Гомогенная броня.

       На заре появления сухопутной бронетехники, основным типом защиты были простые стальные листы. Их старшие товарищи, броненосцы и бронепоезда, к этому времени успели обзавестись цементированной и многослойной броней, но, в серийное танкостроение эти типы брони пришли лишь после ПМВ.

        Гомогенная броня представляет собой горячекатаные листы или литые конструкции, из которых тем или иным методом собирают броневой корпус. Первым методом сборки были заклепки, как самый дешевый и быстрый на тот момент. Позже болтовые соединения существенно потеснили заклепки. К середине ВМВ основным методом соединения броневых плит стала электродуговая сварка. Первоначально сварка преимущественно была ручная газопламенная, но, развитие электротехники и освоение массового производства электродов достаточно высокого качества, привели к более широкому использованию электродуговой сварки. С начала 1930-х годов делались попытки внедрения в серийное производство автоматической электродуговой сварки. Но, достичь приемлемого качества при приемлемой стоимости удалось только в годы ВМВ в СССР, когда при производстве танков Т-34-76 и танков семейства КВ, впервые в мире стали применять автоматическую электродуговую сварку под слоем порошкового флюса.

        Несмотря на изобретение электродуговой сварки еще в конце 19-го века российским инженером Н.Н. Бенардосом, вплоть до конца ВМВ в танкостроении ограниченно применялось соединение броневых плит на болты и заклепки. Это стало следствием проблем, которые возникают при сварке толстых плит из среднеуглеродистых сталей (0,25-0,45%С). Высокоуглеродистые стали в танкостроении даже сейчас практически не применяются.

        Также, сложно добиться качественных сварных швов при сварке легированных и недостаточно очищенных сталей. Для измельчения структурного зерна сталей используют добавки марганца и других легирующих элементов. Они так же, повышают прокаливаемость сталей, тем самым, снижая локальные напряжения в сварном шве. Иногда может применяться закалка броневых плит, но, этот метод применяется крайне ограниченно, так как, предварительно закаленные броневые плиты при сварочном соединении создают еще большие проблемы из-за неоднородности поля внутренних напряжений. Для снятия напряжений обычно используют нормализационный отжиг или низкий отпуск. Но, для достижения существенного повышения твердости, вначале сталь должна быть закаленной на мартенсит или на троостит (то есть, высокая закалка). Высокая закалка толстостенных деталей сложной формы всегда представляет большую сложность, если это деталь величиной с корпус танка, то задача практически не решаемая.

        Для повышения стойкости гомогенной брони желательно повысить твердость поверхности броневых плит, а сердцевины и строну, обращенную внутрь, оставить вязкой и сравнительно эластичной. Этот подход впервые был реализован на броненосцах конца 19-го века. В бронетехнике это решение применялось намного уже.

         Проблема цементации заключается в необходимости долгой выдержки детали в порошковом карбюризаторе (смесь на основе кокса, нескольких процентов извести, и небольшой добавки поташа) при температурах 500-800*С. При этом проблематично добиться равномерной толщины карбидного слоя. К тому же, сердцевина стальной детали становится крупнозернистой, что резко снижает ее усталостную прочность и несколько снижает все прочностные параметры.

      Более совершенный метод – азотирование. Азотирование проводить технически сложнее, но, после азотирования деталь подвергается нормализационному отжигу с охлаждением в масле. Это несколько компенсирует увеличение структурного зерна. Но, глубина слоя азотирования не превышает одного миллиметра при времени азотирования в десятки часов.

       Прекрасный метод – цианидирование. Проводится быстрее, твердость не ниже, температура нагрева сравнительно небольшая. Но, окунать броневые плиты (и тем более, корпус танка) в расплавленную смесь цианидов, это, мягко говоря, неэкологично, да и вообще, сомнительное удовольствие.

       Оптимальные свойства броневой защиты можно достичь использованием сварного корпуса из среднеуглеродистой стали, а сверху закрыть корпус сварными и/или соединенными на резьбу плитами из закаленной высокопрочной стали.

                    Композитная броня.

       Композитные материалы это, в общем случае, материалы, сочетающие в себе два и более компонента с сильно отличающимися свойствами. К ним можно отнести армированные, многослойные, наполненные, и другие композиции (“композиция”, в данном значении, можно примерно перевести как “смесь” или “совмещение”).

       К классическим примерам композитных материалов можно отнести простые железобетонные плиты, или, например, смесь кобальта и порошкового карбида вольфрама, используемую для производства твердосплавных наплавок быстрорежущего инструмента. При этом, классическое значение, и наибольшую известность термин “композитные материалы” приобрел применительно к композициям на основе полимерных матриц, усиленных тем или иным армированием (волокно, порошки, ровинги, войлоки (нетканые текстили), полые сферы, ткани, и пр.).

      Применительно к броневой защите, композитная броня это броня, включающая конструктивные элементы из материалов с сильно отличающимися свойствами. Как мы уже сказали выше, внешние плиты желательно сделать максимально твердыми, а несущей основе оставить хорошую обрабатываемость, и высокую вязкость.

       Следовательно, композитная броня может включать в себя различные сочетания из вязкого и упругого материал и высокотвердого материала: среднеуглеродистая сталь + керамика, алюминий + керамика, титановый сплав + закаленная инструментальная сталь, кварцевое стекло + броневая сталь, стеклопластик + керамика + сталь, сталь + СВМПЭ + корундовая керамика, и мн. др. Обычно, внешняя плита изготавливается из материала со средними прочностными свойствами, она выполняет функцию противокумулятивного экрана, а так же, обеспечивает защиту твердых хрупких элементов от попаданий осколков и пуль. Самый нижний слой выполняется несущим, оптимальный материал для него броневая сталь и/или алюминиевые сплавы. Если позволяет средства, то титановые сплавы. Для остановки наиболее эффективных противотанковых средств может дополнительно использоваться подбой из высокопрочного волокна (обычно кевлар, но, иногда используют нейлон, лавсан, капрон, СВМПЭ, и пр.). Подбой останавливает осколки, возникающие при неполном пробивании брони, обломки разрушившегося сердечника БОПС, мелкие осколки от небольшой пробоины кумулятивным снарядом. Кроме того, подбой повышает теплоизоляцию и звукоизоляцию машины. Веса подбой особо не добавляет, больше влияя на стоимость бронетехники.

       В отличие от гомогенной брони, любая композитная броня работает на разрушение. Проще говоря, верхний экран легко пробивается практически любыми ПТ средствами. Твердые пластины выполняют свою функцию в процессе более или менее хрупкого разрушения, а несущая часть брони останавливает уже рассеянный удар кумулятивной струи или обломки сердечника БОПС. Подбой подстраховывает от более мощных ПТ средств, но, его возможности весьма ограничены.

        При проектировании композитной брони так же учитываются три немаловажных фактора: стоимость, плотность, и обрабатываемость материал. Камнем преткновения керамики является обрабатываемость. Кварцевое стекло, так же, имеет плохую обрабатываемость, да и солидную стоимость. Стали и сплавы вольфрама отличаются высокой плотностью. Полимеры, хотя и весьма легкие, но, стоят обычно дорого, да и чувствительны к огню (как и к длительному нагреву). Алюминиевые сплавы сравнительно дороги, и имеют низкую твердость. Идеального материала, к сожалению, нет. Но, те или иные сочетания различных материалов, часто позволяют оптимально решить техническую задачу при приемлемой стоимости.