Алюминиевая броня: самая лёгкая защита для танка06.08.2018 10:20

Роман Фишман

6 августа 2018 10:00

Обсудить 0

В высоком и полупустом ангаре выстрел звучит особенно громко, так что нам посоветовали заранее закрыть уши и приготовиться. Грохот действительно впечатляет, отдаваясь в груди. Стреляют здесь постоянно: Российский центр испытаний (РЦИ) при московском НИИ стали не только отрабатывает новые экспериментальные сплавы, но и контролирует качество заводской продукции, поступающей со всей страны и из-за рубежа, производит сертификацию гражданских товаров. Увесистый маятник с креплением для холодного оружия позволяет оценить защитные свойства бронежилета при точно измеренном, стандартизированном ударе. В окруженном тяжелыми стенами тире производится обстрел касок, бронежилетов и бронестекол.

Но самое главное — броневые панели — испытываются в отдельном большом зале. Тяжелую пластину устанавливают под нужным углом в камере, закрывая толстой дверью с узким окошком для пролета пули. Под ногами хрустит: от удара о мишень пули разлетаются на мелкие куски, выбивая из нее металлические опилки и пыль. Смонтированные на специальных стойках стволы мощных винтовок и даже легких пушек работают почти без перерыва. Красным мерцают цифры регистратора полета пули, фотоэлементы которого фиксируют скорость с точностью до 0,1%. «Кстати, дедовские приемы работают ничуть не хуже, — рассказали нам испытатели, показывая картонный лист, обмотанный тонкой проволокой. — Ставим два таких на пути, пуля прорывает одну цепь, затем другую. Получается дешево и сердито».

Когда дым рассеялся, а вентилятор очистил воздух от мелкой металлической пыли, мы смогли заглянуть в камеру с мишенью и осмотреть бронепластину. Поражение оценивается по состоянию ее обратной стороны — от полностью ровной поверхности (один балл) через мелкие разрывы и до сквозной пробоины с полноценным расколом (10 баллов). «Самый простой способ заметить прорывы и микротрещины — полить отверстие керосином, — объясняют инженеры. — Он легкий, быстро просачивается, и его можно просто унюхать». Нюхать нам ничего не пришлось: на ощупь с обратной стороны бронепластины лишь едва наметилось вздутие. По стандарту шкалы поражений это всего два балла: крупнокалиберная снайперская винтовка не справилась с панелью из алюминиевого сплава.

Для записи испытаний нам пришлось защитить камеру трехслойным бронестеклом

Алюминий

Дебют алюминиевой брони можно датировать серединой XIX века, когда император Наполеон III счел металл подходящим для изготовления легких доспехов. Несовершенная технология промышленного получения алюминия, незадолго до этого разработанная химиком Анри Сент-Клером Девилем, позволяла получать еще не слишком чистый, но уже чересчур мягкий металл, что показали первые же неудачные попытки французов использовать такие доспехи. Приемлемая технология производства алюминия появилась позднее, в конце 1880-х. Эффективный и простой электролиз глинозема обрушил стоимость металла и стимулировал активные эксперименты с его сплавами, раскрыв весь их огромный потенциал.

В самом деле, сплавы алюминия могут становиться в 15−20 раз прочнее чистого металла. Для сравнения: прочность стали не более чем вдесятеро превышает прочность железа. Разумеется, сталь все равно останется тверже, так что алюминиевые защитные элементы той же массы будут заметно толще стальных. Однако это даже к лучшему, поскольку позволяет избавиться от дополнительных элементов, обеспечивающих жесткость всей конструкции, упростить ее и дополнительно облегчить. А уменьшение массы — это и большая проходимость, и увеличенная дистанция хода, и — как мы скоро узнаем — повышенная десантируемость.

Впечатляющей иллюстрацией к этому стали американские бронетранспортеры M113: начиная с 1960-х их было изготовлено более 80 тыс. штук, причем некоторые машины первых лет выпуска остаются в строю до сих пор. На основе этих «неубиваемых» БТР разработано более десятка других образцов бронетехники. Впервые оказавшись на поле боя во время Вьетнамской войны в 1962 году, M113 и сегодня составляют около половины всего парка бронетехники армии США и активно используются многими ее союзниками. В защите M113 впервые массово применялась катаная алюминиевая броня. Легированный магнием сплав 5083 (его ближайшим российским аналогом можно назвать АМг⁵) упрочняли наклепом — механическими нагрузками без использования высоких температур.

Цинк и магний

Вспомним, что структура любых металлов и сплавов задается множеством микроскопических зерен различных форм и размеров. Атомы в пределах каждого кристалла упорядочены, но сами зерна ориентированы по‑разному. Различные виды обработки позволяют менять их величину и распределение, придавая структуре новые свойства — например, тот же наклеп фрагментирует крупные зерна и разрушает кристаллическую решетку металла. В ней создается целая сеть сцепленных друг с другом дефектов, которая повышает сопротивление дальнейшей деформации. Сходным образом действует глубокий отжиг: термическая обработка с нагреванием до мягкого состояния и медленным остыванием позволяет снять внутренние напряжения структуры и провести новую рекристаллизацию, перераспределив атомы алюминия и других металлов в сплаве.

Переход на термоупрочняемые сплавы алюминия произошел в 1970-х, позволив получать высокопрочную броню. Легированный цинком и магнием сплав 7039 использовался на легких американских танках М551 General Sheridan и БМП М2 Bradley. Английские разведывательные танки Scorpion укрепляли аналогичным сплавом 7017, французские БМП АМХ-10Р — сплавом 7020. Тем же путем шли и советские разработчики: бронедетали из алюминиево-цинково-магниевого сплава АЦМ защищали надмоторную часть фронтальной проекции БМП-1, выпущенной в 1966 году. Большой угол наклона (80−85°) и хорошо узнаваемые поперечные ребра этой панели выдерживали удары даже бронебойных пуль стрелкового оружия и легких пушек калибром до 23 мм.

Система Al-Zn-Mg оказалась настоящим прорывом и легла в основу не только АЦМ, но и следующих, ключевых для российских бронемашин, высокопрочных сплавов, противопульных 1901 и 1903, способных обеспечить уже противоснарядную защиту. Чтобы добиться нужной прочности и твердости, достаточно просто наращивать содержание цинка и магния. С другой стороны, это ведет к увеличению склонности алюминиевого сплава к коррозии под напряжением. Поэтому разработчики брони всегда искали оптимальное соотношение этих легирующих элементов — и здесь пути российских и зарубежных специалистов разошлись.

Отечественные материаловеды считают, что суммарное содержание цинка и магния должно находиться в пределах 7−9%, что дает сплаву дополнительную прочность. За рубежом же придерживаются показателя 5−7%, стремясь к повышенной коррозионной стойкости при довольно умеренной прочности. Впрочем, российские сплавы недаром считаются лучшими в мире: для них используются дополнительные модифицирующие добавки и уникальные режимы термической обработки, позволяющие обойти эту проблему.

Добавки

Главные требования, которые предъявляются к броневым сплавам алюминия, — это стойкость (противопульная, противоснарядная), живучесть (способность сохранять защитные свойства при неоднократном воздействии), коррозионная стойкость и конструктивная применимость (включая свариваемость и жесткость). Современные российские бронесплавы алюминия содержат 2−8% цинка, 0,5−4% магния, могут включать небольшие количества марганца, серебра, железа, титана, меди, хрома, кремния, бора и даже серебра. Во введении каждой добавки есть свой особый смысл: медь позволяет повысить прочность, хотя и уменьшает свариваемость; хром и цирконий увеличивают коррозионную стойкость под напряжением и т. д.

Сплавы проходят термическую обработку при 450−500 °С, обычно из расчета 60 минут на каждые 20 мм толщины готовой бронедетали, после чего подвергаются искусственному старению. Именно так обрабатывается сплав 1901, который стал основой для создания БМД-1, первой отечественной машины с цельноалюминиевым корпусом (толщиной от 8 до 32 мм): лишь башня еще оставалась стальной. В январе 1976 года именно на БМД-1 было совершено первое в мире десантирование с экипажем. Рекорд стал возможным благодаря снижению массы машины и высокой жесткости корпуса из алюминиевого сплава 1901 — его способности сопротивляться нагрузкам без деформации. Эта характеристика увеличивается пропорционально модулю упругости материала и растет с кубом его толщины. Поэтому изделие из алюминиевого сплава, несмотря на куда меньший, чем у стального, модуль упругости, оказывается жестче — за счет большей толщины. Это и позволяет конструкторам использовать броневой корпус в качестве несущего, отказаться от каркаса и резко снизить массу техники.

Стандартная шкала поражения броневых преград

Стандартная шкала поражения броневых преград

Естественным развитием 1901 стал способный обеспечить и противоснарядную защиту сплав 1903. Благодаря некоторому уменьшению содержания цинка и магния увеличилась пластичность материала и живучесть бронедеталей, из его состава удалось почти полностью исключить медь и марганец. Появление сплава 1903 позволило создать первую отечественную полностью алюминиевую боевую машину БМП-3: даже башня ее изготовлена из штампованных алюминиевых деталей. Подсчитано, что использование алюминия снизило вес почти на треть в сравнении со стальной броней — и получилась одна из лучших в своем классе машин.

Впрочем, на этом разработчики, конечно, не остановились. Сегодня в НИИ стали продолжаются работы по созданию еще более стойких к коррозии алюминиевых бронесплавов, слойной композитной брони, а также пеноалюминия с его уникальными возможностями противоминной защиты. Алюминий может заменить дорогостоящие и тяжелые материалы при изготовлении бронежилетов и шлемов для полицейских, автомобилей для инкассаторов, при защите банковских хранилищ. Грохот выстрелов в Центре испытаний не смолкает: страна ждет новых сплавов.

Стандартная шкала поражения броневых преград