Structural features and technology of light armor composite materials with mechanism of brittle cracks localization

Cover Page

Cite item

Abstract

Introduction. Monometallic armor traditionally used in military and special equipment armaments has a number of key disadvantages that have a significant impact on the tactical and technical characteristics of the products, namely, significant weight and thickness. At the same time, composite non-metallic armors, which have been widely used recently as an alternative, in turn, are not able to withstand multiple hits in local areas of the structure due to its complete destruction or delamination. The purpose of the work: to develop the technology of obtaining a new class of multilayer metal armor materials based on light metals and alloys by explosive welding, combining high indicators of bullet resistance and structural strength along with low specific gravity. The work presents a new scheme for reinforcing the composite using explosive welding technology, which allows localizing the development of brittle cracks along interlayer boundaries with external ballistic impact on the object. Results and discussion. Reinforced composite material based on titanium and aluminum alloys is obtained by explosive welding. Rational modes of shock-wave loading, which ensure production of composite material of required quality are determined; evaluation of strength of composite is carried out. In order to improve the tactical and technical characteristics of the composite, it was proposed to form high-solid intermetallic layers in its structure due to heat treatment. Rational modes of high-temperature annealing are defined, which ensure formation of intermetallic layers of preset thickness in composite structure. The phase composition of intermetallic pro-layers is studied. Structural features of the composite material are investigated. Mechanism of brittle cracks localization in composite structure at ballistic impact on it is described.

About the authors

D. B. Kryukov

Email: ddbbkk@yandex.ru
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Penza State University, 40 Krasnaya st., Penza, 440028, Russian Federation, ddbbkk@yandex.ru

References

  1. Lightweight ballistic composites: military and law-enforcement applications / ed. by A. Bhatnagar. – 2nd ed. – Amsterdam [et. al.]: Woodhead Publishing is an imprint of Elsevier, 2016. – 482 p. – doi: 10.1016/C2014-0-03657-X.
  2. Patent № 0089597 US. Lightweight composite armor: publ. 26.04.2007 / Ma Z.D.
  3. Patent № 6709736 US. Armored products made of fiber reinforced composite material with ceramic matrix: publ. 23.03.2004 / Gruber U., Heine M., Kienzle A., Nixdorf R.
  4. Patent № 6314858 V1 US. Fiber reinforced ceramic matrix composite armor: publ. 13.11.2001 / Strasser T.E., Atmur S.D.
  5. Advanced fibrous composite materials for ballistic protection / ed. by X. Chen. – 2nd ed. – Amsterdam [et. al.]: Woodhead Publishing is an imprint of Elsevier, 2016. – 548 p. – doi: 10.1016/C2014-0-01733-9.
  6. Lightweight composite structures in transport: design, manufacturing, analysis and performance / ed. by J. Njuguna. – Woodhead Publishing, 2016. – 474 p. – doi: 10.1016/C2014-0-02646-9.
  7. Ceramic armor and armor systems / ed. by E. Medvedovski. – John Wiley and Sons, 2012. – 200 p. – ISBN 111840680X. – ISBN 9781118406809.
  8. Материалы и защитные структуры для локального и индивидуального бронирования / В.А. Григорян, И.Ф. Кобылкин, В.М. Маринин, Е.Н. Чистяков. – М.: РадиоСофт, 2008. – 406 с.
  9. Hazell P.J., Roberson C.J., Moutinho M. The design of mosaic armour: the influence of tile size on ballistic performance // Materials and Design. – 2008. – Vol. 29. – P. 1497–1503.
  10. Патент № 2606134 Российская Федерация. Способ получения композиционного материала: № 2015134788: заявл. 18.08.2015: опубл. 10.01.2017, Бюл. № 16 / Первухин Л.Б., Казанцев С.Н., Крюков Д.Б., Чугунов С.Н., Кривенков А.О., Розен А.Е.
  11. Kinetics of diffusion processes occurring in a composite titanium–aluminum material / L.B. Pervukhin, D.B. Kryukov, A.O. Krivenkov, S.N. Chugunov // Metallurgist. – 2017. – Vol. 60. – P. 1004–1007. – doi: 10.1007/s11015-017-0399-7.
  12. Григолюк Э.И., Фильштинский Э.И. Перфорированные пластины и оболочки. – М.: Наука, 1970. – 556 с.
  13. Structural transformations and properties of titanium–aluminum composite during heat treatment / L.B. Pervukhin, D.B. Kryukov, A.O. Krivenkov, S.N. Chugunov // Physics of Metals and Metallography. – 2017. – Vol. 118, N 8. – P. 759–763. – doi: 10.1134/S0031918X17080105.
  14. Rice R.W. Mechanical properties of ceramics and composites: grain and particle effects. – New York: Marcel Dekker, 2000. – 712 p.
  15. Medvedovski E. Alumina ceramics for ballistic protection: Part 1 // American Ceramic Society Bulletin. – 2002. – Vol. 81, N 3. – P. 27?32.
  16. Jiang D.T., Thomson K., Kuntz J.D. Effect of sintering temperature on a single-wall carbon nanotube-toughened alumina-based nanocomposite // Scripta Materialia. – 2007. – Vol. 56, N 11. – P. 959?962.
  17. Development of new composite material reinforcement schemes based on intermetallic strengthening / L.B. Pervukhin, A.E. Rozen, D.B. Kryukov, A.O. Krivenkov, S.N. Chugunov // Metallurgist. – 2016. – Vol. 60. – P. 953–958. – doi: 10.1007/s11015-017-0399-7.
  18. Конструкционные материалы: справочник / под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. – М.: Машиностроение, 1990. – 688 с.
  19. Конон Ю.А., Первухин Л.Б., Чудновский А.Д. Сварка взрывом. – М.: Машиностроение, 1987. – 216 с.
  20. Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Липецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1980. – 320 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».