Высокоотпущенная высокой твёрдости – экспериментальная броня для танков ИС

Новый тип танковой брони – высокоотпущенная броня высокой твёрдости

Представляемая работа проводилась Московским филиалом (МФ) НИИ-48 в период с сентября по декабрь 1948 года бригадой в составе ст. инженеров Водиско А. М. (руководитель бригады) Пронина А. Г. и лаборантки Щеголевой А. М.

Изучение свариваемости проводилось ст. инженером Митрис П. П. и Андреевым В. П.

Вся работа проведена под руководством Начальника МФ НИИ-48 Делле В. А., главного инженера Данилевского О. Ф. и главного инженера 3-го Главного управления Народного комиссариата танковой промышленности Каневского Л. А.

Данный материал представляет собой основные результаты и выводы по работе.

Подробные технологические данные в обширный экспериментальный материал, во избежание загромождения основных выводов в данном отчёте, не приводятся.

Цель и метод получения нового типа брони

Для защиты лёгких, средних и тяжёлых танков в современном танкостроении применяется в большинстве случаев гомогенная броня.

Гетерогенная броня, обладающая в известных условиях испытания (при отношении толщины плиты к калибру снаряда равным единице и более), и особенно при испытании наиболее распространенными в настоящее время снарядами с остроконечной формой головной части, более высокой стойкости, вследствие сложности своего изготовления, до последнего времени распространения не получила.

Лишь сравнительно недавно МФ НИИ-48 было установлено, что гетерогенная броня используется немцами для защиты отдельных участков корпусов танков «Пантера» и «Фердинанд».

В отечественном танкостроении применяются исключительно два типа гомогенной брони – броня высокой твёрдости и броня средней твёрдости.

Первый из этих типов по сравнению со вторым, характеризуется при испытаниях под углами до 45-50 градусов более высокой противоснарядной стойкостью, особенно при стрельбе остроголовыми снарядами.


Наряду с более высокой стойкостью гомогенная броня высокой твёрдости, по сравнению с броней средней твёрдости, обладает повышенной хрупкостью, особенно в случае испытания снарядами крупного калибра. Последнее объясняется более низкими пластическими свойствами брони высокой твёрдости.

Повышенная хрупкость брони высокой твёрдости затрудняет возможность её применения для защиты от снарядов крупнокалиберной артиллерии.

Технологический процесс изготовления брони высокой твёрдости более сложен и менее стабилен в производстве, что нередко сопровождается большими затруднениями.

Особенно большие трудности возникают в производстве, в связи с образованием трещин на корпусах при их сварке и в процессе дальнейшей эксплуатации танков.

В броневой практике, например, зарегистрированы случаи, когда более 30 % выпускавшихся в отдельные периоды корпусов имели трещины различной длины.

При эксплуатации танков трещины в отдельных случаях увеличивались до 500-700 мм.

Неудивительно поэтому, что борьбе с появлением трещин уделялось и уделяется, особенно в настоящее время, исключительное внимание.

Можно сказать, что борьба с трещинами является центральным стержнем, вокруг которого вращаются основные вопросы технологии изготовления брони высокой твёрдости и корпусов из неё.

В результате применения разнообразных мероприятий, начиная от корректировки химического состава стали до отпуска сварных узлов включительно, в настоящее время на заводах НКТП (Народный комиссариат танковой промышленности) количество трещин на корпусах и их длина снижена до минимума. Однако всё же и сейчас не исключительна возможность возникновения вспышек брака по трещинам ввиду того, что при общем невысоком уровне качества броневого металла, незначительные, а порой даже незаметные нарушения в технологии изготовления броневых корпусов могут вызывать вспышки брака по трещинам.

В отличие от брони высокой твёрдости технологический процесс изготовления брони средней твёрдости отличается предельной простотой.

Однако самым ценным технологическим преимуществом брони средней твёрдости является малая чувствительность брони этого типа к образованию трещин по сварке.

Достаточно, например, сказать, что в практике броневого производства не зарегистрировано ни одного случая образования значительных по величине трещин на корпусах на брони средней твёрдости.

Последнее обстоятельство неслучайно, а является результатом особенностей технологического процесса изготовления брони средней твёрдости и её физико-механических свойств.

Главной и отличительной особенностью технологии изготовления брони средней твёрдости по сравнению с бронёй высокой твёрдости является проведение операции отпуска, после закалки, при температурах достаточных для снятия значительной части остаточных напряжений.

В самом деле, непосредственно после закалки броневые детали получают большие остаточные напряжения, величина которых достигает значений – 100-120 кг/мм².

При изготовлении брони высокой твёрдости, в процессе отпуска, выполняемого при сравнительно невысоких температурах 200-270 градусов, остаточные напряжения снижаются лишь частично.

Величина остаточных напряжений в деталях брони высокой твёрдости, подвергаемых после низкого отпуска правке, достигает значений не менее 60-90 кг/мм².

В процессе правки твёрдой брони можно ожидать дальнейшего увеличения остаточных напряжений.

В итоге детали брони высокой твёрдости поступают на сборку корпусов с весьма большими остаточными напряжениями.

Наоборот, в случае изготовления брони средней твёрдости, благодаря проведению операции отпуска при высоких температурах 580-650 градусов, остаточные напряжения почти полностью будут сняты. Возможно лишь возникновение сравнительно небольших по величине остаточных напряжений в результате быстрого охлаждения после высокого отпуска. Последующая правка пластичной брони средней твёрдости не в состоянии резко увеличить величину остаточных напряжений.

Таким образом, детали из брони средней твёрдости поступают на сборку со значительно меньшими остаточными напряжениями по сравнению с деталями из брони высокой твёрдости.

В процессе сборки и последующей сварки возникают дополнительные остаточные напряжения, связанные с большой жёсткостью закрепления деталей, а также вследствие особых условий нагрева и охлаждения при сварке в зоне сварного шва.

Суммарная величина остаточных напряжений в отдельных участках зоны сварного шва может оказаться достаточной для образования хрупких надрывов.

Дальнейшее развитие хрупких надрывов и трещины большой протяжённости определяется величиной остаточных напряжений, полученных в результате термической обработки, правки и условия закрепления свариваемых деталей.

Так как в деталях брони средней твёрдости эти напряжения незначительны, то именно в этой причине, в практике неизвестно случаев развития надрывов в большие трещины на деталях корпусов (изготовленных из брони средней твёрдости). Наоборот, появление больших трещин на деталях корпусов из брони высокой твёрдости является результатом действия в первую очередь значительных напряжений, полученных в итоге термической обработки и правки.

Если ко всему сказанному добавить, что броня средней твёрдости по сравнению с бронёй высокой твёрдости обладает большей пластичностью металла, что способствует разрежению остаточных напряжений за счёт местной пластической деформации, то становится понятна основная причина различного поведения этих двух типов брони в отношении возникновения, а главное – развития трещин.

Таким образом, на первый взгляд маловажный факт – температура конечного отпуска брони, в действительности же является колоссальным фактором, предопределяющим чувствительность брони к трещинам и их развитию во времени.

Отсюда становится ясным также и радикальный метод устранения трещин на броне высокой твёрдости.

Чтобы полностью исключить возможность образования значительных по величине трещин на корпусах из брони высокой твёрдости, необходимо радикально изменить метод термической обработки брони.

Вместо обычного способа термической обработки брони высокой твёрдости – закалка с низким отпуском, нужно перейти на закалку с высоким отпуском.

Совершенно очевидно, что для изготовления брони высокой твёрдости с применением в качестве конечной операции её термической обработки – высокого отпуска потребуется создание принципиально новых броневых марок стали.

Последнее обстоятельство вносит много переменных, например, остаётся совершенно открытый вопрос о бронестойкости этих новых марок стали и об их технологических особенностях.

Однако идея создания брони высокой твёрдости, несклонной к образованию трещин, столь заманчива, что, несмотря на большие трудности, стоящие перед исследователями, в 1943-1944 году Московским филиалом НИИ-48 была начата разработка нового типа брони – высокоотпущенной брони высокой твёрдости.

Создание несклонной к трещинам высокоотпущенной брони высокой твёрдости особенно актуально для тяжёлых танков, защищённых более толстой, чем например Т-34, броней.

В самом деле, применение для тяжёлых танков в обычной броне высокой твёрдости требует для её изготовления сильно легированных дефицитных никелем марок стали.

Однако, несмотря на это, по-прежнему, как и в производстве Т-34, а может быть, и ещё более остро стоит всегда вопрос о борьбе с трещинами, так как чем толще низкоотпущенная броня высокой твёрдости, тем больше в ней остаточных напряжений.

Наконец, при разработке нового типа брони предполагалось путём радикального изменения химического состава стали попытаться повысить бронестойкость или в худшем случае устранить хрупкие разрушения брони (трещин, расколов), как правило, наблюдаемые в испытаниях крупнокалиберными снарядами низкоотпущенной брони высокой твёрдости.

Химический состав марок стали высокоотпущенной брони высокой твёрдости

На рис. 1 показано влияние температуры отпуска после закалки, на величину остаточных напряжений в цилиндрических образцах.


Из данных рис. 1 следует, что для эффективного снятия остаточных напряжений в закаленной стали, последнюю необходимо отпускать при температурах порядка 550-600 градусов.

Если обратиться к общеизвестным диаграммам изменения механических свойств закаленных и отпущенных при различным температурах образцов стали марок 8с и 49с, нетрудно убедиться в том, что эти марки стали непригодны для высокоотпущенной брони высокой твёрдости.

В самом деле, марка стали 8с после запуска при указанных температурах имеет твёрдость 3,7-3,8, марка стали 49с – 3,4-3,5 мм по Бринеллю.

Следовательно, как первая, так и вторая неспособны дать достаточную для брони высокой твёрдости (2,9-3,3 мм) твёрдость после отпуска при температурах 550-600 градусов.

Отсюда, для высокоотпущенной брони твёрдости необходимо создать новые марки стали, основной особенностью которых должна быть высокая устойчивость при отпуске. Иными словами, эти марки стали должны иметь отпечаток по Бринеллю после отпуска при температуре 550-600 не более 3,2-3,3 мм.

Современное металловедение даёт исчерпывающие указания о методах решения поставленной задачи.

Высокая устойчивость стали при отпуске может быть получена путём её легирования карбидообразующими элементами с высокой температурой выделения карбидов.


Из данных таблицы следует, что марганец не оказывает заметного влияния на устойчивость стали при отпуске в области температур, достаточных для снятия остаточных закалочных напряжений.

Хром в этом отношении влияет значительно активнее марганца, однако все же хромистые стали оказываются недостаточно устойчивыми даже при содержании в них 0,30 процента молибдена.

Лишь в случае содержания хромистой стали около 0,4 процента молибдена достигается необходимая для брони высокой твёрдости твёрдость при отпуске порядка 600 градусов.

Интересно отметить, что повышение хрома с 2 до 2,5 процентов не отражается существенно на устойчивости твёрдости стали при отпуске.

Ещё более активно, чем молибден, влияет в рассматриваемом направлении ванадий, что объясняется более высокой температурой выделения его карбидов при отпуске.

Данные таблицы могут быть приняты как отправленные для конструирования марки стали высокоотпущенной брони высокой твёрдости.

Очевидно, что наиболее рациональными по составу должны быть признаны марки стали на хромо-молибденовой основе, содержащие около 0,4-0,45 процента молибдена, или хромо-молибдено-ванадиевые, имеющие в своём составе до 0,15-0,20 процента ванадия.

Содержание хрома в них, очевидно, должно быть задано не менее 1,5 процентов. Более высокое содержание хрома, как уже отмечалось выше, не вносит принципиальных изменений в отношении устойчивости твёрдости после отпуска, однако оно может быть продиктовано необходимостью улучшения прокаливаемости, в случае изготовления брони значительной толщины.

Что касается содержания никеля, то поскольку никель, относящийся к группе элементов, не образующих карбидов и, следовательно, не оказывающих существенного влияния на устойчивость твёрдости стали при высоком отпуске, его введение в стали для высокоотпущенной брони не является обязательным и может вызываться лишь стремлением улучшить технологические свойства и, в частности, получить необходимую прокаливаемость в больших сечениях брони.

В заключение следует отметить, что, очевидно, в марках стали для высокоотпущенной брони высокой твёрдости должно быть принято повышенное содержание углерода сообразно количеству карбидообразующих элементов.

Расчёт показывает, что для эффективного использования влияния этих элементов при содержании их в количестве 2,5-3,0 процента, содержание углерода должно быть принято в пределах 0,37-0,47 процента.

Более высокое, чем 0,5 процента, содержание углерода нецелесообразно, ввиду неизбежного ухудшения технологических свойств стали (трудность обработки на волокно, излишняя закаливаемость и т. п.).

Исходя из вышеизложенных соображений в работах Московского филиала НИИ-48, первоначально исследовались для высокоотпущенной брони твёрдости три марки стали, химический состав (отлитых плавок) которых показан в таблице ниже.


Как видно из данных таблицы, экспериментальные стали несколько отличаются между собой по содержанию никеля, третья марка стали имеет также более низкое содержание хрома.

Все три марки были выплавлены в мартеновских печах и предназначались главным образом для изучения свойств брони толщиной порядка 100 мм, однако попутно исследовались свойства и менее толстой брони, изготовленной из этих марок стали.

Некоторые физические и физико-химические свойства марок стали высокоотпущенной брони высокой твердости

При охлаждении в масле с температуры нагрева 850 градусов и выше, исследуемые марки стали легко воспринимают закалку, приобретая огромную твёрдость порядка 2,5 (рис. 2).


Однако устойчивые механические свойства после высокого отпуска закаленных образцов стали, как видно из данных рис. 3, наблюдаются лишь в том случае, если температура нагрева перед закалкой лежит выше 890-900 градусов.


Повышение температуры нагрева перед закалкой до 950 хотя не ухудшает заметно механических свойств стали, отпущенной при 340, но все же, как следует из данных первого столбца рис. 4, излишнее повышение температуры нагрева перед закалкой приводит к ухудшению вида излома высокоотпущенной стали. С этой точки зрения оптимальной температурой нагрева перед закалкой исследуемых марок стали следует считать 900-910 градусов.


Данные второго столбца рис. 4 показывают, что в качестве охлаждающей среды при закалке исследуемых марок стали не может быть использованы воздух и вода, так как в первом случае получается недостаточная скорость охлаждения, а во втором, наоборот, ввиду повышенной скорости охлаждения наблюдается возникновение трещин при закалке.

Единственно пригодной средой охлаждения при закалке исследуемых марок стали следует считать масло, что, вообще говоря, является их отрицательным свойством.

Однако из данных третьего и четвёртого столбца рис. 4 видно, что для закалки может быть использовано масло с весьма широким диапазоном скоростей охлаждения.

Последнее обстоятельство благоприятно с производственной точки зрения.


На рис. 5 показано изменение механических свойств исследуемых марок стали в зависимости от температуры отпуска после закалки.

Как видно из данных рисунка 5, механические характеристики стали, определяемые при испытании на растяжение, удар и твёрдость, изменяются после отпуска в интервале температур 520-660 прямолинейно.

Принимая в качестве оценки механических свойств соотношение между временным сопротивлением или твердостью и ударной вязкостью, нетрудно заметить, что наиболее неблагоприятным сочетанием этих свойств обладает марка И-1, которая при равной с другими испытуемыми марками стали твердости имеет более низкие пластические свойства, особенно в районе пониженной температуры отпуска.

Что касается свойств стали марок И-2 и И-3, в этом случае трудно отдать предпочтение какой-либо из них.

В самом деле, если марка стали И-2 обладает при равной твердости большой вязкостью после отпуска в районе температур порядка 650 градусов, то наоборот, она несколько уступает стали марки И-3 после отпуска около 520 градусов.

Абсолютные значения ударной вязкости стали испытуемых марок при твердости их порядка 3,2 находятся на нижнем пределе допускаемых для брони высокой твердости 5-3 кг/см².

Однако последнее, как увидим далее, не повлечет хрупких разрушений брони при снарядных испытаниях, так как, по-видимому, на свойства исследуемых марок стали не могут быть безоговорочно распространены закономерности, установленные при изучении принципиально отличающихся от них марок стали, применяемых для изготовления низкоотпущенной брони высокой твердости.

Наряду с механическими свойствами весьма важной характеристикой для броневых марок стали является способность легко обрабатываться на волокно.


Рис. 6 показывает, что в этом отношении стали марки И-1 и И-2 резко уступают стали марки И-3.

В самом деле, сталь марки И-3 позволяет надежно получить волокнистый излом при обработке брони на твердость 3,1-3,2 мм по Бринеллю. Образцы стали марки И-1 и И-2, имеющие такую же твердость, в изломе имеют «кристаллическую сыпь».

По всей вероятности, различие в поведении исследуемых марок стали И-1 и И-2 по сравнению со сталью марки И-3 связано с высоким содержанием хрома в них.

Из данных рис. 6 можно сделать также косвенные заключения и о прокаливаемости исследуемых марок стали. Очевидно, что сталь марки И-1 не обладает достаточной прокаливаемостью при толщине плит 120 мм, так как в этом случае даже при твердости 3,35-3,4 получается в изломе кристаллическая сыпь.

Что касается марок стали И-2 и И-3, то они вполне надежно прокаливаются при обработке плит толщиной 120 мм.

Таким образом, учитывая весь комплекс полученных данных, следует признать, что из исследованных марок стали по своим физическим и физико-механическим свойствам оказалась наименее удачной марка И-1. Наоборот, наилучшие показатели получены на металле марки И-3. Металл марки И-2 занимает промежуточное место.

Противопульная и противоснарядная стойкость

Экспериментальные обстрелы показывают, что высокоотпущенная броня высокой твёрдости стали И-3 по противопульной стойкости практически равноценна низкоотпущенной, принятой на вооружение брони стали 2П.

Противоснарядная стойкость отпущенной при 560-580 градусах брони толщиной 45 мм экспериментальных марок стали показана в таблице, откуда видно, что этот новый тип брони по своей стойкости вполне удовлетворяет действующим техническим условиям на броню высокой твёрдости и почти не уступает последней в отношении фактической противоснарядной стойкости.


Примечание:

1) По техническим условиям броня высокой твёрдости (2,9-3,15 мм по Бринеллю) должна выдерживать испытание снарядом калибр 45 мм по нормали при скорости 630 м/сек.
2) Броня толщиной 50 мм средней твердости (3,4-3,6) должна выдерживать испытание снарядом калибр 45 мм по нормали при скорости 620 м/сек.

Все три исследуемые марки стали при испытании плит толщиной 45 мм показали в отношении пределов бронестойкости примерно равноценные результаты. Что касается характера поражений, то марка стали И-1 более склонна к отколам.

Однако наибольший интерес в свете текущих задач танкостроения представляют результаты испытаний плит толщиной 90 мм брони нового типа

В таблице показаны средние результаты испытаний высокоотпущенной брони из стали марок И-1, И-2, И-3, обработанной на твердость 3,1-3,3, в сопоставлении с данными испытаний принятой на вооружение брони средней и высокой твердости.


Как следует из данных таблицы, экспериментальная высокоотпущенная броня по своей противоснарядной стойкости превосходит брони средней твердости и не уступает броне высокой твердости.

Характер поражения экспериментальной брони вполне удовлетворительный – трещин и расколов плит, обработанных на указанную твердость, не наблюдалось.

Наоборот, в случае испытаний брони высокой твердости аналогичной толщины, во многих случаях образовались трещины и даже расколы плит.

Таким образом, высокоотпущенная броня высокой твёрдости как бы сочетает в себе преимущества низкоотпущенной брони высокой твёрдости – высокое сопротивление пробитию, с преимуществами брони средней твёрдости – хорошей пластичностью, исключающей случаи образования трещин и расколов плит.

Однако наиболее интересными являются результаты жестких контрольных испытаний плит толщиной 90 мм высокоотпущенной брони высокой твердости из марки стали И-3, выполненные в 1944 г. на полигоне завода № 9 НКБ.

В этом случае испытания производились 88-мм немецким бронебойным остроголовым снарядом образца 1943 г.

Результаты испытаний в сопоставлении с данными испытаний брони средней и высокой твердости приведены в таблице.


Как следует из данных таблицы, высокоотпущенная броня высокой твердости занимает по результатам испытания по нормали промежуточное положение между броней высокой и средней твердости, мало отличаясь от них, так как характеристики стойкости этих двух типов брони очень близки между собой. При испытании под углом 30 градусов превосходит стойкость как брони средней твердости, так и брони высокой твердости.

Более того, полученные значения стойкости под углом 30 градусов – вообще выше всех известных до настоящего времени результатов испытания плит толщиной 90 мм.

Учитывая, что угол 30 градусов является крайне важным с тактической точки зрения, нельзя недооценивать значение полученных данных.

Следует отметить, что при испытаниях экспериментальных плит толщиной 90 мм, несмотря на значительную снарядную нагрузку (до 10 попаданий в плиту 1,2х1,2м), не наблюдалось случаев расколов или образования трещин, величина отколов не превосходила калибра.

Таким образом, обладая высокой противоснарядной стойкостью, высокоотпущенная броня высокой твердости выгодно отличается от низкоотпущенной брони высокой твердости отсутствием расколов и трещин при снарядном обстреле.

Необходимо, однако, отметить, что безоговорочным требованием к высокоотпущенной броне высокой твердости является наличие волокнистого строения в изломе.

В случае несоблюдения этого требования, неизбежно, как и на низкоотпущенной броне, образование трещин.

Однако, как показал опыт, получить волокнистый излом при твёрдости 3,1-3,25 мм на плитах даже при их толщине 90, 120 мм из стали марки И-3 никакого затруднения не представляет.

В заключении следует отметить, что приведённые в таблице испытания низкоотпущенной брони высокой твёрдости были получены на плитах, изготовленных из марки стали 51С, содержащей 3,0-3,5 процента остродефицитного никеля.

В то время как стали марки И-3 содержит его в количестве, не превышающем 1,5 процента, значение последнего обстоятельства в условиях экономии военного времени не может быть недооценено.

Технологические особенности высокоотпущенной брони высокой твёрдости.

В процессе опытной работы по исследуемому типу брони были выплавлены 4 плавки, из них три плавки (состава И-1, И-2 и И-3) – на Кулебакском заводе в 50-тонной основной мартеновской печи, и одна опытно-валовая плавка – на Нижне-Тагильском Металлургическом заводе в 150-тонной основной мартеновской печи.

Из металла этих плавок были изготовлены плиты для полигонных испытаний, изготовлены 2 корпуса СУ-76, а также шесть бортов нового тяжёлого танка.

На основании опыта проведения этих четырех плавок и наблюдения за поведением их в производстве на различных стадиях технологического процесса, можно сделать следующие замечания о технологии изготовления высокоотпущенной брони высокой твердости.

Как на Кулебакском, так и на Н. Тагильском заводах выплавка производилась по существующей на этих заводах технологии для броневых марок стали, никаких особых требований при выплавке не предъявлялось. Вследствие ряда производственных неполадок (отсутствие шихты, неготовность канавы), которые повлекли к искусственному затягиванию отдельных периодов выплавки, нам не удалось установить на опытных плавках некоторых возможных преимуществ, являющихся результатом выбранного химического состава опытных марок стали. Высокое содержание углерода при относительно невысоком легировании хромом в стали И-3 в валовом производстве должно дать общее сокращение процесса плавки, особенно по сравнению с плавкой марок стали для брони высокой твердости, где установившееся требование к понижению содержания углерода в конечном анализе заставляет доводить выжигание углерода перед раскислением до чрезвычайно низких пределов. Кроме того, отпадает необходимость в применении низкоуглеродистого феррохрома при сохранении периода кипения в нормальных пределах по времени.

Несложное общее легирование выгодно отличает новую марку брони от существующих Mn-Si-Cr- Ni-марок стали, применяемых для брони высокой твердости и позволяет получить в мартеновском производстве значительно более качественный металл.

Проверка качества металла по изломам показала, что опасения в отношении повышенной ликвация этой стали неосновательны, и, несмотря на ряд ненормальностей в самом процессе выплавки, полученные изломы в отношении шиферности и расслоев вполне удовлетворительные.

По прокатке слитков никаких особенностей по сравнению с прокаткой существующих марок броневой стали не обнаружено. Прокатка во всех случаях протекала нормально без образования дефектов.

Отпуск листов после прокатки, как показал опыт, вполне возможно проводить по режиму, принятому для отпуска листов стали 8С и 49С.

Термическая обработка, кроме обязательного требования закалки в масле, никаких производственных трудностей не вызывает. При нормально выполненной закалке (отсутствие недогревов или резко выраженного перегрева) получение установленной твердости (3,2-3,3) и волокнистого излома достигается легким путем однократного отпуска на температуру 560-590 градусов.

Газовая резка, как показал хронометраж на заводе № 176, при изготовлении деталей СУ-76, несколько затруднена и требует меньших скоростей резания, чем это допускается при резке обычных марок броневой стали 2П.

Правка окончательно термически обработанной брони новой марки стали не вызывает затруднений и, как показал опыт завода, протекает значительно проще, чем плавка брони высокой твердости. Следует считать, что благодаря высокой температуре конечного отпуска и значительному, вследствие этого, снятию закалочных напряжений правка этой брони не должна быть значительно сложнее правки брони средней твердости.

Наиболее ответственной частью технологии изготовления брони нового типа является сварка. Совершенно очевидно, что при столь высоком содержании углерода, который принят в составе назначаемых для этой брони марок стали, должен быть внесен ряд существенных изменений в технологию сварки.

Характерной особенностью сварки брони повышенной твердости с высоким содержанием углерода (до 0,5 процента) является то обстоятельство, что зона закалки под сварным швом получает особенно высокую твердость и хрупкость, что особенно видно при наложении швов в один слой.


На рисунке приведены кривые распределения твердости по зонам термического влияния при сварке в один слой и с отжигающим валиком. Кривая (1) показывает распределение твердости при сварке в один слой, и кривая (2) с отжигающим валиком.

Совершенно очевидно, что основным требованием при сварке высокоотпущенной брони высокой твердости должно быть выполнение всех соединений с отжигающими валиками, и при этом необходимо принятие всех получений максимального их эффекта (многослойные швы, небольшой диаметр электрода, небольшая протяжённость отдельных секций шва).

Характер поведения сварных соединений стали повышенной твёрдости при полигонных испытаниях был изучен только на двух опытных корпусах самоходной установки СУ-76. Один из указанных корпусов был подвергнут снарядным испытаниям, причём для выявления прочности швов применялись особо жёсткие условия – обстрел корпуса из брони толщиной 15-25 мм производился 45-мм снарядом.

Если посмотреть характер разрушения сварных швов при полигонных испытаниях, то нетрудно убедиться в том, что разрушение начинается в месте сопряжения сварного шва с плоскостью свариваемых деталей, и далее линия скола идёт по границе зоны подкалки и основного металла, и шов выкалывается вместе с подкаленной зоной основного металла.

В сталях, применяемых у нас в настоящее время в валовом производстве, разрушение происходит по сварному шву.

В заключение следует особо отметить, что при сварке корпусов СУ-76 из высокоотпущенной брони высокой твёрдости, несмотря на высокое содержание в составе стали углерода, не было получено трещин, и трещины не появлялись на корпусах по прошествии 2-х месяцев. Сварка этих корпусов производилась с применением обычных электродов.

Таким образом, опыт изготовления корпусов СУ-76 блестяще подтвердил высказанные ранее теоретические соображения о малой склонности к образованию трещин высокоотпущенной брони высокой твёрдости.

Что же касается не вполне удовлетворительной прочности сварных соединений, полученных на корпусах СУ-76, то в данном случае, благодаря малому сечению швов, не представлялось возможным эффективно проводить многоваликовую систему сварки.

Возможно, что при сварке более толстой брони, швы, которые имеют большое сечение, путём наложения системы отжигающих валиков удастся повысить пластические свойства сварных соединений. Несомненно, для этой цели необходимо изготовить и испытать опытный корпус тяжёлого танка из высокоотпущенной брони высокой твёрдости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработан новый для отечественного производства тип танковой брони – высокоотпущенная броня высокой твёрдости, обладающая высокой противоснарядной стойкостью, малой склонностью к образованию хрупких поражений при снарядных испытаниях и нечувствительностью к развитию трещин на корпусах танков.

На основании исследования можно рекомендовать для высокоотпущенной брони высокой твёрдости толщиной 90 мм и выше следующий химический состав стали:


По своей противоснарядной стойкости высокоотпущенная броня высокой твёрдости не уступает стойкости, принятой для изготовления серийных танков низкоотпущенной брони высокой твёрдости, а в ряде случаев даже превосходит её.

По характеру хрупких разрушений при снарядных испытаниях разработанная броня лучше серийной брони высокой твёрдости.

Для изготовления высокоотпущенной брони высокой твёрдости толщиной 90 мм и более могут быть применены значительно менее легированные дефицитным никелем марки стали, по сравнению с марками стали, применяемыми для серийной низкоотпущенной брони высокой твёрдости (снижение содержания никеля с 3,5 до 1,5 процентов).

Технологический процесс изготовления разработанной брони не отличается принципиально от технологического процесса изготовления брони средней твёрдости, за исключением закалки и сварки.

Закалка высокоотпущенной брони высокой твердости должна производиться в масле, сварка брони должна выполняться особо тщательно и с обязательным наложением системы отжигающих валиков.

В настоящей работе не была установлена прочность сварных швов высокоотпущенной брони высокой твёрдости большой толщины, что является предметом работ, выполняемых в настоящее время.

В случае положительного решения новый тип брони несомненно должен быть принят для новых тяжёлых танков.

В заключение следует отметить, что разработанный тип брони имеет колоссальное перспективное значение, так как он позволит в дальнейшем легко осуществить переход в производстве на изготовление односторонне закаленной гетерогенной брони.