanās un augšanas process kodīgā vidē, kam ir tendence pasliktināties, palielinoties leģējošo elementu skaitam. Plaisas un to turpmākā augšana veidojas ūdeņraža difūzijas rezultātā pa graudu robežām.
Nosliešanās uz plaisāšanu noteikšana sākas ar neliela elektrolīta daudzuma ekstrakciju no plaisām un tā analīzi. Tiek veikti zemas deformācijas ātruma stresa korozijas testi, lai noteiktu, cik stipri ir bojāts konkrēts sakausējums. Divu paraugu (viens kodīgā vidē, bet otrs - sausā gaisā) mehāniska izstiepšana notiek, līdz tie neizdodas, un tad tiek salīdzināta plastiskā deformācija lūzuma vietā - jo vairāk paraugs tiek izstiepts līdz bojājumam, jo labāk.
Apstrādes laikā var uzlabot izturību pret stresa korozijas plaisāšanu. Piemēram, saskaņā ar Total Materia, kas sevi dēvē par “pasaulē lielāko materiālu datu bāzi”, Alcan ir uzlabojis 7017 veiktspēju paātrinātos stresa korozijas plaisāšanas testos par 40 reizēm. Iegūtie rezultāti arī ļauj izstrādāt metodes pret koroziju metināto konstrukciju zonām, kurās ir grūti izvairīties no atlikušajiem spriegumiem. Turpinās pētījumi, kuru mērķis ir uzlabot sakausējumus, lai optimizētu metināto savienojumu elektroķīmiskās īpašības. Darbs pie jauniem termiski apstrādājamiem sakausējumiem ir vērsts uz to stiprības un izturības pret koroziju uzlabošanu, savukārt ar termiski neapstrādājamiem sakausējumiem mērķis ir novērst ierobežojumus, ko rada metināmības prasības. Izturīgākie materiāli, kas tiek izstrādāti, būs par 50% izturīgāki par labākajām šodien izmantotajām alumīnija bruņām.
Zema blīvuma sakausējumi, piemēram, litija alumīnijs, nodrošina aptuveni 10% svara ietaupījumu salīdzinājumā ar iepriekšējiem sakausējumiem ar līdzīgu ložu pretestību, lai gan ballistiskā veiktspēja vēl nav pilnībā jāizvērtē saskaņā ar Total Materia.
Uzlabojas arī metināšanas metodes, tostarp robotizētās. Starp risināmajiem uzdevumiem var minēt siltuma padeves samazināšanu līdz minimumam, stabilāku metināšanas loku enerģijas un vadu padeves sistēmu uzlabošanas dēļ, kā arī procesa uzraudzību un kontroli, ko veic ekspertu sistēmas.
MTL Advanced Materials sadarbojās ar pazīstamu alumīnija bruņu plākšņu ražotāju ALCOA Defense, lai izstrādātu to, ko uzņēmums raksturo kā "uzticamu un atkārtojamu aukstās formēšanas procesu". Uzņēmums atzīmē, ka bruņu lietojumiem izstrādātie alumīnija sakausējumi nebija paredzēti aukstai formēšanai, kas nozīmē, ka tā jaunajam procesam vajadzētu palīdzēt izvairīties no parastajiem kļūmju veidiem, tostarp plaisāšanas. Galīgais mērķis ir ļaut mašīnu dizaineriem samazināt nepieciešamību pēc metināšanas un samazināt detaļu skaitu, norāda uzņēmums. Samazinot metināšanas apjomu, uzņēmums uzsver, palielina konstrukcijas izturību un apkalpes aizsardzību, vienlaikus samazinot ražošanas izmaksas. Sākot ar labi pierādīto 5083-H131 sakausējumu, uzņēmums izstrādāja procesu auksti formējamām detaļām ar 90 grādu lieces leņķi gar un pāri graudiem, pēc tam pārgāja uz sarežģītākiem materiāliem, piemēram, sakausējumiem 7017, 7020 un 7085, arī sasniegt labus rezultātus.
Keramika un kompozītmateriāli
Pirms vairākiem gadiem Morgan Advanced Materials paziņoja par vairāku SAMAS bruņu sistēmu izstrādi, kas sastāvēja no modernas keramikas un strukturālu kompozītu kombinācijas. Produktu līnijā ietilpst šarnīrveida bruņas, pretdrumstalotības oderes, izturīgas kapsulas, kas izgatavotas no strukturāliem kompozītmateriāliem metāla korpusu nomaiņai un ieroču moduļu aizsardzībai, gan apdzīvotiem, gan neapdzīvotiem. Tos visus var pielāgot īpašām prasībām vai izgatavot pēc pasūtījuma.
Nodrošina STANAG 4569 2.-6. Līmeņa aizsardzību, kā arī vairāku triecienu veiktspēju un svara ietaupījumu (uzņēmums apgalvo, ka šīs sistēmas sver uz pusi mazāk nekā līdzīgi tērauda izstrādājumi) un pielāgojas īpašiem draudiem, platformām un uzdevumiem. … Pretplīsuma oderējumus var izgatavot no 12,3 kg smagiem plakaniem paneļiem, lai tie pārklātu 0,36 m2 platību (aptuveni 34 kg / m2), vai cietus veidgabalus, kas sver 12,8 kg uz 0,55 m2 (aptuveni 23,2 kg / m2).
Saskaņā ar Morgan Advanced Materials datiem papildu bruņas, kas paredzētas jaunu un esošo platformu modernizācijai, piedāvā tādas pašas iespējas ar pusi svara. Patentētā sistēma nodrošina maksimālu aizsardzību pret dažādiem draudiem, tostarp maza un vidēja kalibra ieročiem, improvizētām sprāgstvielām (IED) un raķešu dzinējiem, kā arī vairāku triecienu veiktspēju.
Ieroču moduļiem (papildus gaisa un jūras pielietojumiem) tiek piedāvāta "daļēji strukturāla" bruņu sistēma ar labu izturību pret koroziju, un līdztekus svara taupīšanai un smaguma centra problēmu samazināšanai, atšķirībā no tērauda, tā rada mazāk elektromagnētiskās saderības problēmu.
Ieroču moduļu aizsardzība ir īpaša problēma, jo tie ir pievilcīgs mērķis, jo to atspējošana krasi pasliktina apkalpes situāciju un spējas pārvarēt tuvumā esošos draudus. Viņiem ir arī smalka optoelektronika un neaizsargāti elektromotori. Tā kā bruņas parasti tiek uzstādītas transportlīdzekļa augšpusē, tām jābūt vieglām, lai smaguma centrs būtu pēc iespējas zemāks.
Ieroču moduļu aizsardzības sistēma, kas var ietvert bruņu stiklu un augšējās daļas aizsardzību, ir pilnīgi saliekama, divi cilvēki to var salikt 90 sekunžu laikā. Kompozītmateriālu izturības kapsulas ir izgatavotas no tā, ko uzņēmums raksturo kā “unikālus izturīgus materiālus un polimēru preparātus”, tās nodrošina šrapneļu aizsardzību un var tikt labotas uz vietas.
Karavīru aizsardzība
3M Ceradyne izstrādātajā SPS (karavīru aizsardzības sistēmā) ietilpst ķiveres un ieliktņi bruņuvestēs, kas paredzēti integrētai galvas aizsardzības sistēmai (IHPS) un VTP (Vital Torso Protection) - ESAPI (uzlabota kājnieku ieroču aizsardzības ieliktnis) sastāvdaļas - uzlabots ieliktnis aizsardzībai pret kājnieku ieročus).
IHPS prasības ietver vieglāku svaru, pasīvo dzirdes aizsardzību un uzlabotu trulu trieciena aizsardzību. Sistēmā ir iekļauti arī tādi piederumi kā komponents karavīra apakšžokļa aizsardzībai, aizsargvārsts, stiprinājums nakts redzamības brillēm, vadotnes, piemēram, lukturītim un kamerai, un papildu modulāra ložu aizsardzība. Līgums, kura vērtība ir vairāk nekā 7 miljoni ASV dolāru, paredz piegādāt aptuveni 5300 ķiveres. Tikmēr saskaņā ar 36 miljonu dolāru līgumu tiks piegādāti vairāk nekā 30 000 ESAPI komplektu - vieglākas ieliktņi bruņuvestēm. Abu šo komplektu ražošana sākās 2017.
Arī saskaņā ar SPS programmu KDH Defense izvēlējās Honeywell SPECTRA SHIELD un GOLD SHIELD materiālus piecām apakšsistēmām, ieskaitot Rumpja un ekstremitāšu aizsardzības (TEP) apakšsistēmu, kas jāpiegādā SPS projektam. TEP aizsardzības sistēma ir par 26% vieglāka, kas galu galā samazina SPS sistēmas svaru par 10%. KDH savos šīs sistēmas izstrādājumos izmantos SPECTRA SHIELD, kura pamatā ir UHMWPE šķiedra, un GOLD SHIELD, kura pamatā ir aramīda šķiedras.
SPECTRA šķiedra
Honeywell izmanto patentētu polimēru šķiedru vērpšanas un vilkšanas procesu, lai iestrādātu UHMWPE izejvielas SPECTRA šķiedrās. Šis materiāls pēc svara ir 10 reizes spēcīgāks par tēraudu, tā īpatnējā izturība ir par 40% augstāka nekā aramīda šķiedrai, tam ir augstāka kušanas temperatūra nekā standarta polietilēnam (150 ° C) un lielāka nodilumizturība salīdzinājumā ar citiem polimēriem. piemēram, poliesteris.
Spēcīgajam un cietajam SPECTRA materiālam ir liela deformācija lūzuma laikā, tas ir, tas pirms salūšanas stiepjas ļoti spēcīgi; šī īpašība ļauj absorbēt lielu trieciena enerģijas daudzumu. Honeywell apgalvo, ka SPECTRA šķiedru kompozītmateriāli darbojas ļoti labi lielā ātrumā, piemēram, šautenes lodes un triecienviļņi. Saskaņā ar uzņēmuma teikto: “Mūsu uzlabotā šķiedra reaģē uz triecienu, ātri noņemot kinētisko enerģiju no trieciena zonas … tai ir arī laba vibrācijas slāpēšana, laba izturība pret atkārtotām deformācijām un lieliskas šķiedru iekšējās berzes īpašības, kā arī lieliska izturība pret ķimikālijām, ūdens un UV gaisma."
Savā SHIELD tehnoloģijā Honeywell izkliedē paralēlas šķiedru šķiedras un savieno tās kopā, piesūcinot tās ar moderniem sveķiem, lai izveidotu vienvirziena lenti. Tad šīs lentes slāņi tiek novietoti šķērsām vēlamajos leņķos un noteiktā temperatūrā un spiedienā, pielodēti saliktā struktūrā. Mīkstiem valkājamiem lietojumiem tas ir laminēts starp diviem plānas un elastīgas caurspīdīgas plēves slāņiem. Tā kā šķiedras paliek taisnas un paralēlas, tās efektīvāk izkliedē trieciena enerģiju nekā tad, ja tās būtu austas audumā.
Short Bark Industries izmanto arī SPECTRA SHIELD BCS (Ballistic Combat Shirt) miesassargu SPS TEP sistēmai. Short Bark specializējas mīkstās aizsardzības, taktisko apģērbu un aksesuāru jomā.
Saskaņā ar Honeywell teikto, karavīri izvēlējās aizsardzības elementus, kas izgatavoti no šiem materiāliem, pēc tam, kad viņi demonstrēja izcilu sniegumu salīdzinājumā ar aramīda šķiedras kolēģiem.
