Танкова бронетехніка вимагає високої мобільності, швидкого розгортання в особливих умовах і високої живучості у зв'язку зі зміною режимів бою в останні роки. Тому необхідно розробити нові титанові сплави з високою питомою міцністю, а також недорогі технології виробництва, щоб уможливити застосування високоефективних титанових сплавів у танкових броньованих машинах.
Вільям А. Гуч та ін. у своєму огляді надають M2A2 Bradley дуже складну форму капітанського люка, завдяки використанню титанових кувань люк легший за вагою, ніж сталевий люк, а стійкість до пружності порівнянна з показниками попереднього сталевого люка.
У 2005-2006 ARL і British Aerospace Advanced Materials досліджували гарячепресовані сітчасті композитні вигнуті титанові балістичні вставки. Пластини виготовлені з титанових сплавів класу 3 і 4 під MIL-DTL- 46077G. ARL також досліджувала титанову броню для бронетранспортера M113A3, яка забезпечує кращий балістичний захист, ніж більш важка броня зі сталевим покриттям.
Титановий ламінат подвійної твердості, з’єднаний металургійним способом, подібний до сталі подвійної твердості, використовує механічні властивості та механізми балістичної реакції м’яких і твердих титанових панелей, щоб протистояти удару снаряда. Твердіші панелі використовуються для захисту від снарядів, а м’які опорні пластини використовуються для мінімізації розколювання на задній поверхні. Панельний сплав Ti-3Si-Fe-0.5N було зварено вальцями до опорної пластини Ti-7Al-2.5Mo для формування композитної пластини, яку потім термічно оброблені. Було виявлено, що панелі з твердістю Rc 60 або більше були оптимальними для балістичного захисту та максимальної стійкості до розколювання при співвідношенні товщини 70/30. Науково-дослідна лабораторія армії США (ARL) вивчила чотири процеси з’єднання, такі як прокатка, дифузійне з’єднання, гаряче ізостатичне пресування або зварювання вибухом, і виявила, що пружний опір можна збільшити на 10-25%. Пружний опір гаряче ізостатично спресованих ламінатів Ti-6Al- 4V/CP Ti було покращено приблизно на 10 відсотків порівняно з одним ізотропним Ti-6AL- 4V плита.
Підприємство UK Aerospace Advanced Materials за контрактом з ARL розробило процес виготовлення блоків FGM з використанням порошкових сумішей титану та титану/дибориду титану (TiB2) у формі гарячого пресування великої майже сітчастої форми для утворення дібориду титану (TiB2). тверда поверхня/титан-металева підкладка, з проміжним шаром градієнтної структури. Інший, більш досконалий, — гарячі ізостатичні керамічні композити на основі титану. Балістичні випробування на удар показали, що серцевини бронебійних снарядів зі сплаву вольфраму можуть бути пошкоджені механізмом відмови, який називається межфазовим блокуванням.
Компанія ARL профінансувала розробку титану P900 з використанням двох різних методів лиття, щоб продемонструвати можливість виробництва легких виливків із чистого титану та стійкість таких виливків до кінетичної енергії бронебійних снарядів. Мета полягала в тому, щоб розробити титанову пластину P900, яка б відповідала загальним вимогам щодо характеристик сталевих військових специфікацій, але значно зменшувала б вагу військової платформи. Ця лита титанова пластина була виточена з отворами певної відстані та певної форми.
Розробка та застосування сплавів, відмінних від Ti-6Al- 4V, також дає значні переваги через зменшення використання більш дорогих легуючих елементів і менш вартісну обробку електронним або плазмовим променем .ARL вважає, що цей технологічний напрям збільшить використання титану в наземному обладнанні в майбутньому, або як самостійний конструкційний матеріал, або в поєднанні з іншими матеріалами. ARL дослідила низку потенційних застосувань для титанових сплавів Grade 4 ARL дослідив низку потенційних застосувань для титанових сплавів класу 4, включаючи TIMET 62S і ATI 425-MIL; останній сплав демонструє подібні балістичні властивості до стандартного сплаву Ti-6Al-4V класу 2, але використовує залізо (Fe) замість певної кількості ванадію (V) як бета-стабілізатор. Сплав також можна піддавати холодній і гарячій обробці, що виявилося головною перевагою в різних додатках розробки. Дослідження показали, що титановий сплав MIL-DTL- 46077G Grade 4 ATI 425-MIL має велику здатність до вигину.
Танк M1A2 Abrams зменшив вагу компонентів шасі завдяки спільним зусиллям, щоб перевищити 1500 фунтів. Люк капітана M2A2 Bradley Fighting Vehicle виготовлено з титану, а верхній захист зроблено з титану. У бічних коробках реактивної броні використовуються титанові пластини замість сталевих пластин, що зменшує вагу реактивної броні.
Наразі титан також використовується у двох версіях сімейства транспортних засобів Stryker. З титану виготовлені кузови зброї Stryker Mobile Protected Gun System, а також титановий комплект захисту навідника на моделях Stryker RV і FSV. Конструкція титанового прототипу BAEPegasus Wheeled Vehicle Structure рання частина корпусу бойової машини майбутнього, яка використовувалася для випробування композитної броні. Нижня частина кузова та передня частина виготовлені з недорогого титану військової специфікації MIL-DTL- 46077G Grade 3, а весь автомобіль складається з композитної та просторової рами у верхній частині кузова. Транспортний засіб пройшов ретельні балістичні випробування та ударне навантаження.
Дослідження армії США оцінювали односортний розплавлений титан для використання в армійських наземних бойових машинах. Механічні властивості при розтягуванні та в’язкість до руйнування були подібні до традиційного листа T-6Al- 4V аерокосмічної якості. Електронно-променева холодна плавильна піч (EBCHM) має пружний опір, подібний до MIL-T-9046. Існує також ряд армійських програм, які отримують вигоду від використання одностадійної недорогої плавки титану. Армія США успішно перевірила використання недорогих титанових сплавів у копії транспортного засобу Pegasus. Дані випробувань пружного опору пластини EBCHM Ti-6Al- 4V. Як видно, усі значення V50 вищі за стандартні MIL-DTL- 46077F.
Зменшення ваги є важливим критерієм вибору матеріалів броні. Досліджуються різні нові матеріали для легкої броні, і титанові сплави є потенційними кандидатами через їхню високу питому міцність, стійкість до корозії та хороші балістичні властивості. G.Sukumar et al. досліджували вплив термічної обробки на механічні та антипружні властивості титанового сплаву Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe. Було показано, що титанові пластини, оброблені та зістарені (930 градусів і 900 градусів) у зоні +, показали хорошу міцність і пластичність. Ударні властивості Ti- 4Al-2.3V-1 Пластини .9Fe під час обробки + розчином і старіння (900 градусів STA) були кращими, ніж пластини Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe, відпалені роликом. Порівняно з плитами Ti-6Al- 4V, обробленими валком, обробленими розчином + і старінням, 900 градусів STA Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe пластини мають кращі балістичні властивості для сферичних снарядів калібру 7,62 мм.
Пінг Сонг та ін. досліджував власну поведінку Ti{{0}}Al-3V-2Cr-2Fe під впливом високої швидкості за допомогою експерименту, моделі та перевірки. Балістичні характеристики мішені Ti-5322 товщиною 7 мм досліджувалися за допомогою балістичних тестів на удар, а точність конститутивної моделі перевірялася балістичними тестами. Експериментальні результати показують, що внутрішня модель JC може добре передбачити кінцеву швидкість проникнення Ti-5322 мішені та зниження швидкості фрагмента під час процесу проникнення. Балістичні граничні швидкості кульки зі сплаву вольфраму діаметром 10 мм на мішені з Ti{{10}} товщиною 7 мм під кутом 0 градусів і 30 градусів становлять 416,0 м/с і 484,8 м/с відповідно. За тих самих умов деформації межа текучості нового недорогого титанового сплаву Ti-5322 значно вища, ніж у титанового сплаву Ti6Al4V. У квазістатичних умовах (0,01 с-1) межа текучості при стиску титанового сплаву Ti-5322 становить 1255 МПа, що на 20% вище ніж у Ti6Al4V. У динамічних умовах (600-2 000 с-1) межа текучості титанового сплаву Ti-5322 становить 1 430-1 470 МПа, що на 28% вище ніж у Ti6Al4V.
Ахсан Уль Хак та ін. розглянули різні матеріали з високим енергопоглинанням. Стільникові сендвіч-панелі широко розвинені завдяки меншій щільності та вищій здатності поглинати енергію. Серед усіх легких сплавів титанова броня виділяється своєю еластичною стійкістю, але через високу вартість поки важко досягти застосування в наземній зброї. Однак ламінати зі сплаву титан + алюміній стали головним досягненням у багатошаровій броні.C. Broeckhoven і A.du Plessis змоделювали людський бронежилет Ti-6Al- 4V, щоб оцінити його потенціал для захисту. Зокрема, вони повідомили, що біонічні зразки захисту від удару можуть бути виготовлені за допомогою адитивних методів виробництва, і показали, що точкові оболонки можуть демонструвати високе поглинання енергії під час пластичності.
Процеси порошкової металургії можна використовувати для виготовлення більш структурно складних компонентів, а також для створення градієнтних функціональних броньових матеріалів. Для захисту від бронебійних снарядів для різних загрозливих об'єктів і фаз проникнення може бути розроблена структурна броня з різними градієнтами ефективності.
Компанія ADAMProducts Inc дослідила виробництво військових титанових сплавів за допомогою недорогого твердотільного порошкового металургійного процесу. Броньована плита P/MT-6Al- 4V була виготовлена за допомогою недорогої інноваційної технології виробництва титанового порошку, економного методу змішаної порошкової металургії, холодного ізостатичного пресування, спікання, прокатки, екструзії та термічна обробка (відпал 1 350 градус F протягом 4 годин). Властивості броньової пластини на розтягнення при кімнатній температурі наведено в таблиці 3. Вміст азоту, кисню та водню становив 0.008, 0,158 і 0,005 відповідно 4.
Компанія також використовувала цю техніку для розробки капітанського люка P/MTi{{0}}Al- 4V, за винятком того, що прокатку було замінено куванням, а термічну обробку було відпалено при 1,3 00 градус F протягом 2 год. Вміст азоту, кисню та водню становив 0.021, 0,179 і 0.001 8. Властивості матеріалу люка при кімнатній температурі на розтягування (товщина 1,375 дюйма) з точки зору міцності на розрив, межі текучості, подовження та усадки склали від 143,8 до 149,3 ksi, від 132,1 до 136,3 ksi, від 14,0% до 15,5% та від 34,1% до 37,7%.
Марковський Павло Євгенович та ін. досліджував механічну поведінку шароподібних структур титанової основи, отриманих за допомогою порошкової металургії змішаних елементів. Шароподібні структури титанової основи складалися з шарів Ti-6Al- 4V, (%) (Ti-64) металопластикових матричних композитів, зміцнених 5% і 10% (за об’ємом) частинок TiB або TiC. Було проведено порівняння з попередніми даними для сплавів Ti-64, виготовлених методами лиття та кування. Наявність у сплаві армуючих частинок TiB і TiC призвела до значного зниження міцності та пластичності композитів з металевою матрицею порівняно з рівномірно спеченим сплавом Ti-64, оскільки ці частинки створювали додаткові місця для утворення тріщин і пор. і сприяв крихкості матеріалу. Однак, коли композитні шари металевої матриці використовувалися в двошаровій структурі з шаром сплаву Ti-64, випробування на триточковий згин показали значне збільшення напруги згину порівняно з однорідним сплавом Ti-64 і однорідна металева матрична композитна структура. Здатність двошарової структури поглинати вищу енергію удару порівняно з однорідним шаром свідчить про те, що ламінована структура краще відповідає вимогам балістичних застосувань.
Стенлі Абковіц та ін. зазначив, що постійний інтерес промисловості та військових до порошкової металургії титану, завдяки покращеній продуктивності, якої можна досягти шляхом виробництва компонентів майже чистої форми в різних розмірах від кількох грамів до сотень кілограмів, викликав необхідність розробки специфікація Американського товариства з випробувань і матеріалів (ASTM), щоб забезпечити універсальний стандарт для титанових виробів порошкової металургії для полегшення їх застосування. Dynamet підготував ASTM B988-13, Стандартну специфікацію для структурних компонентів порошкової металургії з титану та титанових сплавів. Новий стандарт включає продукти порошкової металургії для нелегованого чистого титану (класи 1, 2, 3 і 4), Ti-6Al- 4V (клас 5), Ti-3Al{{11 }}.5V (клас 9), Ti-6Al- 4V LI (низький кліренс) і Ti-6Al-6V-2Sn. Стандарт сприятиме широкому спектру промислових, комерційних і військових застосувань порошкового металургійного титану.
Комерційні можливості доступного порошкового металургійного титану розширюються завдяки здатності виробляти високоякісні порошкові металургійні вироби Ti-6Al- 4V майже чистої форми з властивостями розтягування, порівнянними зі звичайним Ti-6 Al- 4V.RTI International придбала компанію Dynamet Technologies, Inc., яка прискорить використання технології порошків із змішаними елементами в комерційних літаках, медичних, промислових і військових компонентах із титанових сплавів. Додатки.
Матеріали на основі титану поєднують високу міцність і твердість поверхневого шару з достатньою пластичністю основного металу, щоб бути дуже перспективними в різноманітних застосуваннях, зокрема як компоненти броні у військовій техніці. Поєднання високої міцності, твердості та в'язкості можна досягти шляхом створення багатошарових структур з різними властивостями.О.М. Івасишин та ін. досліджували мікроструктурні характеристики, механічні властивості та балістичний захист шаруватих матеріалів на основі титану. Для виготовлення таких шаруватих структур було використано два різні методи. Першим був звичайний металургійний (штампування) метод, а потім швидка поверхнева термічна обробка сплавів Ti-6Al-4V і T110, яка використовувалася для створення ієрархічних структур з різними механічними властивостями в напрямку від товщини матеріалу. Другий — метод елементної порошкової металургії для виготовлення комбінованих структур із шарів сплаву Ti-6Al- 4V і композитних шарів на його основі, зміцнених частинками TiC або TiB. Дво- та тришарові експериментальні пластини на основі сплаву Ti-6Al- 4V (VT6) були виготовлені на основі попередньо отриманого оптимізованого методу змішаного елементного порошку, де поверхневий шар являв собою композит, зміцнений частинками TiC . Балістичні випробування тими ж кулями встановили незаперечні переваги шаруватого матеріалу однакової товщини.
В останні роки технологія 3D-друку стрімко розвивається, і є можливість друкувати структури, які неможливо реалізувати за допомогою традиційних процесів. Захист від високошвидкісних бронебійних бомб і вибухових хвиль може бути досягнутий стільниковими і матричними структурами з різних матеріалів, які були оцінені дослідниками в галузі бронезахисту та виконаними проектами. RaminRahmani et al. досліджували легкий композитний матеріал Ti6Al4V-Alsi10Mg, отриманий шляхом поєднання методів селективного лазерного плавлення та спікання в розрядній плазмі. Стільникова сітчаста структура (рівномірна сітчаста або градієнтна сітчаста структура) використовувалася для опору ударам і пробиття бронебійних куль. Результати демонструють важливість об’ємної частки точкової матриці Ti6Al4V для ударостійкості. Конструкції з меншими розмірами комірок і більш тонкими діаметрами опор мають такі ж характеристики, як і конструкції з більшими розмірами клітин і більш грубими стійками. Результати кінцевих елементів показують, що рівномірна точкова матрична структура з більшою об’ємною часткою є більш ефективною для запобігання проникненню снаряда, тоді як градієнтна точкова матриця підвищує стійкість матеріалу до кручення/деформації та, таким чином, підвищує стійкість матеріалу до пошкоджень.
