Šarvai yra milijonus metų senesni už žmoniją ir pirmiausia buvo sukurti apsaugoti nuo žandikaulių ir nagų. Gali būti, kad krokodilai ir vėžliai iš dalies galėtų įkvėpti žmones kurti apsauginius elementus. Visi kinetinės energijos ginklai, ar tai būtų priešistorinis klubas, ar šarvus pradurtas sviedinys, yra skirti sutelkti dideles pajėgas mažame plote, jo užduotis yra prasiskverbti į taikinį ir padaryti jam maksimalią žalą. Todėl šarvų užduotis yra to išvengti, nukreipiant arba sunaikinant atakuojančias priemones ir (arba) išsklaidant smūgio energiją kuo didesniame plote, siekiant kuo labiau sumažinti bet kokią žalą darbo jėgai, transporto sistemoms ir konstrukcijoms.
Šiuolaikinius šarvus paprastai sudaro kietas išorinis sluoksnis, skirtas sustabdyti, nukreipti ar sunaikinti sviedinį, tarpinis sluoksnis, turintis labai aukštą „lūžio darbą“, ir klampus vidinis sluoksnis, kad būtų išvengta įtrūkimų ir šiukšlių.
Plienas
Plienas, kuris tapo pirmąja medžiaga, plačiai naudojama kuriant šarvuočius, vis dar yra paklausa, nepaisant to, kad atsirado šarvų, kurių pagrindą sudaro lengvi aliuminio ir titano lydiniai, keramika, kompozitai su polimero matrica, sustiprinti stiklo pluoštais, aramidu ir ypač didelės molekulinės masės polietilenas, taip pat kompozicinės medžiagos su metalo matrica.
Daugelis plieno gamyklų, įskaitant SSAB, toliau kuria didelio stiprumo plienus, skirtus įvairioms svarbiausioms masėms, pvz., Papildomam apvalkalui. Galimas šarvuoto plieno ARM OX 600T, kurio storis 4-20 mm, galimas 570–640 HBW vienetų kietumas (santrumpa „Hardness“, „Brinell“, „Wolfram“; bandymas, kurio metu presuojamas standartinio skersmens volframo rutulys į žinomos jėgos medžiagos mėginį, tada matuojamas suformuotos įdubos skersmuo; tada šie parametrai pakeičiami formule, kuri leidžia gauti kietumo vienetų skaičių).
SSAB taip pat pabrėžia, kad svarbu pasiekti tinkamą kietumo ir kietumo pusiausvyrą, kad būtų užtikrintas skverbimasis ir apsauga nuo sprogimo. Kaip ir visi plienai, ARMOX 600T susideda iš geležies, anglies ir daugybės kitų legiruojančių komponentų, įskaitant silicį, manganą, fosforą, sierą, chromą, nikelį, molibdeną ir borą.
Naudojami gamybos būdai yra riboti, ypač kai kalbama apie temperatūrą. Šis plienas nėra skirtas papildomam terminiam apdorojimui; jei po pristatymo jis kaitinamas virš 170 ° C, SSAB negali garantuoti jo savybių. Įmonės, kurios gali apeiti tokį apribojimą, greičiausiai sulauks šarvuotų transporto priemonių gamintojų nuodugnaus tyrimo.
Kita švedų kompanija „Deform“siūlo šarvuotų transporto priemonių gamintojams, ypač tiems, kurie nori pagerinti komercinių / civilinių transporto priemonių apsaugą, neperšaunamoms šarminio plieno karštai suformuotoms dalims.
Vieno gabalo „Deform“užkardos yra sumontuotos „Nissan PATROL 4x4“, mikroautobuse „Volkswagen T6 TRANSPORTER“ir pikape „Isuzu D-MAX“kartu su vientisa tos pačios medžiagos grindų danga. „Deform“sukurtas karšto formavimo procesas, naudojamas lakštų gamyboje, išlaiko 600HB [HBW] kietumą.
Bendrovė teigia, kad ji gali atkurti visų rinkoje esančių šarvuotų plienų savybes, išlaikydama struktūriškai apibrėžtą formą, o gautos dalys yra daug pranašesnės už tradicines suvirintas ir iš dalies sutampančias konstrukcijas. Taikant „Deform“sukurtą metodą, lakštai grūdinami ir grūdinami po karšto kalimo. Šio proceso dėka galima gauti trimačių formų, kurių negalima gauti šalto formavimo būdu, be privalomo tokiais atvejais "suvirinimo siūlės, pažeidžiančios kritinių taškų vientisumą".
Deformuoti karšto formavimo plieno lakštai buvo naudojami „BAE Systems BVS-10“ir „CV90“, o nuo dešimtojo dešimtmečio pradžios-daugelyje „Kraus-Maffei Wegmann“(KMW) mašinų. Gaunami užsakymai gaminti trimatis šarvuotas plokšteles LEOPARD 2 bakui ir keletą formuotų plokščių, skirtų transporto priemonėms BOXER ir PUMA, taip pat kelias „Rheinmetall“transporto priemones, įskaitant BOXER, taip pat liuką WIESEL transporto priemonei. „Deform“taip pat veikia su kitomis apsauginėmis medžiagomis, įskaitant aliuminį, kevlarą / aramidą ir titaną.
Aliuminio progresas
Kalbant apie šarvuočius, pirmą kartą aliuminio šarvai buvo plačiai naudojami gaminant šarvuotą vežimėlį M113, kuris buvo gaminamas nuo 1960 m. Tai buvo lydinys, pažymėtas 5083, turintis 4,5% magnio ir daug mažesniu kiekiu mangano, geležies, vario, anglies, cinko, chromo, titano ir kitų. Nors 5083 po suvirinimo gerai išlaiko savo stiprumą, jis nėra termiškai apdorojamas lydinys. Jis neturi tokio gero atsparumo 7,62 mm šarvus perveriančioms kulkoms, tačiau, kaip patvirtino oficialūs bandymai, jis geriau nei plienas stabdo 14,5 mm sovietinio stiliaus šarvus perveriančias kulkas, tuo pačiu taupydamas svorį ir pridėdamas norimą stiprumą. Šiam apsaugos lygiui aliuminio lakštas yra storesnis ir 9 kartus stipresnis už plieną, kurio tankis mažesnis - 265 r / cm3, todėl sumažėja konstrukcijos svoris.
Šarvuotų transporto priemonių gamintojai netrukus pradėjo prašyti lengvesnių, balistiškai stipresnių, suvirinamų ir termiškai apdorojamų aliuminio šarvų, todėl „Alcan“sukūrė 7039, o vėliau ir 7017 m., Abu turinčius didesnį cinko kiekį.
Kaip ir plieno atveju, štampavimas ir vėlesnis surinkimas gali neigiamai paveikti aliuminio apsaugines savybes. Suvirinant karščio paveiktos zonos suminkštėja, tačiau jų stiprumas iš dalies atsistato dėl sukietėjimo natūralaus senėjimo metu. Metalo struktūra keičiasi siaurose zonose šalia suvirinimo vietos, sukuriant didelius liekamuosius įtempius suvirinimo ir (arba) surinkimo klaidų atveju. Todėl gamybos metodai turėtų juos sumažinti iki minimumo, o įtempio korozijos įtrūkimų rizika taip pat turėtų būti sumažinta, ypač kai tikimasi, kad mašinos eksploatavimo laikas bus daugiau nei trys dešimtmečiai.
Įtempimo korozinis įtrūkimas yra įtrūkimų atsiradimo ir augimo procesas korozinėje aplinkoje, kuris linkęs blogėti didėjant legiruojančių elementų skaičiui. Įtrūkimų susidarymas ir vėlesnis jų augimas atsiranda dėl vandenilio difuzijos išilgai grūdų ribų.
Jautrumo įtrūkimams nustatymas prasideda nuo nedidelio elektrolito kiekio ištraukimo iš įtrūkimų ir jo analizės. Atliekami mažo įtempimo įtempių korozijos bandymai, siekiant nustatyti, kaip stipriai buvo pažeistas tam tikras lydinys. Mechaninis dviejų pavyzdžių tempimas (vienas korozinėje aplinkoje, o kitas sausame ore) vyksta tol, kol jie nepavyksta, o tada lyginama plastinė deformacija lūžio vietoje - kuo labiau mėginys ištemptas iki gedimo, tuo geriau.
Apdorojimo metu galima pagerinti atsparumą koroziniam įtrūkimui. Pavyzdžiui, pagal „Total Materia“, save vadinančią „didžiausia pasaulyje medžiagų duomenų baze“, „Alcan“40 kartų pagerino 7017 našumą pagreitintame įtempių korozijos įtrūkimų bandyme. Gauti rezultatai taip pat leidžia sukurti suvirintų konstrukcijų zonų apsaugos nuo korozijos metodus, kuriuose sunku išvengti liekamųjų įtempių. Tyrimai, kuriais siekiama pagerinti lydinius, siekiant optimizuoti suvirintų jungčių elektrochemines charakteristikas. Darbas su naujais termiškai apdorojamais lydiniais sutelktas į jų stiprumo ir atsparumo korozijai gerinimą, o su termiškai neapdorotais lydiniais siekiama pašalinti suvirinamumo reikalavimų keliamus apribojimus. Kietiausios kuriamos medžiagos bus 50% stipresnės už geriausias šiandien naudojamas aliuminio šarvas.
Mažo tankio lydiniai, tokie kaip ličio aliuminis, sutaupo apie 10% svorio, palyginti su ankstesniais lydiniais, kurių atsparumas kulkoms yra panašus, nors balistinės charakteristikos dar turi būti visiškai įvertintos pagal „Total Materia“.
Taip pat tobulinami suvirinimo metodai, įskaitant robotinius. Tarp sprendžiamų užduočių yra šilumos tiekimo sumažinimas iki minimumo, stabilesnis suvirinimo lankas dėl energijos ir laidų tiekimo sistemų tobulinimo, taip pat proceso stebėjimas ir valdymas ekspertų sistemomis.
„MTL Advanced Materials“bendradarbiavo su žinomu aliuminio šarvų plokščių gamintoju „ALCOA Defense“, kad sukurtų tai, ką bendrovė apibūdina kaip „patikimą ir pakartotiną šalto formavimo procesą“. Bendrovė pažymi, kad aliuminio lydiniai, sukurti šarvams, nebuvo sukurti šaltojo formavimo būdu, o tai reiškia, kad naujasis procesas turėtų padėti išvengti įprastų gedimo būdų, įskaitant įtrūkimus. Galutinis tikslas yra leisti mašinų projektuotojams sumažinti suvirinimo poreikį ir sumažinti dalių skaičių, teigia bendrovė. Bendrovė pabrėžia, kad sumažinus suvirinimo apimtis, padidėja konstrukcijos stiprumas ir įgulos apsauga, kartu sumažinamos gamybos sąnaudos. Pradėjusi nuo gerai įrodyto 5083-H131 lydinio, bendrovė sukūrė šaltai formuojamų dalių, kurių 90 laipsnių lenkimo kampas išilgai ir per grūdus, formavimo procesą, tada perėjo prie sudėtingesnių medžiagų, pavyzdžiui, lydinių 7017, 7020 ir 7085, taip pat pasiekti gerų rezultatų.
Keramika ir kompozitai
Prieš keletą metų „Morgan Advanced Materials“paskelbė apie kelių SAMAS šarvuočių sistemų, kurias sudarė pažangi keramika ir struktūriniai kompozitai, kūrimą. Produktų liniją sudaro šarvai, šarvai, anti-suskaidymo pamušalai, išgyvenamumo kapsulės, pagamintos iš struktūrinių kompozitų, skirtos metaliniams korpusams pakeisti ir ginklų moduliams, gyvenamiems ir negyvenamiems, apsaugoti. Visi jie gali būti pritaikyti pagal konkrečius reikalavimus arba pagaminti pagal užsakymą.
Užtikrina STANAG 4569 2-6 lygio apsaugą, taip pat kelių smūgių našumą ir sutaupo svorio (bendrovė teigia, kad šios sistemos sveria perpus mažiau nei panašūs plieno gaminiai) ir prisitaiko prie konkrečių grėsmių, platformų ir užduočių. Apsauga nuo skilimo gali būti pagaminta iš plokščių plokščių, sveriančių 12,3 kg, kad padengtų 0,36 m2 plotą (apie 34 kg / m2), arba iš kietų jungiamųjų detalių, sveriančių 12,8 kg už 0,55 m2 (apie 23,2 kg / m2).
Remiantis „Morgan Advanced Materials“, papildomi šarvai, skirti naujoms ir esamoms platformoms modernizuoti, siūlo tas pačias galimybes esant pusei svorio. Patentuota sistema užtikrina maksimalią apsaugą nuo įvairių grėsmių, įskaitant mažo ir vidutinio kalibro ginklus, savadarbius sprogstamuosius įtaisus (IED) ir raketines varomąsias granatas, taip pat daugialypį veikimą.
„Pusiau struktūrinė“šarvų sistema, pasižyminti geru atsparumu korozijai, yra siūloma ginklų moduliams (be oro ir jūros pritaikymų), be to, taupant svorį ir mažinant svorio centro problemas, skirtingai nei plienas, jis sukuria mažiau elektromagnetinio suderinamumo problemų.
Ginklų modulių apsauga yra ypatinga problema, nes jie yra patrauklus taikinys, nes jų išjungimas smarkiai pablogina įgulos gebėjimą valdyti situaciją ir transporto priemonės gebėjimą susidoroti su netoliese esančiomis grėsmėmis. Jie taip pat turi subtilią optoelektroniką ir pažeidžiamus elektros variklius. Kadangi jie paprastai montuojami transporto priemonės viršuje, šarvai turėtų būti lengvi, kad svorio centras būtų kuo žemesnis.
Ginklų modulių apsaugos sistema, kuri gali apimti šarvuotą stiklą ir viršutinės dalies apsaugą, yra visiškai sulankstoma, du žmonės gali ją surinkti per 90 sekundžių. Kompozicinės išgyvenamumo kapsulės pagamintos iš to, ką bendrovė apibūdina kaip „unikalias kietas medžiagas ir polimerų kompozicijas“, jos apsaugo nuo skeveldrų ir gali būti pataisytos lauke.
Kareivių apsauga
Į 3M Ceradyne sukurtą SPS (kareivių apsaugos sistemą) įeina šalmai ir įdėklai į kūno šarvus, skirti integruotai galvos apsaugos sistemai (IHPS) ir VTP (gyvybiškai svarbi liemens apsauga). šaulių ginklai).
IHPS reikalavimai apima lengvesnį svorį, pasyvią klausos apsaugą ir patobulintą apsaugą nuo smūgių. Sistemoje taip pat yra priedų, tokių kaip komponentas, apsaugantis apatinį kareivio žandikaulį, apsauginis skydelis, laikiklis naktinio matymo akiniams, vadovai, pavyzdžiui, žibintuvėliui ir fotoaparatui, ir papildoma modulinė apsauga nuo kulkų. Daugiau nei 7 milijonų dolerių vertės sutartyje numatyta tiekti apie 5300 šalmų. Tuo tarpu pagal 36 mln. Abiejų šių rinkinių gamyba prasidėjo 2017 m.
Taip pat pagal SPS programą „KDH Defense“pasirinko „Honeywell“medžiagas „SPECTRA SHIELD“ir „GOLD SHIELD“penkioms posistemėms, įskaitant liemens ir galūnių apsaugos (TEP) posistemę, kuri bus tiekiama SPS projektui. TEP apsaugos sistema yra 26% lengvesnė, o tai galiausiai sumažina SPS sistemos svorį 10%. Šiai sistemai skirtuose produktuose KDH naudos SPECTRA SHIELD, kurio pagrindas yra UHMWPE pluoštas, ir GOLD SHIELD, kurio pagrindą sudaro aramidiniai pluoštai.
SPECTRA pluoštas
„Honeywell“naudoja patentuotą polimerinio pluošto verpimo ir tempimo procesą, kad į SPECTRA pluoštą įterptų UHMWPE žaliavą. Ši medžiaga yra 10 kartų stipresnė už plieną pagal svorį, jos savitasis stiprumas yra 40% didesnis nei aramidinio pluošto, ji turi aukštesnę lydymosi temperatūrą nei standartinis polietilenas (150 ° C) ir turi didesnį atsparumą dilimui, palyginti su kitais polimerais. pavyzdys, poliesteris.
Tvirta ir standi SPECTRA medžiaga pertraukos metu turi didelę deformaciją, tai yra, prieš lūždama ji labai stipriai ištempia; Ši savybė leidžia absorbuoti daug smūgio energijos. „Honeywell“teigia, kad SPECTRA pluošto kompozitai labai gerai veikia esant dideliam greičiui, pavyzdžiui, šautuvo kulkoms ir smūginėms bangoms. Pasak bendrovės, „Mūsų pažangus pluoštas reaguoja į smūgį greitai pašalindamas kinetinę energiją iš smūgio zonos … jis taip pat turi gerą vibracijos slopinimą, gerą atsparumą pakartotinėms deformacijoms ir puikias vidines pluoštų trinties savybes bei puikų atsparumą cheminėms medžiagoms., vanduo ir UV šviesa “.
Naudodama SHIELD technologiją, „Honeywell“paskleidžia lygiagrečias pluošto sruogas ir sujungia jas, įmirkydama jas pažangia derva, kad sukurtų vienpusę juostelę. Tada šios juostos sluoksniai dedami skersai norimais kampais ir esant tam tikrai temperatūrai bei slėgiui, lituojami į sudėtinę struktūrą. Minkštam nešiojimui jis yra laminuotas tarp dviejų plonos ir lanksčios skaidrios plėvelės sluoksnių. Kadangi pluoštai išlieka tiesūs ir lygiagretūs, jie efektyviau išsklaido smūgio energiją, nei būtų įausti į audinį.
„Short Bark Industries“taip pat naudoja „SPECTRA SHIELD“„BCS“(„Ballistic Combat Shirt“) asmens apsaugos priemonėje, skirtoje SPS TEP sistemai. „Short Bark“specializuojasi minkštos apsaugos, taktinių drabužių ir aksesuarų srityje.
Pasak Honeywello, kareiviai pasirinko apsauginius elementus, pagamintus iš šių medžiagų, po to, kai pademonstravo puikų našumą prieš savo aramidinio pluošto kolegas.
