Zırh, insanlıktan milyonlarca yıl daha eskidir ve öncelikle çenelere ve pençelere karşı korunmak için geliştirilmiştir. Timsahların ve kaplumbağaların, insanlara koruyucu unsurlar yaratma konusunda kısmen ilham vermesi mümkündür. Tarih öncesi bir sopa veya zırh delici bir mermi olsun, tüm kinetik enerji silahları, büyük gücü küçük bir alanda yoğunlaştırmak için tasarlanmıştır, görevi hedefi delmek ve ona maksimum hasar vermektir. Sonuç olarak, zırhın görevi, insan gücüne, taşıma sistemlerine ve koruduğu yapılara herhangi bir zararı en aza indirmek için saldırı araçlarını saptırarak veya tahrip ederek ve / veya çarpma enerjisini mümkün olduğunca geniş bir alana dağıtarak bunu önlemektir.
Modern zırh tipik olarak mermiyi durdurmak, saptırmak veya yok etmek için sert bir dış katmandan, çok yüksek bir "kırma işi" olan bir ara katmandan ve çatlakları ve döküntüleri önlemek için viskoz bir iç katmandan oluşur.
Çelik
Zırhlı araçların oluşturulmasında yaygın olarak kullanılan ilk malzeme haline gelen çelik, hafif alüminyum ve titanyum alaşımları, seramikler, polimer matrisli kompozitler, cam elyafları, aramid ile güçlendirilmiş zırhların ortaya çıkmasına rağmen hala talep görmektedir. ve ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilenin yanı sıra metal matrisli kompozit malzemeler.
SSAB dahil olmak üzere birçok çelik fabrikası, ek kaplama gibi ağırlık açısından kritik çeşitli uygulamalar için yüksek dayanımlı çelikler geliştirmeye devam ediyor. 4-20 mm kalınlıklarda mevcut olan zırhlı çelik kalitesi ARM OX 600T, 570 ila 640 HBW birimi garantili sertlikte mevcuttur (Sertlik, Brinell, Wolfram kısaltması; standart çapta bir tungsten topun preslendiği bir testtir) bilinen bir kuvvete sahip bir malzeme örneğine, daha sonra oluşan girintinin çapı ölçülür; daha sonra bu parametreler, sertlik birimlerinin sayısını elde etmenizi sağlayan formüle değiştirilir).
SSAB ayrıca, penetrasyon ve patlama koruması için doğru sertlik ve tokluk dengesine ulaşmanın önemini vurgular. Tüm çelikler gibi, ARMOX 600T de demir, karbon ve silikon, manganez, fosfor, kükürt, krom, nikel, molibden ve bor gibi bir dizi başka alaşım bileşeninden oluşur.
Özellikle sıcaklık söz konusu olduğunda, kullanılan üretim tekniklerinde sınırlamalar vardır. Bu çelik ek ısıl işlem için tasarlanmamıştır; teslimattan sonra 170 °C'nin üzerinde ısıtılırsa SSAB özelliklerini garanti edemez. Bu tür bir kısıtlamayı aşabilen şirketlerin, zırhlı araç üreticilerinin yakından incelemesini çekmesi muhtemeldir.
Bir başka İsveçli şirket olan Deform, özellikle ticari/sivil araçların korumasını iyileştirmek isteyenler başta olmak üzere zırhlı araç üreticilerine kurşuna dayanıklı zırh çeliği sıcak şekillendirilmiş parçalar sunuyor.
Tek parça Deform güvenlik duvarları, Nissan PATROL 4x4, Volkswagen T6 TRANSPORTER minibüsünde ve Isuzu D-MAX kamyonetinde aynı malzemeden sağlam bir zemin levhası ile birlikte kuruludur. Deform tarafından geliştirilen ve sac üretiminde kullanılan sıcak şekillendirme işlemi, 600HB [HBW] sertliği korur.
Şirket, yapısal olarak tanımlanmış bir şekli korurken piyasadaki tüm zırh çeliklerinin özelliklerini eski haline getirebileceğini ve elde edilen parçaların geleneksel kaynaklı ve kısmen örtüşen yapılardan çok daha üstün olduğunu iddia ediyor. Deform'un geliştirdiği yöntemde saclar sıcak dövme işleminden sonra su verme ve temperleme işlemine tabi tutulur. Bu işlem sayesinde "kritik noktaların bütünlüğünü bozan kaynaklar" gibi durumlarda zorunlu olmadan soğuk şekillendirme ile elde edilemeyen üç boyutlu şekiller elde etmek mümkündür.
Deforme sıcak şekillendirilmiş çelik saclar, BAE Systems BVS-10 ve CV90'da ve 1990'ların başından beri birçok Kraus-Maffei Wegmann (KMW) makinesinde kullanılmıştır. LEOPARD 2 tankı için üç boyutlu zırh plakaları ve BOXER ve PUMA araçları için çeşitli şekilli plakaların yanı sıra, yine BOXER dahil olmak üzere birçok Rheinmetall aracının yanı sıra WIESEL aracı için bir kapak üretimi için siparişler geliyor. Deform ayrıca alüminyum, kevlar/aramid ve titanyum gibi diğer koruyucu malzemelerle de çalışır.
Alüminyum ilerleme
Zırhlı araçlara gelince, ilk kez 1960'tan beri üretilen M113 zırhlı personel taşıyıcısının imalatında alüminyum zırh yaygın olarak kullanıldı. %4,5 magnezyum ve çok daha az miktarda manganez, demir, bakır, karbon, çinko, krom, titanyum ve diğerleri içeren 5083 olarak adlandırılan bir alaşımdı. 5083, kaynaktan sonra gücünü iyi korusa da, ısıl işlem görebilen bir alaşım değildir. 7.62 mm zırh delici mermilere karşı iyi bir dirence sahip değildir, ancak resmi testlerin onayladığı gibi, 14.5 mm Sovyet tarzı zırh delici mermileri çelikten daha iyi durdururken, ağırlıktan tasarruf sağlar ve istenen gücü ekler. Bu koruma seviyesi için alüminyum levha, 265 r/cm3 daha düşük yoğunluğa sahip çelikten daha kalın ve 9 kat daha güçlüdür, bu da yapının ağırlığında bir azalmaya neden olur.
Zırhlı araç üreticileri kısa süre sonra daha hafif, balistik açıdan daha güçlü, kaynaklanabilir ve ısıl işlem görebilen alüminyum zırh talep etmeye başladılar ve bu da Alcan'ın her ikisi de daha yüksek çinko içeriğine sahip 7039 ve daha sonra 7017'yi geliştirmesine yol açtı.
Çelikte olduğu gibi, damgalama ve sonraki montaj, alüminyumun koruyucu özelliklerini olumsuz yönde etkileyebilir. Kaynak yaparken, ısıdan etkilenen bölgeler yumuşar, ancak doğal yaşlanma sırasındaki sertleşme nedeniyle güçleri kısmen geri yüklenir. Kaynak ve/veya montaj hataları durumunda, kaynak yakınındaki dar bölgelerde metalin yapısı değişir ve büyük artık gerilimler oluşturur. Sonuç olarak, üretim teknikleri bunları en aza indirmeli ve özellikle makinenin tasarım ömrünün otuz yıldan fazla olması bekleniyorsa, stres korozyonu çatlaması riski de en aza indirilmelidir.
Gerilme korozyonu çatlaması, alaşım elementlerinin sayısı arttıkça bozulma eğilimi gösteren korozif bir ortamda çatlakların ortaya çıkması ve büyümesi sürecidir. Çatlakların oluşumu ve sonraki büyümeleri, hidrojenin tane sınırları boyunca difüzyonunun bir sonucu olarak ortaya çıkar.
Çatlamaya karşı duyarlılığın belirlenmesi, çatlaklardan az miktarda elektrolitin çıkarılması ve analizi ile başlar. Belirli bir alaşımın ne kadar kötü hasar gördüğünü belirlemek için düşük gerinim oranlı stres korozyon testleri yapılır. İki numunenin (biri aşındırıcı bir ortamda ve diğeri kuru havada) mekanik olarak gerilmesi, başarısız olana kadar gerçekleşir ve ardından kırılma bölgesindeki plastik deformasyon karşılaştırılır - numune arızaya ne kadar gerilirse o kadar iyidir.
Gerilme korozyonu çatlamasına karşı direnç, işleme sırasında geliştirilebilir. Örneğin, kendisini “dünyanın en büyük malzeme veri tabanı” olarak adlandıran Total Materia'ya göre Alcan, 7017'nin hızlandırılmış stres korozyonu çatlama testlerindeki performansını 40 kat artırdı. Elde edilen sonuçlar ayrıca, artık gerilimlerden kaçınmanın zor olduğu kaynaklı yapıların bölgeleri için korozyondan korunma yöntemlerinin geliştirilmesini mümkün kılmaktadır. Kaynaklı bağlantıların elektrokimyasal özelliklerini optimize etmek için alaşımları iyileştirmeye yönelik araştırmalar devam etmektedir. Yeni ısıl işlem görebilen alaşımlar üzerindeki çalışmalar, güçlerini ve korozyon dirençlerini geliştirmeye odaklanırken, ısıl işlem görmeyen alaşımlar üzerinde yapılan çalışmalar, kaynaklanabilirlik gereksinimlerinin getirdiği kısıtlamaları ortadan kaldırmayı amaçlar. Geliştirme aşamasındaki en sağlam malzemeler, günümüzde kullanılan en iyi alüminyum zırhlardan %50 daha güçlü olacaktır.
Lityum alüminyum gibi düşük yoğunluklu alaşımlar, karşılaştırılabilir kurşun direncine sahip önceki alaşımlara göre yaklaşık %10 ağırlık tasarrufu sağlar, ancak balistik performans henüz Total Materia'ya göre tam olarak değerlendirilmemiştir.
Robotik olanlar da dahil olmak üzere kaynak yöntemleri de gelişiyor. Çözülen görevler arasında ısı kaynağının en aza indirilmesi, enerji ve tel besleme sistemlerinin iyileştirilmesi nedeniyle daha kararlı bir kaynak arkının yanı sıra uzman sistemler tarafından sürecin izlenmesi ve kontrolü bulunmaktadır.
MTL Advanced Materials, şirketin "güvenilir ve tekrarlanabilir soğuk şekillendirme süreci" olarak tanımladığı şeyi geliştirmek için ünlü bir alüminyum zırh plakası üreticisi olan ALCOA Defence ile birlikte çalıştı. Şirket, zırh uygulamaları için geliştirilen alüminyum alaşımlarının soğuk şekillendirme için tasarlanmadığını, yani yeni prosesinin çatlama da dahil olmak üzere yaygın arıza modlarından kaçınmaya yardımcı olması gerektiğini belirtiyor. Şirkete göre nihai hedef, makine tasarımcılarının kaynak ihtiyacını en aza indirmesini ve parça sayısını azaltmasını sağlamaktır. Kaynak hacmini azaltan şirket, üretim maliyetlerini düşürürken yapısal gücü ve ekip korumasını artırdığını vurguluyor. Kendini kanıtlamış 5083-H131 alaşımıyla başlayan şirket, parçalar boyunca ve taneler boyunca 90 derecelik bir bükülme açısına sahip soğuk şekillendirme parçaları için bir süreç geliştirdi, ardından daha karmaşık malzemelere, örneğin 7017, 7020 ve 7085 alaşımlarına geçti., aynı zamanda iyi sonuçlar elde etmek.
Seramikler ve kompozitler
Birkaç yıl önce Morgan Advanced Materials, gelişmiş seramik ve yapısal kompozitlerin bir kombinasyonundan oluşan birkaç SAMAS zırh sisteminin geliştirildiğini duyurdu. Ürün yelpazesi, metal gövdeleri değiştirmek ve hem üzerinde yaşayan hem de yaşamayan silah modüllerini korumak için menteşeli zırh, parçalanma önleyici astarlar, yapısal kompozitlerden yapılmış hayatta kalma kapsülleri içerir. Hepsi özel gereksinimlere uyarlanabilir veya siparişe göre yapılabilir.
STANAG 4569 Seviye 2-6 korumasının yanı sıra çok etkili performans ve ağırlık tasarrufu sağlar (şirket bu sistemlerin benzer çelik ürünlerin yarısı kadar ağır olduğunu iddia eder) ve belirli tehditlere, platformlara ve görevlere uyum sağlar. … Kıymık önleyici astarlar 0,36 m2 (yaklaşık 34 kg/m2) alanı kaplamak için 12,3 kg ağırlığındaki düz panellerden veya 0,55 m2 (yaklaşık 23,2 kg/m2) için 12,8 kg ağırlığındaki katı bağlantı parçalarından yapılabilir.
Morgan Advanced Materials'a göre, mevcut platformların yenilenmesi ve modernizasyonu için tasarlanan ek zırh, aynı yetenekleri yarı ağırlıkta sunuyor. Patentli sistem, küçük ve orta kalibreli silahlar, el yapımı patlayıcı cihazlar (IED'ler) ve roket güdümlü el bombaları dahil olmak üzere çok çeşitli tehdide karşı maksimum korumanın yanı sıra çok darbeli performans sağlar.
Silah modülleri için (hava ve deniz uygulamalarına ek olarak) iyi korozyon direncine sahip "yarı yapısal" bir zırh sistemi sunulmakta ve çelikten farklı olarak ağırlık tasarrufu ve ağırlık merkezi ile ilgili sorunları en aza indirmenin yanı sıra daha az elektromanyetik uyumluluk sorunu yaratmaktadır..
Silah modüllerinin korunması, çekici bir hedef oldukları için özel bir sorundur, çünkü devre dışı bırakılmaları, mürettebatın duruma hakim olmasını ve aracın yakındaki tehditlerle başa çıkma yeteneğini büyük ölçüde bozar. Ayrıca hassas optoelektronik ve hassas elektrik motorlarına sahiptirler. Genellikle aracın üst kısmına monte edildiklerinden, ağırlık merkezini mümkün olduğunca düşük tutmak için zırhlama hafif olmalıdır.
Zırhlı cam ve üst kısmın korunmasını içerebilen silah modüllerinin koruma sistemi tamamen katlanabilir, iki kişi 90 saniyede yeniden monte edebilir. Kompozit hayatta kalma kapsülleri, şirketin "benzersiz sert malzemeler ve polimer formülasyonları" olarak tanımladığı şeylerden yapılırlar, şarapnel koruması sağlarlar ve sahada tamir edilebilirler.
asker koruması
3M Ceradyne tarafından geliştirilen SPS (Asker Koruma Sistemi), Entegre Kafa Koruma Sistemi (IHPS) ve VTP (Yaşamsal Gövde Koruması) - ESAPI (Gelişmiş Küçük Silah Koruyucu Ek) bileşenleri için vücut zırhında kasklar ve ekler içerir - karşı koruma için geliştirilmiş ek küçük kollar) SPS sisteminin.
IHPS gereksinimleri arasında daha hafif ağırlık, pasif işitme koruması ve gelişmiş künt darbe koruması bulunur. Sistem ayrıca bir askerin alt çenesini korumak için bir bileşen, koruyucu bir vizör, gece görüş gözlüğü için bir yuva, örneğin el feneri ve kamera için kılavuzlar ve ek modüler mermi koruması gibi aksesuarlar içerir. 7 milyon doları aşan sözleşme, yaklaşık 5.300 kask tedarikini sağlıyor. Bu arada, 30.000'den fazla ESAPI kiti - vücut zırhı için daha hafif ekler - 36 milyon dolarlık sözleşme kapsamında teslim edilecek. Bu kitlerin her ikisinin de üretimi 2017 yılında başladı.
Ayrıca SPS programı kapsamında KDH Savunma, SPS projesi için tedarik edilecek Gövde ve Ekstremite Koruması (TEP) alt sistemi de dahil olmak üzere beş alt sistem için Honeywell'in SPECTRA SHIELD ve GOLD SHIELD malzemelerini seçti. TEP koruma sistemi %26 daha hafiftir ve sonuçta SPS sisteminin ağırlığını %10 azaltır. KDH, bu sistem için kendi ürünlerinde UHMWPE fiber bazlı SPECTRA SHIELD ve aramid fiber bazlı GOLD SHIELD kullanacak.
SPECTRA lifi
Honeywell, UHMWPE hammaddesini SPECTRA elyafına gömmek için tescilli bir polimer elyaf eğirme ve çekme işlemi kullanır. Bu malzeme ağırlık olarak çeliğe göre 10 kat daha güçlüdür, özgül mukavemeti aramid elyafınkinden %40 daha fazladır, standart polietilenden (150°C) daha yüksek bir erime noktasına ve diğer polimerlere göre daha fazla aşınma direncine sahiptir. örneğin polyester.
Güçlü ve rijit SPECTRA malzemesi, kırılma anında yüksek deformasyon gösterir, yani kırılmadan önce çok kuvvetli esner; bu özellik, büyük miktarda darbe enerjisinin emilmesini sağlar. Honeywell, SPECTRA fiber kompozitlerinin tüfek mermileri ve şok dalgaları gibi yüksek hızlı darbeler altında çok iyi performans gösterdiğini iddia ediyor. Şirkete göre, "Gelişmiş elyafımız, darbe bölgesinden kinetik enerjiyi hızla kaldırarak darbeye tepki verir … aynı zamanda iyi titreşim sönümleme, tekrarlanan deformasyonlara karşı iyi direnç ve liflerin mükemmel iç sürtünme özelliklerinin yanı sıra kimyasallara karşı mükemmel direnç gösterir., su ve UV ışığı."
Honeywell, SHIELD teknolojisinde paralel lif şeritlerini yayar ve tek yönlü bir şerit oluşturmak için bunları gelişmiş bir reçineyle emprenye ederek birbirine bağlar. Daha sonra bu bandın katmanları, istenen açılarda ve belirli bir sıcaklık ve basınçta çapraz olarak yerleştirilir ve kompozit bir yapıya lehimlenir. Yumuşak giyilebilir uygulamalar için iki kat ince ve esnek şeffaf film arasına lamine edilir. Lifler düz ve paralel kaldıkları için, darbe enerjisini dokunmuş bir kumaşa dokunduklarından daha verimli bir şekilde yayarlar.
Short Bark Industries ayrıca SPS TEP sistemi için BCS (Balistik Savaş Gömlek) korumasında SPECTRA SHIELD kullanır. Short Bark, yumuşak koruma, taktik giyim ve aksesuarlarda uzmanlaşmıştır.
Honeywell'e göre askerler, aramid elyaf muadillerine göre üstün performans gösterdikten sonra bu malzemelerden yapılmış koruyucu elemanları seçtiler.
