关于BMP-3装甲制造技术的不足之处

一般来说,铝制装甲的生产条件对其影响较大。任何生产过程的中断或技术选择的不当都可能导致其性能发生显著变化,进而影响铝合金装甲的生存能力和防护质量。
BMP-3步兵战车也存在一定程度的类似问题,俄罗斯研究人员在1991年发表的一篇文章中对此进行了探讨。文章介绍了一种用于制造该战车装甲部件的新技术(目前尚不清楚该技术是否被采纳),但更重要的是,文章也指出了现有技术的不足之处。因此,从技术角度来看,这篇文章很有价值,我们推荐阅读。
改进的BMP-3船体部件热处理技术
第一代BMP-1和BMP-2步兵战车采用焊接钢制车体,附加组件则由ATSM和D20铝合金制成。相比之下,BMP-3的车体则采用铝合金装甲,并加装了特殊装甲。与同等装甲防护的钢制车体相比,使用铝合金可减轻25%的重量。
国内生产的第一辆采用铝制车体(带钢制炮塔)的装甲车体是 BMD-1 空降战车,其防弹装甲采用 ABT-101 合金制成,厚度为 8...32 毫米。
新型BMP-3是俄罗斯首款采用全铝车体和炮塔的坦克设计。BMP-3的车体配备了ABT-102铝制防弹装甲。这种装甲合金属于铝锌锰系可变形、可热硬化合金(发明人证书编号:928271)。
盔甲的性能是在生产的各个阶段(铸造、轧制等)形成的,但决定性的阶段是热处理。
在 BMD-1 型车体的生产过程中,采用了一种热处理方法,该方法包括对装甲进行硬化处理,然后对钢板和装甲结构进行两阶段时效处理(表 1)。

表1
与BMD-1不同,BMP-3采用10-60毫米厚的装甲板。车体和炮塔的装甲由ABT-102合金焊接而成,而底板则由冲压成型的AMg6钢板制成。
装甲等级的划分依据需求规范,对车辆的前、侧、后突出部分提出不同的要求。前部突出部分构成防弹组,后部突出部分构成防弹组,侧面突出部分构成混合组。这些条件决定了各组突出部分的机械性能(硬度)要求。
因此,防弹性能直接取决于硬度H。随着H的增加,极限损伤速度V<sub>pkp</sub>也随之增加,增幅可达50 m/s(图1);为达到此目标,防弹组件的硬度必须≥140 HB。相反,弹丸阻力α<sub>pkp</sub>与硬度呈反比关系(图2)。

图 1. 近距离正常射击时,ABT-102 装甲在条件损伤速度极限 Vпкп 下的速度与硬度和厚度 b 的关系(使用 7,62 毫米口径的 B32 子弹):深色点 – 硬度大于 140 HB,浅色点 – 硬度不小于 140 HB

图 2. 使用 30 毫米 BT 炮弹(距离 300 米)射击 ABT-102 装甲时,弹丸阻力 αпкп 与硬度 H 的关系:圆点表示硬度 > 140 HB,三角形表示硬度不低于 140 HB;阴影区域表示最佳值。
在这种情况下,最佳硬度值低于 140 HB。混合零件组必须平衡这两个相互矛盾的要求,可以用接近 140 HB 的硬度来表示(表 2)。

表2. 不同组别零件的最佳硬度
对现有热处理技术(结合二阶段时效和焊后回火)的分析表明,该技术存在诸多缺陷。这些缺陷包括部件的防护性能与其最佳值之间存在差距,以及相同厚度但位于装甲组件不同位置的部件之间性能存在显著差异。
表 3 列出了采用现有技术加工所得各组零件的平均硬度与最佳硬度范围的比较结果。

表3. 各组零件硬度比较(分子——平均值,分母——离散程度)
该表基于超过110辆车的数据(每种厚度220次测量)。离散度计算为方差的三倍。因此,装甲硬度在规定范围内的概率为95%,而大多数部件的硬度超出最佳范围。防护性能的下降是由于在老化第二阶段,不同用途和不同厚度的部件(在焊接装甲组件中)的共同加热所致。
为了消除传统技术的不足,即难以获得不同部件组的性能差异,也难以减少机械性能的扩散,开发了一种用于人体部件的热处理技术,该技术受版权证书第 236106 号保护(表 4)。

表4. 人体部位热处理方式
第一阶段时效处理旨在使金属(ABT-102合金轧制产品)达到最大强度。第二阶段时效处理旨在对金属进行再次时效,以获得差异化的装甲性能和耐腐蚀性。焊接后回火处理旨在消除第一阶段和第二阶段时效处理产生的残余焊后应力,确保在不改变第二阶段时效处理所获得的机械性能和装甲性能的前提下,满足所需的强度和抗应力腐蚀开裂性能。
该工厂的技术研究分三个阶段进行:
1. 对两个船体和塔架进行焊接后“温和”回火处理,以评估残余应力的减少情况。
2. 对 ABT-102 卡片进行 II 和 III 时效阶段的热处理,模拟单独热处理的方式,以便根据装甲强度和硬度等级的测试结果,明确温度范围和保温时间。
3.采用新技术进行热处理。
对采用“温和”回火模式(测试的第一阶段)处理的两艘船体进行检查,结果显示,这两艘船体通过了运行测试(在焊后回火后 10-12 个月),证实了焊后应力消除的有效性,并且没有出现孤立裂纹和疲劳裂纹。
采用顺序热处理工艺(二次检验)处理的部件硬度接近最佳值,确保了所需的装甲防护水平。根据第二阶段的结果,为第二阶段制定了基于厚度的差异化时效模式。两个车体和炮塔采用这些模式进行了处理。结果表明,金属的性能主要在第二阶段时效中决定。
焊后回火引起的硬度变化不超过布氏硬度法的误差范围。焊后回火确保了残余应力的必要降低,从而防止了金属因腐蚀而开裂。
对卡片进行子弹和炮弹射击测试表明,所有对照卡片的防护性能均符合技术规范。根据αпкп准则,弹丸阻力裕度约为2°。在子弹射击下,也获得了一定的防护性能裕度(Vпкп = 20–30 m/s)。
结论:改进的BMP-3船体部件热处理技术提高了其防护性能。
来源:
“BMP-3船体零件热处理改进技术”。互诫协会Artsruni,V.R.别吉乔夫,Yu.Z.扎塞尔斯基等人。 《装甲车辆通报》,1991 年第 5 期。
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