Литая гомогенная броня что это
Немного о броне для техники
Несмотря на изменение облика войн, главный их участник – человек – остается прежним. Он все так же подвержен воздействию массы опасных факторов и нуждается в защите. На протяжении последних веков наиболее распространенным способом защиты от большинства угроз была броня. Панцири древних солдат постепенно развились в полноценный доспех, а в конечном итоге эта идея вылилась в появление бронированной техники. Тем не менее, развивались и средства поражения, напрямую влиявшие на параметры бронезащиты. Эта своеобразная гонка снаряда и брони не прекратилась до сих пор и с уверенностью можно говорить, что она сохранится и в будущем. Рассмотрим несколько основных современных тенденций в области развития защиты техники.
Несколько лет назад британские ученые из организаций DSTL и CORAS представили свою новую разработку – технологию Super Bainite. Она позволяет сэкономить на различных реактивах и химикалиях, но при этом ощутимо повысить прочность металла. Суть технологии кроется в так называемой изотермической закалке. Это значит, что сперва броневой лист прогревается до температуры около тысячи градусов по Цельсию, а затем охлаждается до 250-300°. При более низкой температуре заготовка выдерживается в течение нескольких часов и далее плавно охлаждается до температуры окружающей среды. Такой способ упрочнения брони гарантирует почти полное отсутствие в ней каких-либо микротрещин, вызванных обработкой. Кроме того, в зависимости от используемого сплава, возможно увеличение эффективности защиты на десятки процентов. Таким образом, для обеспечения одного и того же уровня защиты броня Super Bainite может иметь заметно меньшую толщину по сравнению с незакаленным металлом.
Еще один метод связан с существующими технологиями. Давно известны такие способы упрочнения металла, как цементация, азотирование, борирование и т.п. процессы химико-термической обработки. В последние годы наибольший интерес ученых вызывает именно азотирование. Насыщение поверхностного слоя металла азотом с последующим образованием нитридов значительно увеличивает твердость поверхности и, как следствие, повышает уровень защиты бронелиста. К настоящему времени различным организациям, занятым в создании новых видов гомогенной брони, удалось добиться неплохих результатов. Современная азотированная стальная броня при одинаковом уровне защиты с необработанным металлом имеет на 25-30% меньшую толщину.
Помимо металла для защиты бронемашин может быть применена специальная керамика. Плитки из карбидоборных, корундовых или карбидокремниевых материалов способны обеспечить достаточный уровень защиты и при этом весят меньше, чем соответствующая стальная деталь. В то же время, керамическое бронирование имеет один серьезный недостаток. В отличие от металла, который прогибается и продавливается боеприпасом, задерживая его, керамическая плитка после попадания растрескивается и теряет, как минимум, большую часть своих защитных свойств. Из-за этого сейчас керамическая броня используется только в сочетании с другими материалами: металлами, кевларом (бронежилеты) и т.д.
Поскольку бесконечное утолщение брони, вне зависимости от ее типа, невозможно, уже несколько десятилетий на бронетехнике применяются различные дополнительные навесные модули. В зависимости от обстановки, эти модули могут обеспечивать дополнительную защиту машины разными способами.
Самый простой из них – простая навеска на машину дополнительных бронемодулей. Наиболее известной системой такого вида является немецкая MEXAS. Ее точный состав секретен, но известно, что в модулях используется керамика, полимеры и металл. Производитель особо отмечает, что модули брони MEXAS в весовом отношении в два раза эффективнее гомогенной брони. В зависимости от требований заказчика модули системы MEXAS могут иметь любую форму. Кроме того, заказчикам предлагается три варианта бронирования с разным уровнем защиты. Таким образом, модули способны обеспечивать дополнительную защиту практически любой бронемашины. В середине двухтысячных годов на базе брони MEXAS была создана более совершенная защита AMAP, отличающаяся более высокими характеристиками защиты, а также более широким применением металлов и сплавов.
Для использования на легкой бронетехнике не так давно была создана динамическая защита SLERA. Поскольку для бронетранспортеров или боевых машин пехоты танковые системы динамической защиты не подходят ввиду своей мощности, SLERA получила менее сильные блоки взрывчатого вещества. Это заметно сказалось на характеристиках, но, в то же время, позволило ставить динамическую защиту на машины со сравнительно тонкой броней.
Ход развития боеприпасов позволяет предполагать, что уже в самые ближайшие годы новые снаряды смогут поражать цели, прикрытые любым из имеющихся сейчас типов брони. Поэтому уже сейчас идет разработка совершенно новых типов защиты для бронетехники. Пожалуй, наиболее интересным из них является т.н. электромагнитная броня. Она имеет все преимущества композитной, но при этом способна более эффективно задерживать снаряды противника.
Как видим, развитие технологий бронирования продолжается. Стоит отметить, большинство используемых сейчас идей появилось еще несколько десятилетий назад. Тем не менее, они до сих пор работоспособны и никто не спешит отказываться от них. В ближайшем будущем эта тенденция полностью сохранится. Соответствующие проектные организации продолжат создавать новые типы гомогенной, композитной и навесной защиты. При этом, возможно, с мертвой точки сдвинутся работы в области электромагнитной брони, но в этом случае все упирается в вопрос источника энергии. Так что в ближайшие годы количественное и качественное первенство останется за привычными вариантами бронирования, а их характеристики будут постепенно расти благодаря появлению новых сплавов, полимеров и керамических материалов.
Гомогенная и композитная 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.
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.
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.
Толстая шкура немецкого зверинца
Немецкие танки «Тигр», «Пантера» и «Тигр 2» — безусловно, одни из самых известных машин за всю историю танкостроения, которые неизменно будоражат умы любителей техники. Их огромные размеры, толстая броня и мощные длинноствольные орудия создали репутацию всесокрушающих и практически неуязвимых танков. Однако если с размерами немецких «кошек» и их орудиями всё более-менее понятно, то вопрос бронирования гораздо сложнее. Этот материал открывает цикл, посвящённый производству брони танков Tiger Ausf. H1, Panther всех модификаций и Tiger Ausf. B, их сборке, а также исследованиям трофейной брони и её испытаниям обстрелом в СССР, США и Великобритании. Для начала речь пойдёт о производстве катаной брони, из которой практически полностью изготавливались детали корпусов и башен «Тигров» и «Пантер».
Промышленность Германии выпускала два типа катаной брони: гомогенную средней твёрдости и поверхностно закалённую. Перед началом производства фирма-производитель должна была предоставить образцы для подтверждения наличия у неё технологических возможностей для производства продукции соответствующего уровня качества.
Требования к фирмам, выпускающим бронепрокат, устанавливались Верховным командованием сухопутных войск (Oberkommando des Heeres — OKH) и 6-м отделом Управления вооружений (Waffen Prüfen 6, сокращённо Wa Prüf 6). Для гомогенной брони они включали в себя требования к химическому составу и твёрдости, требования к баллистическим испытаниям, а в некоторых случаях — требования к термической обработке. Броня делилась на семь диапазонов толщин, и к каждому из них применялись свои значения перечисленных параметров: 5–14,5 мм, 16–30 мм, 35–50 мм, 50–80 мм, 85–120 мм, 125–160 мм, 165–200 мм. Из перечисленных диапазонов особые требования предъявлялись к диапазону 5–14,5 мм, но, так как на рассматриваемых танках броня таких толщин не применялась, их описание можно опустить.
Использование гетерогенной поверхностно закалённой брони ограничивалось диапазонами толщин 16–30 мм, 35–50 мм и 50–80 мм, но в основной массе такая броня производилась в диапазоне 30–50 мм. Выпущенные в июле 1944 года требования к катаной броне уже не включали в себя гетерогенную броню, а её производство на предприятиях начали сворачивать.
Достаточно интересным фактом является то, что при исследовании захваченных танков Panther Ausf. D и самоходных установок Panzerjäger Tiger (P), больше известных как «Фердинанд», особое внимание уделялось применённой в ряде деталей гетерогенной поверхностно упрочнённой броне. Так, в отчёте НИИ-48 об изучении заграничного бронекорпусного производства от 1945 года говорилось:
«Принципиально новым в настоящей работе является установление факта применения немцами гетерогенной катаной брони в наиболее поражаемых местах корпуса машин «Пантера» и «Фердинанд» (лобовые и бортовые детали). Принятые немцами броневые стали с повышенным содержанием углерода позволили им легко осуществить переход на этот тип брони.
Общеизвестно, что гетерогенная броня при испытании остроголовыми снарядами и бронебойными пулями, калибр которых меньше или близок к толщине брони, обладает более высокой стойкостью.
Учитывая, что в современных армиях достаточно широко используются остроголовые снаряды и противотанковые бронебойные пули, факт применения немцами гетерогенной брони заслуживает внимания.
В свете сказанного целесообразно обсудить вопрос о возможности организации у нас в стране производства гетерогенной тяжёлой танковой брони, односторонне закалённой с помощью токов высокой частоты».
Поверхностно упрочнённая гетерогенная броня производилась путём закалки пламенем предварительно закалённой и отпущенной гомогенной брони. В дополнение к требованиям к гомогенной броне, требования к поверхностно упрочнённой гетерогенной броне включали указанную твёрдость поверхности и глубину упрочнения. Баллистические испытания по большей части производились до отпуска и последующей закалки пламенем гомогенной брони, поэтому поверхностно закалённые листы уже не обстреливались.
Допуск на толщину составлял 5%. Каверны на поверхности брони допускались при условии, что их глубина составляет не более 3% толщины и площадь не превышает 10% площади проката.
Для каждой партии стали для соблюдения перечисленных в «Инструкции по броне» требований завод-изготовитель был обязан провести необходимые испытания и сертификацию. Срок гарантии на произведённый прокат составлял 2 года. Если в течение этого времени плита из выпущенной партии не выдерживала баллистические испытания, фирма должна была заменить плиты бесплатно. Для испытаний проката производителем предоставлялись измерительные приборы. Проверялись допуски на толщину, также поверхность не должна была содержать трещин, пор и иных дефектов.
Также инспектором сверялась сертификация на продукцию с требованиями Wa Prüf 6. Затем проводились испытания на твёрдость по методу Бринелля — обычно замеры проводились в шести точках на плите.
Заключительным этапом приёмки становились баллистические испытания. Для их успешного прохождения тыльная сторона должна была содержать чистую выпучину от попадания либо выпучину с короткими трещинами. Выход пробки и наличие трещин, пропускающих свет, считались недопустимыми. Для некоторых диапазонов толщин при отмеченных условиях допускалось пробитие без расходящихся трещин.
Химический состав брони
Немецкая катаная броня характеризовалась высоким содержанием углерода (в пределах 0,28–0,53%) и карбидообразующих элементов хрома (до 3,2%). При этом прослеживается закономерность снижения его количества с увеличением толщины брони для диапазонов 85–120 мм, 125–160 мм, 165–200 мм. Британские исследователи считали, что это было связано с попыткой свести к минимуму количество закалочных трещин.
Высокое содержание углерода с одновременным повышенным содержанием карбидообразующих элементов позволяло получать броню средней твёрдости в высокоотпущенном состоянии. Это обеспечивало отсутствие закалочных напряжений и, как следствие, отсутствие склонности к образованию трещин при сварке.
Требования к химическому составу гомогенной брони в зависимости от диапазонов толщин были следующими.
Для диапазона 16–30 мм (с марта 1941 по ноябрь 1944 гг. и с ноября 1944 года):
Для диапазона 35–50 мм (с марта 1941 по ноябрь 1944 гг. и с ноября 1944 года):
Для диапазона 55–80 мм (с июня 1942 по ноябрь 1944 гг. и с ноября 1944 года):
Для диапазона 85–120 мм (с августа 1942 по июнь 1944 гг. и с июня 1944 года):
Для диапазона 125–160 мм (с июня 1944 года):
Для диапазона 165–200 мм (с июня 1944 года):
Первым делом немцы столкнулись с недостатком молибдена, который к концу 1942 года был практически исключён из состава брони малой и средней толщины, а к июню 1944 года его убрали из брони всех диапазонов толщин. С 1943 года в броне в значительных количествах появляться никель. Несмотря на то, что в требованиях к химическому составу он отсутствовал, применение этой добавки в броне «Тигров» и «Пантер» стало повсеместным. Всё тот же отчёт НИИ-48 сообщал:
«Снижением содержания хрома и молибдена с одновременным добавлением никеля, возможно, преследовалась не только экономия легирующих элементов, но и повышение вязкости, так как хромомолибденовая сталь типа применённой на T-VI характеризуется повышенной хрупкостью при снарядном обстреле, что установлено НИИ-48».
Однако к середине 1944 года никель был исключён из брони всех диапазонов толщин кроме 125–160 мм и 165–200 мм, где он оставался до конца войны. К осени 1944 года также практически прекратилось использование ванадия. Основным легирующим элементом в немецкой катаной броне, который использовался на протяжении всей войны, был хром.
С точки зрения химического состава интересно сравнить требования, предъявляемые к немецкой броне, с данными советских исследований захваченных немецких танков. В октябре 1945 года Мариупольский завод имени Ильича совместно с московским филиалом ЦНИИ-48 проводил исследования брони немецких танков с целью определения противоснарядной стойкости, а также для оценки её преимуществ и недостатков в сравнении с отечественной броней.
Для испытаний использовались два Panther Ausf. A и два Tiger Ausf. E. Из брони танков вырезали плиты установленного размера, которые прошли обычный контроль, принятый в танковой промышленности при производстве брони. Были взяты пробы для определения вида излома, твёрдости и анализа химсостава. После взятия проб плиты подверглись испытаниям на полигоне по специальной программе. При описании требований к твёрдости и баллистическим испытаниям будут приведены выдержки из этого отчёта, а пока остановимся на химическом анализе.
Для танков Panther Ausf. A взяли пробы для верхних лобовых листов корпуса (диапазон 55–80 мм), нижнего лобового (диапазон 50–80 мм) и кормового (диапазон 35–50 мм) листов корпуса. Был получен следующий химсостав:
Для танков Tiger Ausf. E рассмотрим пробы с нижнего лобового листа корпуса как детали из ещё не рассмотренного диапазона 85–120 мм:
Для диапазонов 125–160 мм и 165–200 мм приведём данные исследований брони танка Tiger Ausf. B производства июля 1944 года. Лобовые листы корпуса толщиной 100 и 150 мм, а также лобовой лист башни толщиной 180 мм имели следующий состав:
Видно, что за исключением последних двух диапазонов толщин требования к химическому составу брони не выдерживались, особенно в отношении содержания хрома – в большинстве случаев его явно больше — и в наличии никеля.
По результатам проб специалистами ФНИИ-48 были сделаны следующие выводы, представленные в 1945 году в отчёте:
«Исследованная немецкая броня от четырёх трофейных танков имеет большое разнообразие по химическому составу и маркам стали.
Броня одинаковой толщины у одноименных танков имеет различный химический состав. Содержание углерода в немецкой броневой стали находится в пределах от 0,32 до 0,57%, причём меньшее количество углерода соответствует преимущественно деталям толщиной 100 мм. Повышенное же содержание углерода от 0,40 до 0,57% распространяется на все средние толщины (40–82 мм) брони средней твёрдости.
Как известно, отечественная катаная броня средней твёрдости всех применяемых толщин содержит углерода не более 0,34%, чем существенно отличается от немецкой брони.
Содержание хрома находится в пределах 1,67–2,30%, причём повышенное содержание хрома (более 2,0%) наблюдается в броне толщиной 60–100 мм. Никель и молибден имеются не во всех исследованных деталях. В бронедеталях толщиной 40 мм никеля и молибдена нет; во всех остальных деталях толщиной от 60 до 100 мм наблюдаются случаи применения либо никеля в пределах 0,77–1,73%, либо молибдена в пределах 0,20–0,30%, либо обоих элементов одновременно, и, наконец, полное их отсутствие, причём следует отметить особо, что в деталях толщиной 80 мм молибден во всех случаях отсутствует.
Как известно, отечественная катаная броня средней твёрдости марки «49с», используемая для толщин до 80 мм, имеет в своём химическом составе такие необходимые для прокаливания легирующие элементы, как никель и молибден. Поэтому, как мы увидим ниже, наличие кристаллического излома в немецкой броне средней и низкой твёрдости толщиной 100 мм следует отнести на счёт неполной прокаливаемости из-за отсутствия или недостаточного количества никеля и молибдена в стали. Ванадия и вольфрама в исследуемых деталях немецких танков не обнаружено.
Подобное многообразие применяемых марок броневой стали объясняется конъюнктурным положением немецкой металлургической промышленности в отношении обеспечения легирующими добавками (ферросплавами). Причём главнейшей задачей фирм, производящих броню, было, по-видимому, стремление обеспечивать надлежащую прокаливаемость при минимально необходимом легировании для каждой толщины».
Требования к твёрдости
Аналогично химическому составу для каждого диапазона толщин были заданы требования по твёрдости брони. Ниже приведены допустимые значения твёрдости по Бринеллю для гомогенной брони:
Как видно из требований, твёрдость уменьшается с увеличением толщины бронелиста. В 1941 году Wa Prüf 6 издал распоряжение о снижении твёрдости для проката диапазона 5–14,5 мм, который использовался для горизонтально расположенных бронедеталей, а в июле 1944 года подобное распоряжение распространили на диапазон 16–30 мм.
Для поверхностно закалённой гетерогенной брони требование по твёрдости поверхности составляло 555 HBW. Глубина закаливания задавалась в зависимости от диапазона толщины проката: 2,5–4,0 мм для диапазона толщин 16–30 мм и 4–6 мм для диапазонов 35–50 и 55–80 мм. Определение глубины закаливания осуществлялось для каждой партии путём надрезов и измерения с каждой стороны листа. Были получены следующие значения твёрдости для рассмотренных ранее деталей захваченных танков.
Для танков Panther Ausf. A:
Для танков Tiger Ausf. E:
Для танка Tiger Ausf. B производства июля 1944 года:
Из этих исследований следует вывод, аналогичный сделанному при исследовании химического состава — налицо большой разброс по твёрдости у однотипных деталей и невыполнение технических требований. Отчёт ФНИИ-48 констатирует:
«Броня толщиной 40 и 60 мм во всех случаях средней твёрдости, а броня толщиной 80 и 100 мм имеет как среднюю, так и низкую твёрдость. Из шести проб толщиной 80 мм в трёх случаях твёрдость была средняя и в трёх случаях — низкая. У двух проб толщиной 100 мм в одном случае твёрдость была средняя и в одном — низкая. Такое разнообразие твёрдости у деталей толщиной 80 и 100 мм имеет место не только на одноименных танках, но и на совершенно одинаковых по назначению и названию деталях».
Для гетерогенной брони захваченных танков была определена твёрдость 477–555 HBW для поверхностного закалённого слоя и 269–341 HBW для подушки. Закалённый слой резко отделялся от подушки, глубина закаливания составляла 5 мм.
Механические свойства немецкой брони при всех исследованиях оказались аналогичными отечественной броне.
Термическая обработка брони
Требования к термической обработке предъявлялись только для диапазона толщин 5–14,5 мм, для всех остальных диапазонов проводилась обычная процедура закалки и отпуска. Ниже приведены закалочные температуры и температуры отпуска, применяемые на производстве концерна «Крупп» для соответствующих диапазонов толщин:
До июня 1944 года использовалось закаливание в масле за исключением диапазонов 5–14,5 мм и 55–80 мм. В июне 1942 года закалку водой впервые применили для диапазона 55–80 мм и использовали воду наравне с маслом. Переход в июне (на ряде предприятий — в октябре) 1944 года на закаливание водой был обусловлен бомбардировками предприятий нефтяной промышленности. Это приводило к трудностям, связанным с растрескиванием брони при несоблюдении технологии. Для минимизации риска растрескивания некоторые производители доставали плиты из закалочных ванн до того, как они остынут до комнатной температуры, что могло нарушать эффективность термической обработки.
Здесь стоит остановиться на многообразии типов излома немецкой брони, которое регулярно встречалось при исследовании захваченных танков. Обуславливалось это качеством термообработки. Для первого захваченного Tiger Ausf. H1 было выполнено целое микроисследование, отражённое в отчёте НИИ-48:
«С целью установления причины непостоянства характера излома для деталей толщиной 62–100 мм от 100-мм лобовой детали корпуса, имеющей кристаллический излом, и от 100-мм лобовой детали подбашенной коробки, имеющей волокнистый излом, были вырезаны шлифы для микроисследования.
Результаты микроисследования показали, что микроструктура детали, имеющей волокнистый излом, состоит из сорбита тонкого строения, ориентированного по мартенситу.
Микроструктура детали, имеющей кристаллический излом, состоит из менее ориентированного значительно более грубого строения сорбита или даже сорбитообразующего перлита со значительным количеством феррита.
Таким образом, одной из причин, обуславливающих разницу в изломах, является качество термообработки. Качество металла брони немецкого танка Т-VI по шиферности и расслоям — невысокое».
Те же самые выводы были сделаны и в результатах исследований танков «Пантера» различных периодов выпуска 1943–1944 гг., опубликованных в №1 журнала «Вестник танковой промышленности» за 1945 год:
«Броня машины «Пантера» по виду изломов очень разнообразна: от волокнистых до чисто кристаллических, причём совершенно отсутствует какая-либо связь между химическим составом и видом излома.
Отсутствие постоянства в характере излома (для одноименных деталей по толщине и маркам стали) наблюдается в ряде исследований немецкой броневой стали. Это позволяет высказать определённое убеждение в том, что при производстве брони у немцев отсутствует контроль термической обработки плит по излому.
Отсутствие такого контроля, казалось бы, должно обуславливаться хорошо освоенным и строго соблюдаемым режимом термообработки. Однако столь большое разнообразие изломов свидетельствует о том, что, если технология и установлена, то дисциплина её невысока. Это подтверждается и большим диапазоном колебаний твёрдости, который уже сам по себе не может обеспечить получение однородных результатов по излому».
Баллистические испытания
Для баллистических испытаний немцами чаще всего брались две контрольные плиты из комплекта для постройки 25 корпусов. Впрочем, условия испытаний и приёмки прописывались отдельно для каждого диапазона толщин.
Для первого испытания плита устанавливалась под заданным углом, после чего производилось от 3 до 5 выстрелов. При успешном прохождении испытания угол наклона плиты уменьшался на 10°, и производилась следующая партия выстрелов. При дальнейшем успешном прохождении угол последовательно уменьшался до получения сквозного пробития. При непробитии плиты, установленной вертикально, следующие выстрелы производились снарядами большего калибра.
Для баллистических испытаний использовались следующие снаряды и орудия:
Для диапазона толщин 125–160 мм данных нет. Для 180-мм плиты специальным указанием OKH установило требование: при установке под углом 0° допускается максимум одно пробитие снарядом PzGr. 39 без трещин и отколов. Маловероятно, что огонь вёлся из Pak 40 — скорее всего, использовалось орудие 7.5 cm Pak 42 L/70.
Согласно имеющимся данным, во втором квартале 1944 года первого испытания обстрелом не выдерживали более 30% плавок, второго — около 15%, третьего — около 8%. Основной причиной выбраковки являлись некондиционные отколы. Это обстоятельство вынуждало разрабатывать предварительные методы оценки качества металла, попытки использовать которые производились на разных заводах.
Всего испытаниям подверглась 21 плита. Определялись пределы тыльной прочности (ПТП) и пределы сквозного пробития (ПСП). Результаты испытаний, зафиксированные в отчёте ФНИИ-48, подтвердили вышесказанное по остальным критериям:
Наиболее резкую разницу в значениях ПТП и ПСП плиты толщиной 40 мм показали при испытаниях по нормали. Разница в ПТП составила 82 м/с и ПСП – 55 м/с. Все три плиты имеют практически один и тот же химсостав и твёрдость.
Различная бронестойкость, по-видимому, объясняется качеством термообработки. Плита (кормовая деталь танка «Пантера» №2), показавшая лучшие результаты, имела волокнистый разлом, плита №1 (передний наклонный лист крыши танка «Тигр» №2), показавшая средние результаты, имела сухой излом, и плита №1 (кормовая деталь танка «Пантера» №1), показавшая относительно худшие результаты, имела волокнистый излом с мелкой кристаллической сыпью.
Две плиты из трёх, испытанных под углом 0°, имели четыре откола с тыльной стороны, из них один некондиционный (больше четырёх калибров).
Различная бронестойкость плит объясняется химсоставом, толщиной и качеством излома. Плита №2 (нижняя лобовая деталь танка «Пантера» №1), показавшая пониженные значения ПТП и ПСП по сравнению с плитой №6 (нижний лобовой лист танка «Пантера» №2), имеет толщину меньше на 4 мм, относительно худший излом, и содержит меньше углерода при незначительном расхождении в других элементах.
Плита №14 (верхний лобовой наклонный лист корпуса танка «Тигр» №2), расколовшаяся при втором выстреле, отличается от двух предыдущих плит резко повышенным содержанием углерода (0,57%), меньшим содержанием хрома и никеля, отсутствием молибдена и качеством излома — мелкокристаллический излом.
Причиной раскола нужно считать неудачный химсостав (высокий углерод и низкое содержание легирующих примесей) при отсутствии волокна в изломе.
Все семь плит при испытании по нормали раскололись, за исключением плиты №20, давшей трещины. На этих плитах отчётливо выявилось влияние химсостава и качества термообработки. [При испытании] на стойкость брони плиты №15, 16 и 17 (верхний правый борт танка «Тигр» №2), легированные хромом и не содержащие никель, раскололись при первом и втором попаданиях.
Плиты №18 и 19 (верхний левый борт танка «Тигр» №2), содержащие примерно то же количество хрома при наличии никеля, раскололись после третьего или четвёртого попадания. Плита №18 (испытывалась под углом 30°) и плита №20 (кормовой лист корпуса танка «Тигр» №2), содержащие по сравнению с плитами №18 и 19 относительно меньшее количество углерода и хрома, но больше никеля, имели после 3-го и 4-го попадания трещины.
Плита №3 (верхняя лобовая деталь танка «Пантера» №1), одинаковая по химсоставу с плитами №15, 16 и 17, раскололась при первом попадании из 76-мм пушки.
Плиты №18 и 19 содержали никель и при твёрдости 3,6–3,7 [в советских отчётах для обозначения твёрдости используется диаметр отпечатка. Диаметр шарика 10 мм, нагрузка 3000 кг — прим. автора] имели мелкокристаллический излом, все остальные плиты без никеля и с никелем с твёрдостью 3,5–3,6 имели волокнистый излом с кристаллической сыпью по всему сечению. С тыльной стороны плиты №15 и 16 имели кондиционные отколы».
Испытания плит толщиной 100 мм не дали каких-либо результатов, т.к. первая плита раскололось после второго попадания, а вторая плита дала множество трещин уже после первого. Общие выводы по результатам снарядных испытаний были следующими:
«1. Бронестойкость брони толщиной 40 мм выше установленной техническими условиями бронестойкости отечественной брони той же толщины.
2. Бронестойкость брони толщиной 60 мм примерно равна установленной ТУ бронестойкости отечественной брони той же толщины, но несколько ниже бронестойкости брони завода имени Ильича. Сравнительно неплохую бронестойкость имеет броня низкой твёрдости толщиной 83–84 мм.
3. Немецкая броня толщиной 40, 83 и 100 мм склонна к хрупким поражениям, особенно броня 83 мм.
4. Немецкая броня толщиной 40 и 60 мм средней твёрдости, а также броня толщиной 83–84 мм низкой твёрдости обладает хорошей живучестью. Броня толщиной 82 мм средней твёрдости и толщиной 100 мм средней и низкой твёрдости имеет низкую живучесть.
5. Подтверждается общая закономерность, установленная в отечественном бронепроизводстве — зависимость хрупких разрушений от вида излома».
Те же самые закономерности были установлены и при исследовании брони танка Tiger Ausf. B — неудовлетворительное качество излома и возрастание процента хрупких поражений с увеличением толщины брони. Для испытаний бронестойкости использовались 80-мм плиты с бортов танка и 150-мм верхняя лобовая деталь. Из-за отсутствия отечественных плит равноценной толщины использовались 90-мм плиты с бортов ИС-2 и 160-мм нижняя лобовая плита опытного танка Объект 701. В результатах испытаний значится практически равноценная стойкость отечественной и немецкой брони — с оговоркой, что очевидным преимуществом отечественной брони является значительно большая вязкость.
В целом становится понятно, что принятая в Германии система контроля качества не смогла обеспечить производство катаной брони должного уровня. Большой разброс по твёрдости, химическому составу и особенно по качеству излома в пределах даже одной машины не позволяли полноценно использовать удовлетворительную бронестойкость на протяжении всего периода выпуска.
Автор благодарит Алексея Макарова и Юрия Пашолока за помощь в подготовке материала. Следующая статья будет посвящена производству корпусов и башен, а также сборке танков Panther, Tiger Ausf. E и Tiger Ausf. B.