Сталь, алюминий и керамика. Эволюция защиты лёгкой техники
Боевые бронированные машины ряда классов сочетают в себе сравнительно малую боевую массу и достаточно высокий уровень защиты. Такое сочетание характеристик удается получить за счет нескольких основных технических решений. В зависимости от требований заказчика и возможностей, конструкторы жертвуют уровнем защиты либо применяют новые материалы и технологии. За последние десятилетия отечественная и мировая промышленность накопила солидный опыт в деле создания хорошо защищенной, но легкой военной техники.
Исторически самым первым способом сокращения массы (например, в соответствии с характеристиками доступного шасси) было уменьшение толщины брони с соответствующим падением уровня защиты. Также осуществлялась разработка новых стальных сплавов с более высокими характеристиками. Позже начался поиск иных металлов и неметаллических материалов, сочетающих прочность и малый вес. Наконец, с определенного времени в области легкой бронетехники нашли применение комбинированная и разнесенная броня, ранее использовавшаяся только на тяжелых машинах. Кроме того, не следует забывать про возможность установки динамической или активной защиты, дополняющей собственную броню корпуса.
Стальной и плавающий
Плавающий танк нового типа получил сварной броневой корпус увеличенного размера, призванный обеспечивать должную плавучесть. Материалом корпуса стала броневая сталь марки «2П». Лобовая защита машины состояла из листов толщиной 11 и 14 мм, борта и корма имели толщину 14 и 7 мм соответственно. Сверху машина защищалась 5-мм крышей, снизу – днищем толщиной 7 мм. Бронирование башни имело толщину от 8 до 17 мм.
Плавающий танк ПТ-76 соответствовал предъявляемым требованиям, но со временем успел морально устареть. Одной из причин этого стало невысокое совершенство конструкции броневой защиты. Уже в начале шестидесятых годов был разработан проект глубокой модернизации бронирования, предусматривавший замену основного материала корпуса. В 1961 году ВНИИ-100 изготовил опытный корпус ПТ-76 с применением алюминиевого сплава Д20. Полномасштабные испытания показали, что при схожем уровне защиты такой корпус оказывается существенно легче стального. Такой корпус не пошел в серию, но показал потенциал алюминиевого бронирования. В дальнейшем эти идеи нашли применение в новых проектах.
Следующим примером удачного облегчения конструкции могут стать советские боевые машины пехоты БМП-1 и БМП-2. Первая из них разрабатывалась в ГСКБ-2 Челябинского тракторного завода на рубеже пятидесятых и шестидесятых годов в соответствии с новым техническим заданием и с учетом имеющихся технологий. В итоге была создана весьма любопытная конструкция, в составе которой присутствовали нехарактерные элементы. Для получения оптимального сочетания массы и защиты было предложено объединить сталь и алюминий.
Основой сварного корпуса для БМП-1 вновь стали стальные катаные листы высокой твердости. Лоб стального бронекорпуса имел толщину от 7 мм (верхняя деталь с наклоном 80°) до 19 мм (нижняя). Борта выполнили из 16- и 18-мм листов. Корма имела схожие параметры защиты. Наибольшая толщина деталей башни достигала 33 мм. Интересной особенностью новой машины стала дополнительная крышка над моторным отсеком. Для защиты от обстрела и внешних воздействий на верхнем лобовом листе появилась крупная крышка с характерными поперечными ребрами. Ее выполнили из сплава АЦМ – алюминия с добавками цинка и магния.
После опыта с алюминиевым корпусом для ПТ-76 советские ученые продолжили работу по поиску оптимальных вариантов облегченной защиты и материалов для нее. К середине шестидесятых годов был создан новый сплав алюминия, магния и цинка под обозначениями АБТ-101 и 1901. Этот сплав рассматривался в качестве основы для противопульного бронирования легких боевых машин. Вскоре на его основе был создан сплав АБТ-102 / 1903, который отличался иной вязкостью, и благодаря этому мог обеспечить защиту от артиллерийских снарядов.
В 1965 году Волгоградский тракторный завод вывел на испытания опытные боевые машины десанта БМД-1. При их разработке основной задачей было сокращение габаритов и массы до значений, соответствующих возможностям военно-транспортных самолетов. Уменьшить массу удалось за счет использования алюминиевой брони типа АБТ-101 и некоторых других легких сплавов. Впрочем, полностью избавиться от сравнительно тяжелой стали не удалось. Из нее по-прежнему изготавливались некоторые детали.
Лобовая защита БМД-1 включала несколько алюминиевых листов, размещенных под разными углами к горизонтали и продольной оси машины. Подобная конструкция позволила дополнительно увеличить приведенную толщину бронирования. Верхние детали лба имели толщину 10 мм, средние – 32 мм, нижние –10 мм. Борт корпуса собрали из листов толщиной 20 и 23 мм. Корма состояла из деталей толщиной 15-20 мм. Башню изготовили из стали, максимальная толщина ее защиты составляла 22 мм.
Алюминий и сталь для пехоты
БМП-3 получила разнесенное бронирование, построенное на основе алюминиевых деталей из сплава АБТ-102 и броневой стали БТ-70Ш. Верхняя лобовая и скуловые детали корпуса выполнены из алюминия и имеют толщину 18 и 60 мм соответственно. Средняя лобовая деталь, имеющая небольшой наклон вперед, включает 10 мм стали, 70-мм воздушный зазор, 12-мм стальной и 60-мм алюминиевый листы. Нижняя деталь имеет схожую конструкцию, но обходится без внутреннего стального листа. Борта собираются из листов АБТ-102 толщиной 15 и 43 мм. Крыша, корма и днище имеют толщину 15, 13 и 10 мм соответственно. Лоб башни получил защиту в виде 16 мм стали, 70 мм воздуха и 50 мм алюминия. Дополнительной защитой лобовой проекции является волноотражающий щиток, выполненный из броневой стали небольшой толщины.
Дальнейшее развитие средств защиты приводит к новым вариантам бронетехники, отличающейся достаточно высокой стойкостью к основным угрозам. Хорошим примером этого могут считаться отечественные автомобили семейства «Тайфун-К», созданные предприятием «КамАЗ» в последние годы. В нескольких проектах этой линейки удалось получить весьма примечательные результаты в области защиты.
Броневые корпуса машин «Тайфун-К» получают комбинированную защиту. Используется сравнительно тонкий внешний металлический лист, под которым располагается керамическая плитка с заданными характеристиками. Нижний слой брони представляет собой стальной лист большей толщины. При попадании в такой пакет пуля или осколок пробивает внешний слой, тратя часть энергии, а керамика затормаживает его. Кроме того, сталь и керамика имеют разные параметры прочности и твердости, что провоцирует разрушение поражающего элемента. Осколки пули и керамики удерживаются внутренним стальным листом.
Серийный «Тайфун-К» имеет корпус длиной чуть менее 9 м и шириной около 2,5 м. Полная масса машины с грузом до 2,6 т превышает 24,7 т. Возможна буксировка прицепа массой до 8 т. При этом производитель не уточняет массу собственно защищенного корпуса.
Другой вариант комбинированного бронирования с применением керамических материалов реализован в проекте «Тайфун К-53949», также известном как «Тайфун 4х4» и «Тайфуненок». В этом случае керамические пластины помещаются между листами алюминиевой брони. Такая защита соответствует уровню 3 стандарта STANAG 4569 и позволяет выдержать бронебойные винтовочные пули калибра 7,62 мм.
«Тайфун 4х4» получил корпус капотной компоновки общей длиной менее 6,5 м и шириной около 2,5 м. Снаряженная масса такого автомобиля составляет 12 т, еще 2 т приходится на полезную нагрузку. Как и в случае с более крупным образцом, разработчики не спешат уточнять массу собственно корпуса и его защиты, что не позволяет в полной мере оценить весовое совершенство конструкции.
В отдаленном прошлом конструкторы бронетехники сталкивались с серьезной проблемой в виде прямой зависимости уровня защиты и массы. Бронемашины со стальными корпусами могли показывать высокую стойкость к поражающим элементам только при соответствующем весе. Однако позже развитие металлургии и появление новых сплавов позволило решить эти проблемы, благодаря чему в нашей стране и за рубежом появилось значительное число боевых машин, сочетающих малую массу и хорошую защиту.
Первым решением проблемы массы и защиты стали алюминиевые сплавы, которые можно было применять как самостоятельно, так и в сочетании с другими материалами или даже с дополнительным навесным бронированием. Далее появилась новая керамика, так же пригодная для создания комбинированной защиты. Развитие металлов и керамических материалов продолжается и приводит к появлению новых вариантов защиты.
Нетрудно заметить, что попытки сокращения массы машины при получении хорошей защиты привели к серьезным результатам уже к середине шестидесятых годов. Алюминиевая и стальная броня БМП-1, а вслед за ней и БМП-2, могла защитить экипаж от снарядов малокалиберной артиллерии. В последующем проекте БМП-3 комбинирование разных материалов и наличие воздушного промежутка позволило еще раз улучшить защиту. В настоящее время подобные наработки развиваются и приводят к получению новых примечательных результатов.
Послевоенное развитие материаловедения, приведшее к появлению новых сплавов и неметаллических материалов, дало серьезный толчок разработке боевых бронированных машин разных классов. Инженеры получили возможность повышения характеристик защиты своих машин без значительного роста их массы. Получившаяся техника до сих пор состоит на вооружении множества стран, и все новые проекты создаются с учетом имеющегося опыта. При этом стоит ожидать, что в отдаленном будущем появятся принципиально новые материалы, которые позволят вновь улучшить характеристики бронетехники, и процессы последних десятилетий повторятся.
Материалы, применяемые для изготовления бронежилетов
Все защитные структуры бронеодежды можно разделить на пять групп, в зависимости от применяемых материалов:
Текстильная (тканая) броня на основе арамидных волокон
Сегодня баллистические ткани на основе арамидных волокон являются базовым материалом для гражданских и военных бронежилетов. Баллистические ткани производятся во многих странах мира и существенно различаются не только названиями, но характеристиками. За границей это — кевлар (США) и тварон (Европа), а в России — целый ряд арамидных волокон, заметно отличающихся от американских и европейских по своим химическим свойствам.
Что же представляет собой арамидное волокно? Выглядит арамид как тонкие волокна-паутинки желтого цвета (очень редко используют другие цвета). Из этих волокон сплетаются арамидные нити, а уже из нитей впоследствии изготавливается баллистическая ткань. Арамидное волокно имеет очень высокую механическую прочность.
Большинство специалистов в области разработки бронеодежды считают, что потенциал российских арамидных волокон до сих пор полностью не реализован. Например, броневые структуры из наших арамидных волокон превосходят зарубежные в соотношении «характеристики защиты/вес». А некоторые композитные структуры по этому показателю ничуть не хуже структур из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). При этом, физическая плотность СВМПЭ в 1,5 раз меньше.
Марки баллистических тканей:
Металлическая броня на основе стали (титан) и алюминиевых сплавов
После длительного перерыва со времен средневековых доспехов, бронепластины изготавливались из стали и широко использовались во время Первой и Второй Мировых войн. Легкие сплавы стали применяться позже. Например, во время войны в Афганистане получили распространение бронежилеты с элементами из броневого алюминия и титана. Современные броневые сплавы позволяют уменьшить толщину панелей в два-три раза по сравнению с панелями, изготовленными из стали, и, следовательно, в два-три раза уменьшают вес изделия.
Алюминиевая броня. Алюминий превосходит стальную броню, обеспечивая защиту от бронебойных пуль калибра 12,7 или 14,5 мм. Кроме того, алюминий обеспечен сырьевой базой, более технологичен, хорошо сваривается и обладает уникальной противоосколочной и противоминной защитой.
Титановые сплавы. Основным преимуществом титановых сплавов считается сочетание коррозионной стойкости и высоких механических свойств. Чтобы получить сплав титана с заранее определенными свойствами, его подвергают легированию хромом, алюминием, молибденом и другими элементами.
Керамическая броня на основе композиционных керамических элементов
С начала 80-х годов в производстве бронеодежды применяются керамические материалы, превосходящие металлы по соотношению «степень защиты/вес». Однако, использование керамики возможно только в сочетании с композитами из баллистических волокон. При этом необходимо решать проблему низкой живучести подобных бронепанелей. Также не всегда удается эффективно реализовать все свойства керамики, поскольку такая бронепанель требует бережного обращения.
В Российском Минобороны задачу высокой живучести керамических бронепанелей обозначили еще в 1990-х годах. До тех пор керамические бронепанели сильно проигрывали стальным по этому показателю. Благодаря такому подходу сегодня российские войска имеют надежную разработку — бронепанели семейства «Гранит-4».
Основная масса бронежилетов за границей состоит из композитных броневых панелей, которые изготавливаются из цельных керамических монопластин. Причина этого в том, что для солдата во время боевых действий шанс быть многократно пораженным в область одной и той же броневой панели крайне мал. Во-вторых, такие изделия гораздо более технологичны, т.е. менее трудоемки, а значит, и стоимость их гораздо ниже стоимости набора из плиток меньшего размера.
Композитная броня на основе высокомодульного полиэтилена (слоистого пластика)
На сегодняшний день наиболее передовым видом бронеодежды с 1 по 3 класс (с точки зрения веса) считаются броневые панели на основе волокон СВМПЭ (сверхвысокомодульного полиэтилена).
Волокна СВМПЭ имеют высокую прочность, догоняя арамидные. Баллистические изделия из СВМПЭ имеют положительную плавучесть и не теряют при этом своих защитных свойств, в отличие от арамидных волокон. Однако СВМПЭ совершенно не подходит для изготовления бронежилетов для армии. В военных условиях велика вероятность контакта бронежилета с огнем или раскаленными предметами. Более того, зачастую бронежилет используется в качестве подстилки. А СВМПЭ, какими бы свойствами он ни обладал, остается все же полиэтиленом, предельная температура эксплуатации которого не превышает 90 градусов Цельсия. Однако СВМПЭ отлично подходит для изготовления полицейских жилетов.
Основными поставщиками арамидных волокон из СВМПЭ для баллистических продуктов являются:
Комбинированная (многослойная) броня
Материалы для бронежилетов комбинированного типа подбираются в зависимости от условий, в которых будет эксплуатироваться бронеодежда. Разработчики СИБ комбинируют применяемые материалы и используют их вместе — таким образом удалось значительно улучшить защитные свойства бронеодежды. Текстильно-металлическая, керамикоорганопластиковая и другие виды комбинированной брони на сегодняшний день широко используются во всем мире.
Уровень защиты бронеодежды варьируется в зависимости от материалов, которые в ней используются. Однако, сегодня решающую роль играют не только сами материалы для бронежилетов, но и специальные покрытия. Благодаря достижениям нанотехнологии, уже разрабатываются модели, удароустойчивость которых многократно повышена при значительном уменьшении толщины и веса. Такая возможность возникает благодаря нанесению на гидрофобизированный кевлар специального геля с наночистицами, повышающего стойкость кевлара к динамическому удару в пять раз. Такая броня позволяет существенно уменьшить размеры бронежилета, сохраняя тот же класс защиты.
Алюминиевая броня для боевых машин
Во второй половине прошлого века широкое распространение получили боевые бронированные машины, защита которых обеспечивается катанными деталями того или иного рода из алюминиевых сплавов. Несмотря на кажущуюся мягкость и другие особенности, алюминий смог показать все свои преимущества перед стальной броней и даже потеснить ее в ряде сфер.
Долгая история
Алюминий как материал для перспективного бронирования начали рассматривать только в середине XX в. К примеру, в нашей стране работы в этом направлении стартовали в конце сороковых. Советские специалисты сначала искали возможность создания легкой брони для самолетов; затем начался такой же проект в интересах флота. И только к концу пятидесятых алюминиевую броню начали «примерять» к сухопутным ББМ. Схожие процессы в то время наблюдались и в зарубежных странах.
К началу шестидесятых годов советские и зарубежные металлурги нашли оптимальные сплавы алюминия и других металлов, способные показывать желаемые показатели прочности. К середине шестидесятых такие сплавы нашли применение в реальных проектах легкой бронетехники ряда типов. В одних случаях алюминий использовался самостоятельно, в других – вместе с другими металлами.
Впоследствии у нас и за рубежом появлялись новые сплавы – и новые бронемашины с подобной защитой. Готовые машины неоднократно участвовали в боях и показывали свои возможности. На испытаниях и на практике алюминиевая броня показала высокие характеристики и даже преимущества перед другой защитой. Все это позволяет ей до сих пор оставаться в строю.
Алюминиевые образцы
Из зарубежных образцов в первую очередь стоит отметить БТР M113 американской разработки. Детали корпуса толщиной до 44 мм изготавливаются из сплавов 5083 и 5086. Лобовая проекция защищена от 12,7-мм пуль, другие поверхности – от нормального калибра. Современные БМП M2 Bradley тоже строятся из алюминиевых сплавов 7039 и 5083. Лоб и борт усилены стальными экранами.
Технологии изготовления алюминиевого бронирования достаточно давно освоили и другие страны. Такая защита активно используется на ББМ разработки Великобритании, Германии, Франции и т.д. Некоторые сплавы и технологии сборки разработаны самостоятельно, другие приобретены у дружественных стран.
Вопрос технологий
Сам по себе алюминий не может служить достаточной защитой для ББМ из-за мягкости и недостаточной прочности, однако его сплавы способны показывать требуемые характеристики. Первыми появились и получили распространение нетермоупрочненные сплавы алюминия с магнием – АМг-6, 5083 и т.д. При сравнении с другими сплавами они показывают более высокие показатели противоосколочной защиты.
Существует группа сплавов с добавлением до 6-8 проц. магния и цинка – это советские АБТ-101 и АБТ-102, а также иностранные 7017, 7039 и т.д. Они отличаются увеличенной твердостью, что дает преимущества при защите от пуль или снарядов, но сокращает противоосколочный потенциал.
Алюминиевая броня может подвергаться дополнительной обработке, повышающей ее прочность. Прежде всего, это закалка и наклеп. С технологической точки зрения проще и удобнее термическое упрочнение – к тому же оно снимает ряд ограничений по производству деталей.
Броневая защита одной ББМ может включать элементы из разных сплавов с разными показателями толщины, углами установки и уровнем защиты. Так, для защиты от пуль нормального калибра требуется до 25-30 мм брони. Крупнокалиберные угрозы требуют ответ толщиной не менее 50-60 мм. Однако, несмотря на значительную толщину, такая броня не отличается чрезмерной массой. Возможно применение разнесенных преград.
Достаточно давно легкие сплавы начали комбинировать с другими материалами. В алюминиевые детали вставляют стальные или керамические элементы. Также в последние годы получили распространение накладные элементы дополнительной защиты, существенно улучшающие собственные показатели корпуса ББМ. Общая живучесть техники может повышаться и за счет средств динамической или активной защиты.
Преимущества перед конкурентами
Основное преимущество алюминиевых сплавов заключается в меньшей плотности. За счет этого алюминиевая конструкция с теми же параметрами деталей оказывается существенно легче стальной. Такая экономия массы может использоваться для сокращения весовых показателей ББМ, для наращивания брони с увеличением уровня защиты или для решения других конструкторских задач.
Алюминий и сплавы выгодно отличаются от стальной брони большей жесткостью. Это позволяет убрать из конструкции бронекорпуса силовые элементы и тем самым уменьшить его массу. В ряде случаев достигается экономия массы не менее 25-30 проц.
Алюминиевая броня хорошо показывает себя при малых углах попадания, а также при углах более 45°. В таких условиях сплавы алюминия уверенно гасят энергию пули или осколка, не позволяя им пройти через броню насквозь или выбить осколки с тыльной стороны. При больших углах также обеспечивается рикошетирование без серьезных повреждений брони. Впрочем, в диапазоне от 30 до 45 град. лучшие результаты показывает сталь.
В первые десятилетия своего развития алюминиевые сплавы проигрывали стали по стоимости производства, что негативно сказывалось на цене готовых ББМ. В дальнейшем прогресс и новые технологии позволили сократить этот разрыв. Кроме того, появились новые варианты бронирования – не хуже алюминиевых сплавов, но и не дешевле них. Так, титановая броня, как минимум, не тяжелее, а комбинированная защита на основе керамики позволяет в тех же габаритах создать более стойкую преграду. Однако и тот, и другой вариант, значительно дороже алюминиевых сплавов.
Объективные ограничения
При всех положительных отличиях от стальной брони, алюминиевая имеет несколько недостатков. Главный – необходимость увеличения толщины для того же уровня защиты. Как следствие, выполнение мощной противоснарядной брони из алюминиевого сплава не представляется возможным – как гомогенной, так и комбинированной. Именно по этой причине танки и другие ББМ с высоким уровнем защиты по-прежнему полагаются на сталь.
Термоупрочненные алюминиевые сплавы более чувствительны к высоким температурам, чем броневая сталь. Так, стальной бронекорпус в ходе пожара может потерять прочность и характеристики защиты, но в основном сохраняет конструктивную целостность – если его не разрушат другие факторы. Алюминиевая броня при горении ББМ сначала теряет стойкость к баллистическим угрозам, а затем размягчается и даже плавится. При достаточно длительном горении машина буквально складывается или распадается. Все это представляет большую опасность для экипажа и десанта, а также исключает восстановление.
В свое время возникали проблемы при внедрении алюминиевого бронирования в производство техники. Предприятия, ранее работавшие только со сталью, были вынуждены осваивать новый материал и связанные с ним технологии. Впрочем, к настоящему времени все такие проблемы решены, и алюминиевая броня столь же привычна для заводов, как и стальная. «Почетное звание» сложной новинки со временем перешло к иным разработкам.
Особое решение
Как видим, алюминиевые сплавы имеют определенные преимущества и представляют большой интерес для разработчиков боевых бронированных машин. С середины прошлого века такой интерес вылился в появление нескольких десятков видов бронетехники с тем или иным использованием брони из алюминиевых сплавов. Некоторые остались на уровне проектирования и испытаний, а другие строились десятками тысяч и успешно решали боевые и иные задачи.
Сплавы алюминия подтвердили свой потенциал в контексте бронирования и потому нашли самое широкое применение. Они не смогли полностью вытеснить привычные стальные отливки или листы, но в ряде направлений стали хорошей заменой для них. При этом развитие средств защиты техники не остановилось, и к настоящему времени в распоряжении заказчиков и разработчиков бронетехники есть длинный список разнообразных материалов – алюминиевые сплавы занимают в нем далеко не последнее место.
Алюминиевая броня: самая лёгкая защита для бронетехники
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.
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.
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.
