Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania modułów ochronnych pancerza o wysokiej odporności balistycznej zwłaszcza pojazdów wojskowych na wielokrotne przebicie pociskami.The subject of the invention is a method of manufacturing protective armor modules with high ballistic resistance, in particular for military vehicles, against multiple bullet penetration.
Znane dotychczas sposoby tworzenia warstw gradientowych modułów ochronnych pancerza pojazdów wojskowych, polegają na nakładaniu na podłoże stalowe warstw za pomocą natryskiwania cieplnego. W jednym z zastosowań pierwsza warstwa spajająca natryskiwana jest zwykle czystym aluminium na płytę stalową lub aluminiową, a na nią natryskiwane są kolejne warstwy cermetalowy będące mieszanką proszku aluminium i tlenku glinu o wzrastającej zawartości tlenku do 100% w warstwie wierzchniej. Znane są również zastosowania gdzie warstwy gradientowe są natryskiwane cieplnie stopem nanometalicznym lub cermetalami. Wadą tej metody są przede wszystkim niskie własności mechaniczne połączenia z podłożem, ograniczające odporność na wielokrotne przebicie pociskami. W przypadku napawania warstw gradientowych modułów ochronnych pancerza pojazdów wojskowych stosowane są warstwy o wysokiej twardości, lecz niskiej odporności na pękanie i odłupywanie, tworząc dużą ilość niepożądanych odłamków.The hitherto known methods of creating gradient layers of armor protection modules of military vehicles consist in applying layers to the steel substrate by means of thermal spraying. In one application, the first bonding layer is typically pure aluminum sprayed onto a steel or aluminum plate, and successive cermet layers are sprayed over it, being a blend of aluminum powder and alumina with an oxide content increasing to 100% in the surface layer. There are also known applications where gradient layers are thermally sprayed with nanometallic alloy or cermets. The disadvantage of this method is, above all, the low mechanical properties of the connection with the ground, limiting the resistance to multiple bullets puncture. In the case of surfacing gradient layers of armor protection modules of military vehicles, layers of high hardness but low resistance to cracking and chipping are used, creating a large amount of undesirable fragments.
Sposób wytwarzania zewnętrznej warstwy gradientowej modułów ochronnych pancerza pojazdów wojskowych według wynalazku, polega na tym, że na powierzchnię blachy ze stali austenitycznej, korzystnie o grubości 4,0-6,0 mm, nanosi się przez napawanie metodą GMA drutem z aluminium lub stopu Al-Mg, wielościegową napoinę jednowarstwową, korzystnie o grubości 3-4 mm, która w wyniku kontrolowanego udziału metalu podłoża w napoinie, w zakresie 20-40%, tworzy stop typu Al-Fe-Ni-Cr, o twardości w zakresie 45-55 HRC, w zależności od parametrów i techniki napawania. Następnie oczyszcza się dokładnie powierzchnię napoiny i nakłada się druga warstwę napoiny metodą GMA tym samym drutem.The method of producing the outer gradient layer of protective armor modules of military vehicles according to the invention consists in applying to the surface of an austenitic steel sheet, preferably with a thickness of 4.0-6.0 mm, by GMA welding with a wire made of aluminum or Al alloy. Mg, a multi-run single-layer padding weld, preferably with a thickness of 3-4 mm, which, as a result of a controlled share of the base metal in the padding weld, in the range of 20-40%, forms an Al-Fe-Ni-Cr alloy with a hardness in the range of 45-55 HRC , depending on the parameters and technique of surfacing. Then, the surface of the padding weld is thoroughly cleaned and the second layer of padding weld is applied using the GMA method with the same wire.
Sposobem według wynalazku tworzony jest moduł ochronny pancerza, z warstwą o wysokiej odporności na wielokrotne przebicie pociskami (wielokrotny ostrzał), bardzo wysokiej przyczepności do podłoża i wysokiej odporności na odłupywanie, w wyniku zastosowaniu procesów nakładania warstw wierzchnich przez napawania GMA. Pierwsza warstwa ze stopu typu Al-Fe-Ni-Cr tworzonego w wyniku kontrolowanego wymieszania aluminium z austenitycznym metalem podłoża, napawana jest metodą GMA na podłoże ze stali austenitycznej, a druga warstwa również napawana GMA drutem aluminiowym, o minimalnym udziale materiału podłoża, tworzy warstwę o dużej plastyczności i odporności na pękanie, zapobiega w ten sposób odłupywaniu się udarowemu pod wpływem ostrzału bardzo twardej i kruchej warstwy wewnętrznej ze stopu typu Al-Fe-Ni-Cr. W celu dodatkowego zwiększenia plastyczności warstwy zewnętrznej zaleca się natryskiwanie cieplne warstwy z czystego aluminium lub stopu Ni-AI, korzystnie o grubości 1,5-2,0 mm.The method according to the invention creates a protective armor module with a layer of high resistance to multiple bullet penetration (multiple fire), very high adhesion to the substrate and high resistance to splitting, as a result of the application of topcoat application processes by GMA surfacing. The first layer, made of an Al-Fe-Ni-Cr type alloy, created as a result of the controlled mixing of aluminum with the austenitic metal of the substrate, is deposited by the GMA method on the austenitic steel substrate, and the second layer also covered with GMA with aluminum wire, with a minimum proportion of the base material, forms a with high plasticity and fracture toughness, thus preventing impact chipping under the influence of firing a very hard and brittle inner layer made of an Al-Fe-Ni-Cr alloy. In order to further increase the ductility of the outer layer, it is recommended to heat spray a pure aluminum or Ni-AI alloy layer, preferably 1.5-2.0 mm thick.
Sposób ten zapewnia możliwość wykonywania warstw gradientowych o wysokiej odporności balistycznej, o grubości regulowanej parametrami napawania GMA i natryskiwania cieplnego, spełniającej ustalone kryterium odporności balistycznej, cechujących się bardzo wysoką jakością połączenia z napawanym materiałem podłoża (przyczepnością do podłoża), a jednocześnie odpornością na odpływanie w wyniku wielokrotnego uderzenia pocisków, nieosiągalną dotychczas stosowanymi metodami tworzenia warstw gradientowych antybalistycznych. Bardzo ważna zaletą wynalazku jest kilkanaście lub kilkadziesiąt razy niższa cena drutu litego z aluminium technicznego lub ze stopu Al-Mg w stosunku do specjalnych drutów litych o drutów proszkowych zapewniających podobna odporność na ostrzał, oraz blisko dwukrotnie niższa masa właściwa stopu typu Al-Fe-Ni-Cr od masy właściwej warstw twardych na osnowie żelaza, niklu czy kobaltu.This method provides the possibility of making gradient layers with high ballistic resistance, with a thickness adjusted by the parameters of GMA surfacing and thermal spraying, meeting the established ballistic resistance criterion, characterized by a very high quality connection with the deposited substrate material (adhesion to the substrate), and at the same time resistance to flowing off in as a result of repeated impact of projectiles, unattainable with the previously used methods of creating gradient anti-ballistic layers. A very important advantage of the invention is a dozen or several times lower price of a solid wire made of technical aluminum or Al-Mg alloy in relation to special solid wires with flux-cored wires ensuring similar resistance to fire, and almost two times lower specific weight of an Al-Fe-Ni alloy. -Cr from the specific weight of hard layers based on iron, nickel or cobalt.
W celu uzyskania modułów ochronnych pancerzy pojazdów wojskowych o bardzo wysokiej odporności balistycznej, na odpowiednio przygotowanej powierzchni blachy ze stali AISI 304 o grubości 4,0 [mm], napawana jest wielościegowa napoina jednowarstwowa o grubości 4-5 [mm] metodą GMA drutem aluminiowym np. ze stopu AI-5 Mg. Energia liniowa napawania i trajektoria ruchu zakosowego palnika dobrane są tak, że udział metalu podłoża w napoinie może być regulowany z dużą dokładnością w zakresie 20-40%. W ten sposób regulowany jest skład chemiczny napoiny ze stopu Al-Fe-Ni-Cr, o bardzo wysokiej twardości w zakresie 45-55 HRC i bardzo wysokiej odporności balistycznej. Po oczyszczeniu powierzchni napoiny wielościegowej na jej powierzchnię napawana jest metodą GMA tym samym drutem ze stopu AI-5 Mg zewnętrzna miękka warstw o minimalnym udziale materiału podłoża lub natryskiwana jest łukowo dwoma drutami z czystego aluminium warstwa o grubości ok. 1,5-2,0 [mm], której zadaniem jest zapobieżenie odłupywaniu się udarowemu warstwy ze stopu typu Al-Fe-Ni-Cr.In order to obtain protective modules of armor of military vehicles with very high ballistic resistance, on a properly prepared surface of AISI 304 steel sheet with a thickness of 4.0 [mm], a multi-run single-layer padding weld with a thickness of 4-5 [mm] is welded using the GMA method with an aluminum wire, e.g. . from the alloy of AI-5 Mg. The linear energy of surfacing and the trajectory of the weaving movement of the torch are selected in such a way that the share of the base metal in the surfacing weld can be regulated with high accuracy in the range of 20-40%. In this way, the chemical composition of the Al-Fe-Ni-Cr alloy padding weld is regulated, with a very high hardness in the range of 45-55 HRC and very high ballistic resistance. After cleaning the surface of the multi-run padding weld, its surface is padded with the same wire made of the AI-5 Mg alloy with the same wire made of the AI-5 Mg alloy, or the outer soft layer with a minimum proportion of the base material, or a layer of approx. 1.5-2.0 thickness is arc sprayed with two wires of pure aluminum [mm], the purpose of which is to prevent the flaking of the Al-Fe-Ni-Cr alloy layer.