Tankisoomukid nõuavad viimastel aastatel toimunud lahingurežiimide muutumise tõttu suurt mobiilsust, kiiret kasutuselevõttu erikeskkondades ja suurt vastupidavust. Seetõttu on vaja välja töötada uued kõrge eritugevusega titaanisulamid ja ka odavad tootmistehnikad, et võimaldada suure jõudlusega titaanisulamite kasutamist tanksoomukites.
William A. Gooch et al. Oma ülevaates andsid M2A2 Bradley kapteniluugi väga keeruka kuju, kuna titaanist sepistatud luuk on kaalult kergem kui terasluuk ja vastupidavus elastsusele on võrreldav eelmise terasluugi omaga.
Aastal 2005-2006 uurisid ARL ja British Aerospace Advanced Materials kuumpressitud võrgukomposiit kõveraid titaanist ballistilisi sisestusi. Plaadid on valmistatud 3. ja 4. klassi titaanisulamitest MIL-DTL- 46077G järgi. ARL uuris ka titaanist plakeeritud soomust M113A3 soomuskandja jaoks, mis pakub paremat ballistilist kaitset kui raskemad terasest plakeeritud soomused.
Kahekõvadusega titaanist metallurgiliselt seotud laminaat, mis sarnaneb kahe kõvadusega terasele, kasutab pehme ja kõva titaanpaneelide mehaanilisi omadusi ja ballistilise reaktsiooni mehhanisme, et seista vastu mürsu löökidele. Kõvemaid paneele kasutatakse mürsudele vastupanu andmiseks ja pehmemaid tugiplaate kasutatakse tagapinna lõhenemise minimeerimiseks. Ti-3Si-Fe-0.5N paneelisulam rullkeevitati Ti-7Al-2.5Mo tugiplaadi külge, et moodustada komposiitplaat, mis seejärel kuumtöödeldud. Leiti, et paneelid kõvadusega Rc 60 või rohkem olid optimaalsed ballistilise kaitse ja maksimaalse lõhenemiskindluse tagamiseks paksuse suhtega 70/30. USA armee uurimislabor (ARL) uuris nelja sidumisprotsessi, nagu valtsimine, difusioonliitmine, kuumisostaatpressimine või plahvatusohtlik keevitamine, ja leidis, et elastsust saab suurendada 10-25%. Kuumastaatiliselt pressitud Ti-6Al- 4V/CP Ti laminaatide elastsustakistus paranes umbes 10% võrreldes ühe Ti-6AL- 4V isotroopse materjaliga. plaat.
UK Aerospace Advanced Materials, kes on sõlminud lepingu ARL-iga, on välja töötanud FGM-plokkide valmistamise protsessi, kasutades titaandiboriidi (TiB2) moodustamiseks titaani ja titaan/titaandiboriidi (TiB2) pulbrisegusid kuumpressitud suures võrgulähedases vormis. kõva pind/titaan-metall aluspind, gradientstruktuuriga vahekihiga. Teine, arenenum, on titaanil põhinevad kuumad isostaatilised keraamilised komposiidid. Ballistilised löögikatsed on näidanud, et volframisulamist soomust läbistavad mürsusüdamikud on kahjustatud rikkemehhanismi tõttu, mida nimetatakse liidese vahistamiseks.
ARL rahastas titaani P900 väljatöötamist, kasutades kahte erinevat valutehnikat, et näidata kergekaaluliste puhta titaani valandite valmistamise teostatavust ja selliste valandite vastupidavust kineetilise energiaga soomust läbistavatele voorudele. Eesmärgiks oli välja töötada titaanplaat P900, mis vastaks terase sõjalise spetsifikatsiooni üldistele jõudlusnõuetele, kuid vähendaks oluliselt sõjalise platvormi kaalu. Sellele valatud titaanplaadile lõigati kindla vahekaugusega ja kindla kujuga augud.
Mitte-Ti-6Al- 4V-sulamite väljatöötamine ja rakendamine pakub ka olulisi eeliseid, kuna on vähenenud kallimate legeerelementide kasutamine ning odavamate elektron- või plasmakiirtega töötlemine. .ARL usub, et see tehnoloogiline suund suurendab tulevikus titaani kasutamist maapealsete seadmete rakendustes kas eraldiseisva konstruktsioonimaterjalina või koos teiste materjalidega.ARL on uurinud mitmeid 4. klassi titaanisulamite ARL potentsiaalseid rakendusi. on uurinud mitmeid 4. klassi titaanisulamite potentsiaalseid rakendusi, sealhulgas TIMET 62S ja ATI 425-MIL; viimasel sulamil on sarnased ballistilised omadused tavalise 2. klassi Ti-6Al-4V sulamiga, kuid beeta-stabilisaatorina kasutatakse rauda (Fe) vanaadiumi (V) asemel. Sulam võib olla ka külm- ja kuumtöödeldud, mis on erinevate arendusrakenduste puhul osutunud suureks eeliseks. Uuringud on näidanud, et MIL-DTL- 46077G 4. klassi ATI 425-MIL titaanisulam on suure paindevõimega.
M1A2 Abramsi paak on kooskõlastatud jõupingutustega vähendanud šassii komponentide kaalu, et ületada 1500 naela. M2A2 Bradley Fighting Vehicle'i kapteniluuk on sepistatud titaanist ja ülemine kaitse on valmistatud titaanist. Külgreaktsiooni soomuskastides kasutatakse terasplaatide asemel titaanplaate, vähendades nii reaktsioonisoomuse kaalu.
Titaani kasutatakse praegu ka Strykeri sõidukite perekonna kahes versioonis. Stryker Mobile Protected Gun System püstolipadjad on valmistatud titaanist ja titaanist laskuri kaitsekomplekt Stryker RV ja FSV mudelitel. BAEPegasus Titanium Wheeled Prototype Vehicle Structure on varajane Future Combat Vehicle kereosa, mida kasutati komposiitsoomuse testimiseks. Kere alumine osa ja esiosa on valmistatud sõjalise spetsifikatsiooniga MIL-DTL- 46077G 3. klassi odavast titaanist ning kogu sõiduk on valmistatud komposiit- ja kosmoseraami komposiitkere ülaosast. Sõiduk on läbinud ulatuslikud ballistilised testid ja löökkoormuse.
USA armee uuringud hindasid üheklassilist sula titaani kasutamiseks maaväe lahingumasinates. Tõmbemehaanilised omadused ja purunemistugevus olid sarnased tavapärase T-6Al- 4V kosmosesõiduki kvaliteedilehega. Electron Beam Cold Bed Furnace Melting (EBCHM) titaanil on elastsustakistus, mis on sarnane MIL-T-9046-ga. Samuti on mitmeid armee programme, mis saavad kasu üheastmelise ja odava titaani sulatamise kasutamisest. USA armee on edukalt kinnitanud odavate titaanisulamite kasutamise Pegasuse koopiasõidukis. EBCHM Ti{8}}Al- 4V plaadi elastsustakistuse katseandmed. Nagu näha, on V50 väärtused kõik kõrgemad kui standardne MIL-DTL- 46077F.
Kaalu vähendamine on soomusmaterjalide valiku oluline kriteerium. Kergesoomuse jaoks uuritakse erinevaid uusi materjale ja titaanisulamid on potentsiaalsed kandidaadid nende kõrge eritugevuse, korrosioonikindluse ja heade ballistiliste omaduste tõttu.G.Sukumar et al. uuris kuumtöötluse mõju Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe titaanisulami mehaanilistele ja antielastsusomadustele. Näidati, et + tsoonis töödeldud ja vanandatud (930 kraadi ja 900 kraadi) titaanplaatidel oli hea tugevus ja elastsus. Ti- 4Al-2.3V-1 löögiomadused. .9Fe plaadid + lahuse töötlemisel ja vanandamisel (900 kraadi STA) olid paremad kui rulliga lõõmutatud Ti- 4Al-2.3 V-1.9Fe plaadid. Võrreldes rulllõõmutatud ja + lahusega töödeldud ja vanandamist töödeldud Ti-6Al- 4V-plaatidega, 900 kraadi STA Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe plaatidel on paremad ballistilised omadused 7,62 mm sfääriliste mürskude puhul.
Ping Song jt. uuris Ti{{0}}Al-3V-2Cr-2Fe olemuslikku käitumist suure kiiruse mõjul katse, mudeli ja valideerimisega. 7 mm paksuse Ti-5322 sihtmärgi ballistilist jõudlust uuriti ballistiliste löögitestide abil ja konstitutiivse mudeli täpsust kontrolliti ballistiliste testidega. Katsetulemused näitavad, et JC sisemine mudel suudab hästi ennustada Ti-5322 sihtmärgi lõplikku läbitungimiskiirust ja fragmendi kiiruse vähenemist läbitungimisprotsessi ajal. 10 mm läbimõõduga volframisulamist kuuli ballistilised piirkiirused 7 mm paksusel Ti{{10}} sihtmärgil 0 kraadi ja 30 kraadi juures on 416,0 m/s ja 484,8 m/s vastavalt.Samades deformatsioonitingimustes on uue odava Ti-5322 titaanisulami voolavuspiir oluliselt kõrgem kui titaani Ti6Al4V sulamil. Kvaastaatilistes tingimustes (0,01 s-1) on Ti-5322 titaanisulami survevoolutugevus 1255 MPa, mis on 20% kõrgem kui Ti6Al4V oma. Dünaamilistes tingimustes (600-2 000 s-1) on Ti-5322 titaanisulami voolavuspiir 1 430-1 470 MPa, mis on 28% kõrgem kui Ti6Al4V-l.
Ahsan Ul Haq et al. vaadati üle erinevad suure energiat neelavad materjalid. Kärgstruktuuri sandwich-paneelid on laialdaselt arendatud tänu nende väiksemale tihedusele ja suuremale energia neeldumisvõimele. Kõigist kergsulamitest paistab titaansoomus silma elastse vastupidavuse poolest, kuid selle kõrge hinna tõttu on maapealsete relvade puhul siiski raske rakendust saavutada. Titaan + alumiiniumisulamist laminaadid on aga olnud lamineeritud soomuse suursaavutus.C. Broeckhoven ja A.du Plessis modelleerisid Ti-6Al- 4V inimkeha, et hinnata selle potentsiaali kaitserakendusteks. Eelkõige edastasid nad, et biooniliste löögikaitse proove saab valmistada lisaainetega tootmismeetodite abil, ja näitasid, et täpikestadel võib saagikuse ajal olla kõrge energia neeldumine.
Pulbermetallurgia protsesse saab kasutada nii struktuurselt keerukamate komponentide valmistamiseks kui ka gradientfunktsionaalsete soomusmaterjalide loomiseks. Erineva jõudluse gradiendiga konstruktsioonisoomust saab kavandada kaitseks soomust läbistavate mürskude eest erinevate ohuobjektide ja läbitungimisfaaside jaoks.
ADAMProductsInc on uurinud sõjaliste titaanisulamite valmistamist odava tahkefaasilise pulbermetallurgilise protsessi abil. Soomusplaadi P/MT-6Al- 4V valmistamisel kasutati odavat uuenduslikku titaanipulbri tootmistehnoloogiat, kulusid vähendavat segapulbrimetallurgia meetodit, külmisostaatilist pressimist, paagutamist, valtsimist, ekstrusiooni ja kuumtöötlus (lõõmutamine 1 350 kraadi F 4 tundi). Soomusplaadi tõmbeomadused toatemperatuuril on toodud tabelis 3. Lämmastiku, hapniku ja vesiniku sisaldus oli 0.008, 0,158 ja 0,005, vastavalt 4.
Ettevõte kasutas seda tehnikat ka P/MTi{{0}}Al- 4V kapteniluugi väljatöötamiseks, välja arvatud see, et valtsimine asendati sepistusega ja kuumtöötlus lõõmutati temperatuuril 1,3 00 kraadi F 2 tundi. Lämmastiku, hapniku ja vesiniku sisaldus oli 0,021, 0,179 ja 0.{10}}. Luugi materjali (paksus 1,375 ″) toatemperatuuri tõmbeomadused tõmbetugevuse, voolavuspiiri, pikenemise ja pinnakahanemise osas olid 143,8 kuni 149,3 ksi, 132,1 kuni 136,3 ksi, 14,0% kuni 15,1% ja 3,7%.
Pavlo E. Markovski jt. uuris segaelementide pulbermetallurgia abil valmistatud titaani aluskihi sarnaste struktuuride mehaanilist käitumist. Titaani aluskihitaolised struktuurid koosnesid Ti-6Al- 4V kihtidest, (%) (Ti-64) sulamimetalli maatrikskomposiitidest, mida oli tugevdatud 5% ja 10% (mahu järgi) TiB- või TiC-osakestest. Võrreldi varem esitatud andmetega valu- ja sepistamistehnikaga valmistatud Ti-64-sulamite kohta. TiB ja TiC tugevdavate osakeste olemasolu sulamis põhjustas metallmaatrikskomposiitide tugevuse ja elastsuse olulise vähenemise võrreldes ühtlaselt paagutatud Ti-64 sulamiga, kuna need osakesed pakkusid täiendavaid kohti pragude ja pooride tuuma tekkeks. ja propageeris materiaalset haprust. Kui aga metallmaatriksi komposiitkihte kasutati kahekihilises struktuuris koos Ti-64-sulamikihiga, näitasid kolmepunktilised paindekatsed paindepingete märkimisväärset suurenemist võrreldes homogeense Ti-64-sulamiga ja homogeenne metallmaatriksi komposiit struktuur. Kahekihilise struktuuri võime neelata suuremat löögienergiat võrreldes ühe homogeense kihiga viitab sellele, et lamineeritud struktuur vastab paremini ballistiliste rakenduste nõuetele.
Stanley Abkowitz jt. märkis, et tööstuse ja sõjaväe jätkuv huvi pulbermetallurgia titaani vastu, mis on tingitud paremast jõudlusest, mida on võimalik saavutada erineva suurusega peaaegu võrgukujuliste komponentide tootmisel mõnest grammist sadade kilogrammideni, on tinginud vajaduse välja töötada Ameerika Testimis- ja Materjalide Ühingu (ASTM) spetsifikatsioon, et pakkuda pulbermetallurgia titaantoodetele universaalset standardit, et hõlbustada nende kasutamist. Dynamet valmistas ette ASTM B988-13, pulbermetallurgia titaani ja titaanisulamite konstruktsioonikomponentide standardspetsifikatsiooni. Uus standard hõlmab pulbermetallurgia tooteid legeerimata puhta titaani (klassid 1, 2, 3 ja 4), Ti-6Al- 4V (klass 5), Ti-3Al{{11 }},5 V (9. klass), Ti-6Al- 4V LI (madal kliirens) ja Ti-6Al-6V-2Sn. Standard hõlbustab pulbermetallurgilise titaani laia valikut tööstuslikke, kaubanduslikke ja sõjalisi rakendusi.
Taskukohase pulbermetallurgilise titaani kaubanduslikud võimalused laienevad tänu võimalusele toota kvaliteetseid pulbermetallurgilisi Ti-6Al- 4V peaaegu võrgukujulisi tooteid, mille tõmbeomadused on võrreldavad tavapärase Ti-6 Al- 4V.RTI International ostis ettevõtte Dynamet Technologies, Inc., mis kiirendab segaelementidega pulbertehnoloogia kasutamist kommertslennukites, meditsiinilistes, tööstuslikes ja sõjalistes titaanisulamist komponentides. Rakendused.
Titaanipõhised materjalid ühendavad pinnakihi kõrge tugevuse ja kõvaduse mitteväärismetalli piisava elastsusega, et olla väga paljutõotavad mitmesugustes rakendustes, eriti sõjavarustuse soomuskomponentidena. Suure tugevuse, kõvaduse ja sitkuse kombinatsiooni saab saavutada erinevate omadustega mitmekihiliste struktuuride loomisega.О.М. Ivasishin jt. uuris kihiliste titaanipõhiste materjalide mikrostruktuurilisi omadusi, mehaanilisi omadusi ja ballistilist kaitset. Selliste kihiliste struktuuride valmistamiseks kasutati kahte erinevat meetodit. Esimene oli konventsionaalne metallurgiline (valuploki sepistamise) meetod, millele järgnes Ti-6Al-4V ja T110 sulamite pinna kiire kuumtöötlus, mida kasutati erinevate mehaaniliste omadustega hierarhiliste struktuuride loomiseks. materjali paksusest. Teine on elementaarpulbermetallurgia meetod Ti-6Al- 4V sulamikihtide ja sellel põhinevate komposiitkihtide kombineeritud struktuuride valmistamiseks, mis on tugevdatud TiC või TiB osakestega. Kaks ja kolm kihti Ti-6Al- 4V (VT6) sulamil põhinevaid katseplaate valmistati eelnevalt saadud optimeeritud segaelemendipulbri meetodil, kus pinnakihiks oli TiC osakestega tugevdatud komposiit. . Ballistilised katsed, milles kasutati samu kuule, tuvastasid sama paksusega kihilise materjali vaieldamatud eelised.
Viimastel aastatel on 3D-printimise tehnoloogia kiiresti arenenud ning võimalik on printida struktuure, mida traditsiooniliste protsesside abil realiseerida ei ole võimalik. Kaitse kiirete soomustläbistavate pommide ja lööklaine eest on võimalik saavutada erinevatest materjalidest kärg- ja täppmaatriksstruktuuridega, mida soomuskaitse valdkonna teadlased on hinnanud ja läbi viidud projekte.RaminRahmani et al. uuris kerget Ti6Al4V-Alsi10Mg komposiitmaterjali, mis on valmistatud selektiivse lasersulatamise ja plasmapaagutamise tehnikate kombineerimise teel. Löögi ja soomust läbistava kuuli läbitungimise takistamiseks kasutati kärgstruktuuri (ühtlane võrk või gradientvõrgu struktuur). Tulemused näitavad Ti6Al4V punktmaatriksi mahuosa tähtsust löögikindluse jaoks. Väiksemate rakkude suuruse ja peenemate tugipostide läbimõõduga konstruktsioonidel on sama jõudlus kui suuremate elementide ja jämedamate tugipostidega konstruktsioonidel. Lõplike elementide tulemused näitavad, et suurema mahuosaga ühtlane punktmaatriksstruktuur takistab tõhusamalt mürsu läbitungimist, samal ajal kui gradientpunktmaatriks suurendab materjali vastupidavust väändele/deformatsioonile ja suurendab seega materjali kahjustustaluvust.
