МНОГОСЛОЙНАЯ БРОНЕПРЕГРАДА Российский патент 1998 года по МПК F41H5/04 

Изобретение относится к многослойным материалам для создания высокоэффективных бронепреград, используемых в защитной одежде и для изготовления защитных изделий различного назначения, например бронепанелей транспортных средств и т.п.

Известно использование стальных бронепластин для создания преград в средствах индивидуальной защиты [1]
Для таких бронепластин используют высокопрочную конструкционную легированную сталь, например торсионную сталь марки 45ХН2МФА-Ш или 50ХЗН2М2ФА-Ш (патент РФ N 1700091, кл. С 22 С 38/46, 1991; Сысоева В.С. Маслова Н.С. Легкодух А. М. Конструктивная прочность высоконагруженных деталей: Справ.-атлас. -М. НТЦ "Информтехника", 1993).

Однако более высоким уровнем защитных свойств обладают многослойные бронепреграды, включающие многослойные пластины, позволяющие комбинировать в одном изделии разные качества материалов. Известно использование для создания бронепреград многослойных бронепластин, составленных из двух биметаллических стальных пластин, состоящих из мягкой подложки и твердого внешнего слоя, выполненных из высокопрочной конструкционной легированной стали [2, прототип]
Недостатком описанной бронепреграды является то, что высокотвердая сталь является хрупкой. При ударе пули пластина с твердым внешним слоем раскалывается и пробивается. Даже, если при первом выстреле сталь не пробивается, то при расколе пластины преграда уже не может обеспечить в дальнейшем необходимый уровень бронестойкости. Высокий удельный вес стали, равный 7,8-7,85 г/см³, делает нецелесообразным путь повышения бронестойкости бронепреград за счет увеличения толщины пластины, поскольку резко возрастает вес готовой защитной одежды, а следовательно снижаются ее эксплуатационные свойства.

В предлагаемом изобретении решается задача повышения прочности непробития бронепреграды (бронестойкости) и снижения ее веса.

Для этого в многослойной преграде с внешней стороны перед стальной подложкой из высокопрочной конструкционной легированной стали размещают пластину сплава на основе титана для уменьшения нагрузки на сталь. При ударе о преграду пуля деформируется. Рубашка пули, то есть ее оболочка, демонтируется, взаимодействуя с титаном, а со сталью взаимодействует уже только сердечник, поэтому сталь, даже при уменьшении ее толщины, уже не пробивается. В этом заключается технический эффект от использования заявленного изобретения. Причем при обратном расположении слоев в бронепреграде сначала сталь, а потом титан, указанного эффекта не достигается. (Энергии продуктов взаимодействия поражающего элемента со сталью в этом случае достаточно для пробития менее бронестойкой составляющей преграды титановой пластины.)
Кроме того, использование дополнительного слоя на основе титана позволяет снизить удельный вес единицы поверхности бронепреграды за счет уменьшения толщины стальной подложки и замены части стальной бронепреграды на титановую (по сравнению с монолитной стальной бронепреградой одинаковой броневой стойкости).

Из уровня техники известно использование сочетания титан-сталь для изготовления многослойных материалов. Например, в патенте Великобритании N 2201624, кл. В 32 В 15/01, 1988, описан материал, включающий слой стали, соединенный со слоем титана через промежуточную прослойку, обладающими высокими демпфирующими свойствами. Однако в данном случае состав стального слоя и слоя титанового сплава и их конструкционное исполнение не позволяют им выполнять функции бронепреграды.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Предложена многослойная бронепреграда, содержащая подложку из высокопрочной конструкционной легированной стали, в которой с внешней стороны на этой стальной подложке размещают пластину из среднепрочного или высокопрочного титанового сплава при соотношении толщины пластины из Ti-сплава (А) и стальной подложки (В), составляющем А/В=О,5-1,0. Дополнительно, для снижения контузионного действия, с тыльной стороны стальной подложки могут размещать еще одну пластину из сплава на основе Ti, толщиной А1=(0,2-0,5)В. При этом стальная подложка, внешняя и тыльная пластины на основе Ti могут быть соединены между собой через промежуточные полимерные слои или просто склеены. Однако также возможен вариант размещения компонентов бронепреграды, например в карманах защитной одежды с зазором до 10 мм между собой за счет разного радиуса кривизны стальной подложки и титановой пластины без какого-либо специального механизма их соединения. Указанный зазор может быть свободным от наполнителя или заполнен полимерным материалом, например пенополиэтиленом, пенополиуретаном.

С тыльной стороны бронепреграды целесообразно дополнительно размещать многослойный пакет из баллистической ткани для поглощения или задержки осколков и продуктов взаимодействия пули с преградой. Для изготовления пакета возможно использование баллистических тканей марок ТСВМ-ДЖ, армос, терлон, ТСВМ-К-12-Б-2 и т.д. В качестве материала для изготовления стальной подложки предлагается использовать высокопрочную конструкционную легированную, например торсионнуню сталь, включающую компоненты в следующем соотношении, мас.

Углерод 0,42-0,56
Хром 0,8-5,0
Никель 0,9-3,0
Молибден 0,2-2,7
Ванадий 0,1-0,35
Марганец 0,1-1,0
Кремний 0,17-0,9
Железо Остальное
при наличии неизбежных примесей фосфора и серы не более 0,020.

Этим условиям удовлетворяет торсионная сталь, например, марки 45ХН2МФА-Ш и 50ХЗН2М2ФА-Ш.

В качестве материала для изготовления титановой пластины, размещаемой на внешней стороне стальной подложки используют конструкционные среднепрочные или высокопрочные, дисперсионно-твердеющие, α+β-сплавы или псевдо-a-сплавы титана с одним или несколькими легирующими компонентами, выбранными из группы, включающей: Al, Mn, Zr, Mo, Fe, Cr, Si, В, V, Sn в количестве до 6 маc. (см. Глазунов С.Т. Конструкционные титановые сплавы. М. Металлургия, 1974, с. 137-143). Указанным параметрам удовлетворяют, например, такие марки титановых псевдо-a-cплавов, как ОТ4-0, ОТ4-1, ОТ4, ВТ4, ОТ4-2, а также марки титановых a+β-cплавов, таких как ВТ6, ВТ14, ВТ16 и особенно ВТ23, содержащий 4,5 мас. Al, 2,0 мас. Mo, 4,5 мас. V, 0,6 мас. Fe и 1 мас. Cr, остальное титан. При этом, когда пластину на основе титана изготавливают толщиной 2,5-4,0 мм, а стальную подложку толщиной 4,3-5,3 мм, получают выигрыш как по массе, так и по прочности преграды.

Пример.

Изготовлена бронепреграда для оснащения бронежилета представительского класса "Визит-М" в виде двухслойных бронепластин, содержащих подложку из стали следующего состава, мас. углерод 0,5; хром 3,0; никель 1,7; молибден 2,0; ванадий 0,3; марганец 0,5; кремний 0,27, сера до 0,012; фосфор 0,012; железо остальное, толщиной 4,7 мм.

На внешней стороне подложки разместили на клею пластину из титана толщиной 3,0 мм из сплава ВТ23 следующего состава, мас. алюминий 4,5; молибден 2,0; ванадий 4,5; железо 0,6; хром 1,0; титан остальное.

При этом толщина преграды составила 7,8 мм.

Провели сравнительные испытания со стальной бронепреградой толщиной 7,0 мм из стали марки 45ХН2МФА-Ш, для которой дистанция непробития пулей М 193 из винтовки М 16 А1 также составляет 10 м.

Бронепреграда, изготовленная согласно заявленному изобретению выдержала испытания в указанных условиях и дала снижение веса единицы поверхности преграды 0,435 г/см² по расчету: 0,7 см•7,85 г/см³=5,495 г/см², а 0,3•4,57+0,47•7,85= 5,060 г/см², что позволяет снизить массу бронежилета более чем на 1,2 кг при том же уровне защиты (при площади бронепреграды более 25-30 дм²).

Использование: изготовление защитной одежды, бронепанелей транспортных средств и т. п. Сущность: многослойная бронепреграда содержит подложку из высокопрочной конструкционной стали и размещенную на ней с внешней стороны пластину из среднепрочного или высокопрочного титанового сплава. Соотношение толщины пластины из титанового сплава (А) к толщине стальной подложки (В), составляет А/В=0,5-1. 1 с. и 10 з.п. ф-лы.

1. Многослойная бронепреграда, содержащая подложку из высокопрочной конструкционной легированной стали, отличающаяся тем, что с внешней стороны бронепреграды на стальной подложке дополнительно размещена пластина из среднепрочного или высокопрочного титанового сплава при соотношении толщины пластины из титанового сплава (А) и толщины стальной подложки (В), составляющей А/В 0,5 1,0. 2. Бронепреграда по п.1, отличающаяся тем, что для снижения контузионного действия с тыльной стороны стальной подложки дополнительно размещена пластина из сплава на основе титана толщиной А1 (0,2 0,5) • В, где В толщина стальной подложки. 3. Бронепреграда по п.1, отличающаяся тем, что стальная подложка, внешняя и тыльная пластины из сплава на основе титана соединены между собой через промежуточный слой на основе полимерных материалов или склеены. 4. Бронепреграда по п.1, отличающаяся тем, что для защиты от осколков с тыльной стороны бронепреграда дополнительно снабжена многослойным пакетом баллистической ткани. 5. Бронепреграда по п.1, отличающаяся тем, что стальная подложка выполнена из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.

Углерод 0,42 0,56
Хром 0,8 5,0
Никель 0,9 3,0
Молибден 0,2 2,7
Ванадий 0,1 0,35
Марганец 0,1 1,0
Кремний 0,17 0,9
Железо Остальное
6. Бронепреграда по п.1, отличающаяся тем, что размещенная на внешней стороне стальной подложки пластина в качестве среднепрочного или высокопрочного сплава на основе титана выполнена из конструкционного, дисперсионно твердеющего, псевдо-α- сплава или из α+β-сплава титана с одним или несколькими элементами, выбранными из группы, включающей алюминий, марганец, цирконий, молибден, железо, хром, кремний, бор, ванадий и олово в количестве до 6 мас.

Алюминий 4,5
Молибден 2,0
Ванадий 4,5
Железо 0,6
Хром 1,0
Титан Остальное
8. Бронепреграда по п. 1, отличающаяся тем, что стальная подложка выполнена из высокопрочной конструкционной торсионной стали толщиной 4,3 5,3 мм, а размещенная на ее внешней стороне пластина титана выполнена из титанового α+β-сплава толщиной 2,5 4,0 мм.