Blindaje experimental de alta dureza y templado superior para tanques del EI
Nuevo tipo de blindaje para tanques: blindaje templado de alta dureza.
El trabajo presentado fue realizado por la sucursal de Moscú (MB) del NII-48 en el período comprendido entre septiembre y diciembre de 1948 por un equipo formado por los ingenieros superiores Vodisko A. M. (jefe de equipo), Pronina A. G. y la asistente de laboratorio Shchegoleva A. M.
El estudio de la soldabilidad fue realizado por el ingeniero superior Mitris P.P. y Andreev V.P.
Todo el trabajo se realizó bajo la supervisión del director del Instituto de Investigación MF-48, V.A. Delle, el ingeniero jefe O.F. Danilevsky y el ingeniero jefe de la 3.ª Dirección Principal del Comisariado del Pueblo. tanque industria de Kanevsky L.A.
Este material presenta los principales resultados y conclusiones del trabajo.
En el extenso material experimental no se incluyen datos tecnológicos detallados para evitar sobrecargar las conclusiones principales de este informe.
El propósito y el método para obtener un nuevo tipo de armadura
Para proteger los tanques ligeros, medianos y pesados en la construcción moderna de tanques, en la mayoría de los casos se utiliza blindaje homogéneo.
El blindaje heterogéneo, que, bajo ciertas condiciones de prueba (con una relación entre el espesor de la placa y el calibre del proyectil igual o superior a uno), y especialmente cuando se prueba con los proyectiles más comunes actualmente con ojiva puntiaguda, presenta una mayor resistencia, no se ha utilizado ampliamente hasta hace poco debido a la complejidad de su fabricación.
Solo recientemente, el MF NII-48 estableció que los alemanes utilizan blindaje heterogéneo para proteger secciones individuales de los cascos de los tanques Panther y Ferdinand.
En la fabricación nacional de tanques, solo se utilizan dos tipos de blindaje homogéneo: blindaje de alta dureza y blindaje de dureza media.
El primero de estos tipos, en comparación con el segundo, se caracteriza por una mayor resistencia del proyectil cuando se prueba en ángulos de hasta 45-50 grados, especialmente al disparar proyectiles de punta afilada.
Resistencia relativa a proyectiles de un blindaje homogéneo de 60 mm de espesor
Además de su mayor resistencia, el blindaje homogéneo de alta dureza, en comparación con el de dureza media, presenta una mayor fragilidad, especialmente al ser sometido a pruebas con proyectiles de gran calibre. Esto se explica por la menor ductilidad del blindaje de alta dureza.
La mayor fragilidad de los blindajes de alta dureza dificulta su uso como protección contra proyectiles de gran calibre. artillería.
El proceso de fabricación de blindajes de alta dureza es más complejo y menos estable en la producción, lo que a menudo conlleva dificultades significativas.
Se presentan dificultades particularmente importantes en la producción, debido a la formación de grietas en los cascos durante la soldadura y durante el funcionamiento posterior de los tanques.
En la práctica de la fabricación de blindados, por ejemplo, se han dado casos en los que más del 30% de los cascos producidos en ciertos períodos presentaban grietas de longitud variable.
Durante el funcionamiento de los tanques, en algunos casos las grietas aumentaron hasta 500-700 mm.
Por lo tanto, no es de extrañar que se haya prestado y se siga prestando una atención excepcional a la lucha contra la aparición de grietas, especialmente en la actualidad.
Se puede afirmar que la lucha contra las grietas es el núcleo central en torno al cual giran las principales cuestiones de la tecnología de fabricación de blindajes de alta dureza y cascos fabricados con ellos.
Como resultado de diversas medidas, que abarcan desde el ajuste de la composición química del acero hasta el templado de los conjuntos soldados, el número y la longitud de las grietas en los cascos de las plantas del NKTP (Comisariado Popular de la Industria de Tanques) se han reducido al mínimo. Sin embargo, aún existe la posibilidad de defectos relacionados con grietas, dada la baja calidad general del metal de blindaje; incluso pequeñas fallas, a veces imperceptibles, en la tecnología de fabricación de los cascos pueden causar este tipo de defectos.
A diferencia de las armaduras de alta dureza, el proceso de fabricación de las armaduras de dureza media es extremadamente sencillo.
Sin embargo, la ventaja tecnológica más valiosa de los blindajes de dureza media es su baja sensibilidad al agrietamiento por soldadura.
Baste decir, por ejemplo, que en la práctica de la producción de blindajes no se ha registrado ni un solo caso de formación de grietas significativas en cascos de blindaje medio-duro.
Esta última circunstancia no es accidental, sino que es el resultado de las peculiaridades del proceso tecnológico de fabricación de blindaje medio y de sus propiedades físicas y mecánicas.
La característica principal y distintiva de la tecnología para producir blindaje de dureza media, en comparación con el blindaje de alta dureza, es la operación de revenido, después del endurecimiento, a temperaturas suficientes para aliviar una parte significativa de las tensiones residuales.
De hecho, inmediatamente después del endurecimiento, las piezas de blindaje reciben grandes tensiones residuales, cuya magnitud alcanza valores de 100-120 kg/mm².2.
Al producir blindaje de alta dureza, durante el proceso de revenido, realizado a temperaturas relativamente bajas de 200-270 grados, las tensiones residuales se reducen solo parcialmente.
La magnitud de las tensiones residuales en piezas de blindaje de alta dureza sometidas a enderezado después de un revenido a baja temperatura alcanza valores de al menos 60-90 kg/mm².2.
Durante el proceso de enderezado de blindajes duros, cabe esperar un aumento adicional de las tensiones residuales.
Como resultado, las piezas de blindaje de alta dureza se envían a la planta de ensamblaje del casco con tensiones residuales muy elevadas.
Por el contrario, en el caso de blindajes de dureza media, el revenido a altas temperaturas de 580-650 grados Celsius elimina casi por completo las tensiones residuales. Solo pueden aparecer tensiones residuales relativamente pequeñas como resultado del enfriamiento rápido tras el revenido a alta temperatura. El posterior enderezado de blindajes dúctiles de dureza media no incrementa significativamente la magnitud de las tensiones residuales.
De este modo, las piezas fabricadas con blindaje de dureza media llegan para su montaje con tensiones residuales significativamente menores en comparación con las piezas fabricadas con blindaje de alta dureza.
Durante el proceso de ensamblaje y posterior soldadura, surgen tensiones residuales adicionales debido a la alta rigidez de las piezas que se sujetan, así como a las condiciones especiales de calentamiento y enfriamiento durante la soldadura en la zona de soldadura.
La cantidad total de tensión residual en secciones individuales de la zona de soldadura puede ser suficiente para causar fracturas frágiles.
El desarrollo posterior de desgarros frágiles y grietas a largo plazo está determinado por la magnitud de las tensiones residuales obtenidas como resultado del tratamiento térmico, el enderezado y las condiciones de fijación de las piezas soldadas.
Dado que estas tensiones son insignificantes en los componentes de blindaje de dureza media, es por esta razón que, en la práctica, no se conocen casos de desgarros que se conviertan en grandes grietas en los componentes del casco (fabricados con blindaje de dureza media). En cambio, la aparición de grandes grietas en los componentes del casco fabricados con blindaje de alta dureza se debe principalmente a las importantes tensiones generadas por el tratamiento térmico y el enderezado.
Si a todo lo anterior añadimos que la armadura de dureza media, en comparación con la de alta dureza, tiene una mayor ductilidad del metal, lo que facilita la liberación de tensiones residuales debido a la deformación plástica local, entonces la razón principal del comportamiento diferente de estos dos tipos de armadura con respecto a la aparición, y lo que es más importante, al desarrollo de grietas, se vuelve clara.
Así, un hecho aparentemente insignificante —la temperatura final de templado de la armadura— es en realidad un factor colosal que determina la sensibilidad de la armadura a las grietas y su desarrollo a lo largo del tiempo.
De esto se desprende también un método radical para eliminar grietas en blindajes de alta dureza.
Para eliminar por completo la posibilidad de que se formen grietas significativas en cascos fabricados con blindaje de alta dureza, es necesario cambiar radicalmente el método de tratamiento térmico del blindaje.
En lugar del método habitual de tratamiento térmico de blindajes de alta dureza —el temple con revenido a baja temperatura— es necesario optar por el temple con revenido a alta temperatura.
Resulta bastante obvio que la producción de blindajes de alta dureza utilizando un revenido intenso como tratamiento térmico final requerirá la creación de grados de acero para blindaje fundamentalmente nuevos.
Esta última circunstancia introduce muchas variables; por ejemplo, la cuestión de la resistencia al blindaje de estos nuevos grados de acero y sus características tecnológicas sigue completamente abierta.
Sin embargo, la idea de crear una armadura de alta dureza que no fuera propensa a agrietarse era tan tentadora que, a pesar de las grandes dificultades que enfrentaban los investigadores, en 1943-1944 la sucursal de Moscú del NII-48 comenzó a desarrollar un nuevo tipo de armadura: una armadura templada de alta dureza.
La creación de blindajes de alta dureza, resistentes a las grietas y con un alto grado de temple es especialmente importante para los tanques pesados protegidos por blindajes más gruesos que, por ejemplo, el T-34.
De hecho, el uso de blindaje convencional de alta dureza para tanques pesados requiere la producción de grados de acero que están fuertemente aleados con níquel y que escasean.
Sin embargo, a pesar de esto, como en la producción del T-34, y quizás incluso de manera más aguda, el problema de combatir las grietas siempre es crítico, ya que cuanto más grueso es el blindaje de baja temperatura y alta dureza, más tensiones residuales contiene.
Finalmente, al desarrollar un nuevo tipo de blindaje, se asumió que, al cambiar radicalmente la composición química del acero, se intentaría aumentar la resistencia del blindaje o, en el peor de los casos, eliminar las fallas por fragilidad (grietas, fisuras) que, por regla general, se observaban en pruebas con proyectiles de gran calibre de blindaje poco templado y de alta dureza.
Composición química de los aceros para blindaje de alta dureza y alto temple.
La figura 1 muestra el efecto de la temperatura de revenido después del temple sobre la magnitud de las tensiones residuales en muestras cilíndricas.
De los datos de la Fig. 1 se deduce que para aliviar eficazmente la tensión residual en el acero endurecido, este último debe templarse a temperaturas de aproximadamente 550-600 grados.
Si nos remitimos a los conocidos diagramas de cambios en las propiedades mecánicas de muestras de acero de grados 8s y 49s templadas y revenidas a diferentes temperaturas, es fácil ver que estos grados de acero no son adecuados para blindajes de alta dureza y revenido.
De hecho, el acero de grado 8s, después de comenzar a las temperaturas especificadas, tiene una dureza de 3,7-3,8, y el acero de grado 49s, de 3,4-3,5 mm según Brinell.
En consecuencia, ni el primero ni el segundo pueden proporcionar la dureza suficiente para blindajes de alta dureza (2,9-3,3 mm) después del revenido a temperaturas de 550-600 grados.
Por lo tanto, para blindajes de alta dureza sometidos a revenido, es necesario desarrollar nuevos grados de acero cuya característica principal sea una alta estabilidad al revenido. En otras palabras, estos grados de acero deben presentar una indentación Brinell después del revenido a 550-600 °C de no más de 3,2-3,3 mm.
La metalurgia moderna ofrece una guía completa sobre los métodos para resolver el problema planteado.
Se puede lograr una alta estabilidad del acero durante el revenido mediante su aleación con elementos formadores de carburos con una alta temperatura de precipitación de carburos.
La influencia de los elementos de aleación en la estabilidad de la dureza durante el revenido
De los datos de la tabla se deduce que el manganeso no tiene un efecto apreciable sobre la estabilidad del acero cuando se templa en el rango de temperatura suficiente para aliviar las tensiones residuales de endurecimiento.
En este sentido, el cromo tiene un efecto mucho más activo que el manganeso, pero los aceros al cromo todavía no son suficientemente estables incluso cuando contienen un 0,30 por ciento de molibdeno.
Solo cuando el acero al cromo contiene alrededor de un 0,4 por ciento de molibdeno se puede lograr la dureza de revenido requerida para blindajes de alta dureza a aproximadamente 600 grados.
Es interesante observar que el aumento del contenido de cromo del 2 al 2,5 por ciento no afecta significativamente la estabilidad de la dureza del acero durante el revenido.
El vanadio tiene un efecto aún más activo en esta dirección que el molibdeno, lo cual se explica por la mayor temperatura de liberación de sus carburos durante el revenido.
Los datos de la tabla pueden aceptarse tal como se envían para el diseño de grados de acero para blindaje de alta dureza y alto temple.
Obviamente, los aceros más racionales en términos de composición deberían ser los de cromo-molibdeno, que contienen entre 0,4 y 0,45 por ciento de molibdeno, o los de cromo-molibdeno-vanadio, que tienen hasta 0,15-0,20 por ciento de vanadio en su composición.
Obviamente, el contenido de cromo debe ser de al menos un 1,5 por ciento. Un contenido de cromo superior, como se indicó anteriormente, no altera fundamentalmente la estabilidad de la dureza tras el revenido, pero puede ser necesario para mejorar la templabilidad en la fabricación de blindajes de gran espesor.
En cuanto al contenido de níquel, dado que este pertenece al grupo de elementos que no forman carburos y, por lo tanto, no tienen un efecto significativo en la estabilidad de la dureza del acero durante el revenido a alta temperatura, su introducción en el acero para blindaje de alta temperatura no es obligatoria y solo puede deberse al deseo de mejorar las propiedades tecnológicas y, en particular, de obtener la templabilidad necesaria en grandes secciones del blindaje.
En conclusión, cabe señalar que, obviamente, en los aceros para blindajes de alta dureza y templado, se debe adoptar un mayor contenido de carbono de acuerdo con el número de elementos formadores de carburos.
Los cálculos muestran que para aprovechar eficazmente la influencia de estos elementos cuando están presentes en cantidades de 2,5 a 3,0 por ciento, el contenido de carbono debe estar comprendido entre el 0,37 y el 0,47 por ciento.
Un contenido de carbono superior al 0,5 por ciento no es recomendable debido al inevitable deterioro de las propiedades tecnológicas del acero (dificultad para procesarlo en fibra, templabilidad excesiva, etc.).
Sobre la base de las consideraciones anteriores, en los trabajos de la sucursal de Moscú del Instituto de Investigación-48, se estudiaron inicialmente tres grados de acero para blindaje de alta dureza templada, cuya composición química (de las fundiciones) se muestra en la tabla a continuación.
Como se puede observar en los datos de la tabla, los aceros experimentales difieren ligeramente entre sí en su contenido de níquel; el tercer grado de acero también tiene un menor contenido de cromo.
Los tres grados de acero se fundieron en hornos de solera abierta y su objetivo principal era estudiar las propiedades de blindajes con un espesor aproximado de 100 mm, pero también se estudiaron simultáneamente las propiedades de blindajes más delgados fabricados con estos mismos grados de acero.
Algunas propiedades físicas y fisicoquímicas de los aceros para blindaje de alta dureza y alto temple.
Cuando se enfrían en aceite desde una temperatura de calentamiento de 850 grados y superiores, los grados de acero estudiados aceptan fácilmente el endurecimiento, adquiriendo una enorme dureza de aproximadamente 2,5 (Fig. 2).
Sin embargo, las propiedades mecánicas estables después del revenido a alta temperatura de las muestras de acero endurecido, como se puede ver en los datos de la Fig. 3, se observan solo si la temperatura de calentamiento antes del endurecimiento es superior a 890-900 grados.
Aumentar la temperatura de pre-templado a 950 °C no afecta significativamente las propiedades mecánicas del acero templado a 340 °C. Sin embargo, como muestra la primera columna de la figura 4, un aumento excesivo de dicha temperatura deteriora la apariencia de fractura del acero templado. Por lo tanto, la temperatura óptima de pre-templado para los aceros estudiados se sitúa entre 900 y 910 °C.
Los datos de la segunda columna de la figura 4 muestran que el aire y el agua no pueden utilizarse como medio de enfriamiento durante el temple de los grados de acero estudiados, ya que en el primer caso la velocidad de enfriamiento es insuficiente, mientras que en el segundo caso, por el contrario, debido al aumento de la velocidad de enfriamiento, se observa que aparecen grietas durante el temple.
El único medio de enfriamiento adecuado para endurecer los grados de acero estudiados debe considerarse el aceite, lo cual, en general, es una propiedad negativa de este tipo de aceros.
Sin embargo, a partir de los datos de la tercera y cuarta columnas de la figura 4, queda claro que se puede utilizar aceite con un rango muy amplio de velocidades de enfriamiento para el endurecimiento.
Esta última circunstancia es favorable desde el punto de vista de la producción.
Cambios en las propiedades mecánicas y la dureza de grados de acero experimentales en función de la temperatura de revenido.
La figura 5 muestra el cambio en las propiedades mecánicas de los grados de acero estudiados en función de la temperatura de revenido después del endurecimiento.
Como se puede observar en los datos de la Figura 5, las características mecánicas del acero, determinadas mediante ensayos de tracción, impacto y dureza, cambian linealmente después del revenido en el rango de temperatura de 520-660.
Tomando como evaluación de las propiedades mecánicas la relación entre la resistencia a la tracción o la dureza y la tenacidad al impacto, es fácil ver que la combinación más desfavorable de estas propiedades se encuentra en el grado I-1, que, con igual dureza que otros grados de acero probados, tiene propiedades plásticas más bajas, especialmente en la región de bajas temperaturas de revenido.
En cuanto a las propiedades de los aceros de grados I-2 e I-3, en este caso es difícil dar preferencia a alguno de ellos.
De hecho, si el acero de grado I-2 tiene, con igual dureza, una alta viscosidad después del revenido en la región de temperaturas alrededor de los 650 grados, entonces, por el contrario, es algo inferior al acero de grado I-3 después del revenido a alrededor de los 520 grados.
Los valores absolutos de tenacidad al impacto de los aceros ensayados con una dureza de aproximadamente 3,2 se encuentran en el límite inferior de los permitidos para blindajes de alta dureza de 5-3 kg/cm².2.
Sin embargo, esto último, como veremos más adelante, no provocará la destrucción frágil del blindaje durante las pruebas de proyectiles, ya que, aparentemente, las regularidades establecidas durante el estudio de grados de acero fundamentalmente diferentes utilizados para la producción de blindaje de baja temple y alta dureza no pueden extenderse incondicionalmente a las propiedades de los grados de acero en estudio.
Junto con las propiedades mecánicas, una característica muy importante para los aceros de blindaje es la capacidad de ser procesados fácilmente en fibra.
La figura 6 muestra que, en este sentido, los grados I-1 e I-2 son claramente inferiores al acero de grado I-3.
En efecto, el acero de grado I-3 produce de forma fiable una fractura fibrosa al procesar blindajes hasta alcanzar una dureza Brinell de 3,1-3,2 mm. Las muestras de acero de grados I-1 e I-2, que tienen la misma dureza, presentan una fractura con aspecto de cristalización irregular.
Con toda probabilidad, la diferencia en el comportamiento de los grados de acero estudiados I-1 e I-2 en comparación con el grado de acero I-3 se debe al alto contenido de cromo en ellos.
Los datos de la figura 6 también permiten extraer conclusiones indirectas sobre la templabilidad de los aceros estudiados. Es evidente que el acero de grado I-1 no presenta suficiente templabilidad con un espesor de placa de 120 mm, ya que, en este caso, incluso con una dureza de 3,35-3,4, se forma un precipitado cristalino en la fractura.
En cuanto a los grados de acero I-2 e I-3, se pueden recocer de manera confiable al procesar placas de 120 mm de espesor.
Así pues, teniendo en cuenta el conjunto de datos obtenidos, cabe reconocer que, de los aceros estudiados, el grado I-1 resultó ser el menos eficaz en cuanto a sus propiedades físicas y mecánicas. Por el contrario, los mejores resultados se obtuvieron con el grado I-3. El grado I-2 ocupa una posición intermedia.
Resistencia a prueba de balas y proyectiles
Los disparos experimentales demuestran que la armadura de acero I-3, de alta dureza y templado, es prácticamente equivalente en cuanto a resistencia a las balas a la armadura de acero 2P de bajo templado adoptada para el servicio.
La resistencia a proyectiles de aceros experimentales de 45 mm de espesor templados a 560-580 grados se muestra en la tabla, lo que demuestra que este nuevo tipo de blindaje, en términos de resistencia, satisface plenamente las condiciones técnicas actuales para blindajes de alta dureza y es casi tan bueno como este último en términos de resistencia real a proyectiles.
Resistencia antiproyectiles de blindaje experimental altamente templado con un espesor de 45 mm
Nota:
1) De acuerdo con las especificaciones técnicas, el blindaje de alta dureza (2,9-3,15 mm según Brinell) debe soportar una prueba de proyectil de calibre 45 mm a una velocidad normal de 630 m/seg.
2) El blindaje de 50 mm de espesor y dureza media (3,4-3,6) debe soportar una prueba de proyectil de calibre 45 mm a una velocidad normal de 620 m/seg.
Los tres grados de acero probados demostraron una resistencia al blindaje prácticamente equivalente al ser sometidos a pruebas en placas de 45 mm de espesor. En cuanto al tipo de daño, el grado I-1 fue más propenso al desprendimiento de fragmentos.
Sin embargo, a la luz de los desafíos actuales en la construcción de tanques, los resultados de las pruebas de placas de blindaje de 90 mm de espesor de un nuevo tipo son los que revisten mayor interés.
La tabla muestra los resultados promedio de las pruebas de blindaje de alta templabilidad fabricado con aceros de grados I-1, I-2, I-3, tratados a una dureza de 3,1-3,3, en comparación con los datos de prueba del blindaje de dureza media y alta adoptado para el servicio.
Resultados comparativos de ensayos de blindaje de 90 mm de espesor en el campo de pruebas científico-artillería de Gorokhovets. Clave: RTR – límite de penetración del blindaje; PSP – límite de penetración del blindaje.
Como se desprende de los datos de la tabla, la armadura experimental de alta dureza es superior a la armadura de dureza media en términos de resistencia a proyectiles y no es inferior a la armadura de alta dureza.
La naturaleza de los daños en la armadura experimental fue bastante satisfactoria: no se observaron grietas ni fisuras en las placas tratadas con la dureza especificada.
Por el contrario, al probar blindajes de alta dureza de espesor similar, en muchos casos se produjeron grietas e incluso fisuras en las placas.
De este modo, el blindaje templado de alta dureza combina las ventajas del blindaje templado de alta dureza (alta resistencia a la penetración) con las ventajas del blindaje de dureza media (buena ductilidad), eliminando la posibilidad de grietas y fisuras en las placas.
Sin embargo, los resultados más interesantes son los de las rigurosas pruebas de control realizadas en 1944 en el campo de pruebas de la Planta N° 9 de la Oficina Nacional de Diseño a placas de blindaje de alta dureza y templado de 90 mm de espesor, fabricadas con acero de grado I-3.
En este caso, las pruebas se llevaron a cabo con un proyectil alemán perforante de punta afilada de 88 mm del modelo de 1943.
En la tabla se muestran los resultados de las pruebas, comparados con los datos de las pruebas para blindajes de dureza media y alta.
Prueba comparativa de blindaje de 90 mm de espesor con un proyectil perforante alemán de 88 mm con punta perforante, modelo 1943. Peso: 10,16 kg. Designaciones: PTP – límite de penetración de blindaje; PSP – límite de penetración de blindaje.
Como muestra la tabla, la armadura de alta dureza y temple ocupa una posición intermedia entre las armaduras de dureza alta y media en las pruebas normales, diferenciándose poco de ellas, ya que las características de resistencia de estos dos tipos de armadura son muy similares. Al probarla a un ángulo de 30 grados, supera tanto a las armaduras de dureza media como a las de alta dureza.
Además, los valores de resistencia obtenidos a un ángulo de 30 grados son generalmente superiores a todos los resultados de pruebas conocidos anteriormente para losas de 90 mm de espesor.
Considerando que el ángulo de 30 grados es extremadamente importante desde un punto de vista táctico, no se puede subestimar la importancia de los datos obtenidos.
Cabe señalar que durante las pruebas de placas experimentales de 90 mm de espesor, a pesar de la significativa carga del proyectil (hasta 10 impactos en una placa de 1,2 x 1,2 m), no se observaron casos de rotura o agrietamiento, y el tamaño de las astillas no superó el calibre.
Así, al poseer una alta resistencia a los proyectiles, el blindaje templado de alta dureza se compara favorablemente con el blindaje templado de baja dureza por la ausencia de fisuras y grietas durante el fuego de artillería.
Cabe señalar, sin embargo, que un requisito absoluto para los blindajes de alta dureza y templado es la presencia de una estructura fibrosa en la fractura.
Si no se cumple este requisito, la formación de grietas es inevitable, como ocurre con los blindajes de baja dureza.
Sin embargo, como lo ha demostrado la experiencia, obtener una fractura fibrosa con una dureza de 3,1 a 3,25 mm en placas incluso con un espesor de 90 o 120 mm hechas de acero de grado I-3 no presenta ninguna dificultad.
En conclusión, cabe señalar que los ensayos de blindaje de alta dureza y bajo temple que figuran en la tabla se obtuvieron en placas fabricadas con acero de grado 51C, que contenían entre un 3,0 y un 3,5 por ciento de níquel con deficiencia aguda.
Si bien el acero de grado I-3 lo contiene en una cantidad que no supera el 1,5 por ciento, no se puede subestimar la importancia de esta última circunstancia en las condiciones de ahorro en tiempos de guerra.
Características tecnológicas de la armadura templada de alta dureza.
Durante el trabajo experimental sobre el tipo de armadura en estudio, se fundieron 4 coladas, de las cuales tres coladas (composiciones I-1, I-2 e I-3) se fundieron en la planta de Kulebak en un horno principal de solera abierta de 50 toneladas, y una colada piloto a granel se fundió en la Planta Metalúrgica de Nizhny Tagil en un horno principal de solera abierta de 150 toneladas.
El metal de estas fundiciones se utilizó para fabricar placas para pruebas de campo, dos cascos de SU-76 y seis laterales del nuevo tanque pesado.
Basándonos en la experiencia adquirida al realizar estas cuatro fusiones y observar su comportamiento en la producción en diversas etapas del proceso tecnológico, se pueden hacer las siguientes observaciones sobre la tecnología de fabricación de blindaje templado de alta dureza.
Tanto en la planta de Kulebaki como en la de Nizhny Tagil, la fundición se llevó a cabo utilizando la tecnología existente para aceros de blindaje; no se impusieron requisitos especiales de fundición. Debido a diversos problemas de producción (falta de carga, fosa mal preparada), que prolongaron artificialmente los periodos de fundición, no pudimos identificar ciertas ventajas potenciales derivadas de la composición química elegida para los aceros experimentales en las fundiciones piloto. El alto contenido de carbono con una aleación de cromo relativamente baja en el acero I-3 a plena producción debería resultar en una reducción general del proceso de fundición, especialmente en comparación con la fundición de aceros para blindaje de alta dureza, donde el requisito establecido de un menor contenido de carbono en el análisis final exige la eliminación del carbono antes de la desoxidación hasta límites extremadamente bajos. Además, se elimina el uso de ferrocromo con bajo contenido de carbono, manteniendo el periodo de ebullición dentro de los límites normales.
La aleación general simple distingue el nuevo grado de blindaje de los grados de acero Mn-Si-Cr-Ni existentes utilizados para blindajes de alta dureza y permite obtener un metal de calidad significativamente superior en la producción en horno abierto.
Una inspección de la calidad del metal mediante fracturas demostró que las preocupaciones sobre una mayor licuación de este acero eran infundadas y, a pesar de una serie de anomalías en el propio proceso de fundición, las fracturas resultantes fueron bastante satisfactorias en términos de desprendimiento de material y delaminación.
No se observaron diferencias en el laminado de los lingotes en comparación con el laminado de los aceros para blindaje existentes. En todos los casos, el laminado se desarrolló con normalidad, sin defectos.
La experiencia ha demostrado que es perfectamente posible templar las chapas después del laminado utilizando el mismo régimen adoptado para el templado de chapas de acero 8C y 49C.
El tratamiento térmico, salvo el temple en aceite obligatorio, no presenta dificultades de producción. Con un temple adecuado (sin calentamiento insuficiente ni excesivo), se logra fácilmente la dureza especificada (3,2-3,3) y una fractura fibrosa mediante un único revenido a 560-590 °C.
El corte con gas, como lo demuestra la cronometría en la Planta No. 176, durante la producción de piezas SU-76 es algo complicado y requiere velocidades de corte más bajas que las permitidas al cortar grados convencionales de acero de blindaje 2P.
Enderezar la armadura tratada térmicamente del nuevo acero es sencillo y, como ha demostrado la experiencia de la planta, resulta considerablemente más fácil que fundir armaduras de alta dureza. Cabe suponer que, debido a la elevada temperatura final de revenido y la consiguiente reducción significativa de las tensiones de temple, enderezar esta armadura no debería ser significativamente más difícil que enderezar armaduras de dureza media.
El componente más crítico de la nueva tecnología de fabricación de blindaje es la soldadura. Evidentemente, dado el alto contenido de carbono de los aceros utilizados para este blindaje, es necesario realizar una serie de cambios significativos en el proceso de soldadura.
Una característica propia de la soldadura de blindajes de alta dureza con un alto contenido de carbono (hasta un 0,5 por ciento) es que la zona de endurecimiento bajo la costura de soldadura adquiere una dureza y fragilidad particularmente elevadas, lo que resulta especialmente notable al aplicar costuras en una sola capa.
La figura muestra las curvas de distribución de dureza en las zonas afectadas por el calor para soldadura de una sola capa y con cordón de recocido. La curva (1) muestra la distribución de dureza para soldadura de una sola capa y la curva (2) para un cordón de recocido.
Resulta bastante obvio que el requisito principal al soldar blindaje templado de alta dureza debe ser la ejecución de todas las juntas con cordones de recocido, y al mismo tiempo es necesario tener en cuenta todos los medios para obtener su máximo efecto (soldaduras multicapa, diámetro pequeño del electrodo, longitud corta de las secciones individuales de la soldadura).
El comportamiento de las uniones soldadas de acero de alta dureza durante las pruebas de campo se estudió únicamente en dos cascos experimentales del cañón autopropulsado SU-76. Uno de estos cascos se sometió a pruebas de impacto de proyectil en condiciones especialmente severas para determinar la resistencia de la soldadura: el casco, con un blindaje de entre 15 y 25 mm de espesor, fue impactado con un proyectil de 45 mm.
Si observamos la naturaleza de la destrucción de las costuras soldadas durante las pruebas de campo, es fácil ver que la destrucción comienza en la unión de la costura de soldadura con el plano de las piezas soldadas, y luego la línea de desprendimiento sigue el límite entre la zona endurecida y el metal base, y la costura se desprende junto con la zona endurecida del metal base.
En los aceros que utilizamos actualmente en nuestra producción a gran escala, la destrucción se produce a lo largo de la costura de soldadura.
Finalmente, cabe destacar que, a pesar del alto contenido de carbono del acero, la soldadura de los cascos del SU-76 fabricados con blindaje de alta dureza y temple no produjo fisuras, y no se observaron fisuras en los cascos después de dos meses. Estos cascos se soldaron utilizando electrodos convencionales.
De este modo, la experiencia de fabricación de los cascos del SU-76 confirmó brillantemente las consideraciones teóricas expresadas previamente sobre la baja tendencia de los blindajes de alta dureza y templado a formar grietas.
En cuanto a la resistencia no del todo satisfactoria de las juntas soldadas obtenidas en los cascos del SU-76, en este caso, debido a la pequeña sección transversal de las costuras, no fue posible llevar a cabo de manera efectiva un sistema de soldadura de múltiples cordones.
Es posible que, al soldar blindajes más gruesos, la ductilidad de las juntas soldadas con grandes secciones transversales mejore mediante la aplicación de un sistema de cordones de recocido. Ciertamente, para ello sería necesario fabricar y probar un prototipo de casco de tanque pesado con blindaje de alta dureza y templado.
CONCLUSIÓN
Se ha desarrollado un nuevo tipo de blindaje para tanques de producción nacional: un blindaje altamente templado con gran dureza, que presenta alta resistencia a los proyectiles, baja tendencia a sufrir daños frágiles durante las pruebas de proyectiles y es insensible al desarrollo de grietas en los cascos de los tanques.
Según la investigación, se recomienda la siguiente composición química del acero para blindajes de alta dureza y templado con un espesor de 90 mm o superior:
En términos de resistencia a proyectiles, el blindaje de alta dureza y templado no es inferior a la resistencia del blindaje de alta dureza y templado bajo adoptado para la producción de tanques en serie, y en algunos casos incluso la supera.
En cuanto a la naturaleza de las fracturas frágiles durante las pruebas de impacto, el blindaje desarrollado es mejor que el blindaje de alta dureza de serie.
Para la producción de blindajes de alta dureza y templado con un espesor de 90 mm o más, se pueden utilizar grados de acero significativamente menos aleados con níquel, un elemento escaso, en comparación con los grados de acero utilizados para blindajes de serie de baja dureza y templado (reduciendo el contenido de níquel del 3,5 al 1,5 por ciento).
El proceso tecnológico para la fabricación del blindaje desarrollado no difiere fundamentalmente del proceso tecnológico para la fabricación de blindaje de dureza media, con la excepción del endurecimiento y la soldadura.
El endurecimiento de blindajes de alta dureza y templado debe realizarse en aceite; la soldadura del blindaje debe llevarse a cabo con especial cuidado y con la aplicación obligatoria de un sistema de rodillos de recocido.
En este trabajo no se estableció la resistencia de las costuras soldadas de blindaje de gran espesor, alta dureza y alta temperatura, lo cual es objeto de un trabajo que se está llevando a cabo actualmente.
Si la decisión es positiva, el nuevo tipo de blindaje se adoptará sin duda para los nuevos tanques pesados.
En conclusión, cabe señalar que el tipo de blindaje desarrollado tiene un enorme potencial, ya que permitirá una fácil transición en la producción a la fabricación de blindaje heterogéneo endurecido de una sola cara.
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