戦車装甲車両は、近年の戦闘形態の変化により、高い機動性、特殊な環境での迅速な展開、高い生存性が求められています。 したがって、戦車装甲車両への高性能チタン合金の適用を可能にするためには、新しい高比強度チタン合金と低コストの製造技術を開発する必要がある。
ウィリアム・A・グーチら。 彼らのレビューでは、M2A2 ブラッドレーに非常に複雑な形状の船長ハッチを与え、チタン鍛造ハッチの使用により鋼鉄ハッチよりも軽量であり、弾性に対する耐性性能は以前の鋼鉄ハッチに匹敵します。
2005-2006 において、ARL と British Aerospace Advanced Materials は、ホットプレス ネット複合湾曲チタン弾道インサートを研究しました。 プレートは、MIL-DTL- 46077G に基づくグレード 3 および 4 のチタン合金で作られています。 ARL はまた、M113A3 装甲兵員輸送車用のチタン被覆装甲も調査しました。これは、より重い鋼被覆装甲よりも優れた弾道保護を提供します。
二重硬度鋼と同様の二重硬度チタン冶金結合ラミネートは、軟チタンパネルと硬チタンパネルの機械的特性と弾道応答メカニズムを利用して、発射物の衝撃に耐えます。 より硬いパネルは発射物に抵抗するために使用され、より柔らかいバッキングプレートは背面の剥離を最小限に抑えるために使用されます。 Ti-3Si-Fe-0.5N パネル合金を Ti-7Al-2.5Mo バッキング プレートに圧延溶接して複合プレートを形成し、その後、熱処理。 Rc 60 以上の硬度を持つパネルは、厚さ比 70/30 での防弾性能と最大の耐剥離性にとって最適であることがわかりました。 米国陸軍研究所 (ARL) は、圧延、拡散接合、熱間静水圧プレス、爆発溶接などの 4 つの接合プロセスを研究し、弾性抵抗を 10-25% 増加させることができることを発見しました。 熱間静水圧プレスされた Ti-6Al- 4V/CP Ti 積層板の弾性抵抗は、単一の Ti-6AL- 4V 等方性積層板の弾性抵抗よりも約 10% 改善されました皿。
UK Aerospace Advanced Materials は、ARL との契約に基づき、チタンおよびチタン/二ホウ化チタン (TiB2) 粉末混合物をホットプレスした大きなニアネットシェイプで二ホウ化チタン (TiB2) を形成する FGM ブロックの製造プロセスを開発しました。硬質表面/チタン金属基板、傾斜構造の中間層。 もう 1 つのより先進的なものは、チタンベースの熱間静水圧セラミック複合材料です。 弾道衝撃試験では、タングステン合金の徹甲弾のコアが界面停止と呼ばれる破損メカニズムによって損傷することが示されています。
ARL は、軽量純チタン鋳物の製造の実現可能性と、運動エネルギーの徹甲弾に対するそのような鋳物の復元力を実証するために、2 つの異なる鋳造技術を使用して P900 チタンの開発に資金を提供しました。 目的は、鋼製軍用仕様の一般的な性能要件を満たしながら、軍用プラットフォームの重量を大幅に軽減する P900 チタン プレートを開発することでした。 この鋳造チタン板に一定の間隔と形状の穴を彫り込みました。
非 Ti-6Al- 4V 合金の開発と応用にも、高コストの合金元素の使用と低コストの電子ビームまたはプラズマ ビーム処理の使用が削減されるため、大きな利点がもたらされます。 ARL は、この技術的方向性により、将来、独立した構造材料として、または他の材料と組み合わせて、地上設備用途におけるチタンの使用が増加すると考えています。ARL は、グレード 4 チタン合金 ARL の潜在的な用途を多数研究してきました。は、TIMET 62S や ATI 425-MIL など、グレード 4 チタン合金の潜在的な用途を多数調査してきました。 後者の合金は、標準グレード 2 Ti-6Al-4V 合金と同様の弾道特性を示しますが、ベータ安定剤としてバナジウム (V) の代わりに鉄 (Fe) を使用しています。 この合金は冷間および熱間加工も可能であり、この機能がさまざまな開発用途で大きな利点となることがわかっています。 研究によると、MIL-DTL- 46077G グレード 4 ATI 425-MIL チタン合金は大きな曲げ能力を持っています。
M1A2 エイブラムス戦車は、共同の努力によりシャーシ コンポーネントの重量を軽減し、1,500 ポンドを超えました。M2A2 ブラッドレー戦闘車のキャプテン ハッチはチタンで鍛造され、上部の保護もチタンで作られています。 側部反動装甲ボックスには鋼板の代わりにチタン板が使用されており、これにより反動装甲の重量が軽減されます。
チタンは現在、ストライカーファミリーの車両の 2 つのバージョンでも使用されています。ストライカーモバイル保護ガンシステムのガンポッドはチタン製で、ストライカー RV および FSV モデルのチタン砲手保護スイートはチタン製です。BAEPegasus チタンホイールプロトタイプ車両の構造は、複合装甲のテストに使用された初期の将来戦闘車両の船体セクション。 車体下部とフロントセクションは軍用仕様の MIL-DTL- 46077G グレード 3 の低コストチタンで作られ、車両全体は複合材とスペースフレーム複合材の上部車体で作られています。 車両は広範な弾道試験と衝撃荷重を受けています。
米陸軍の研究では、陸軍地上戦闘車両に使用する単一グレードの溶融チタンが評価されました。 引張機械的特性と破壊靱性は、従来の T-6Al- 4V 航空宇宙品質シートと同様でした。 電子ビーム冷床炉溶解 (EBCHM) チタンは、MIL-T-9046 と同様の弾性抵抗を持っています。 また、一段階の低コストのチタン溶解の使用から恩恵を受ける陸軍プログラムも数多くあります。 米陸軍は、ペガサスのレプリカ車両で低コストのチタン合金の使用を検証することに成功しました。EBCHM Ti-6Al- 4V プレートの弾性抵抗に関するテスト データ。 見てわかるように、V50 値はすべて標準の MIL-DTL- 46077F よりも高くなります。
軽量化は装甲材料を選択するための重要な基準です。 軽量装甲用にさまざまな新材料が研究されており、比強度、耐食性、弾道特性が優れていることから、チタン合金が有力な候補となっています。 Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe チタン合金の機械的特性と反弾性特性に対する熱処理の影響を調査しました。 +ゾーンで溶体化処理および時効処理（930度および900度）したチタン板は、良好な強度と延性を示すことが示されました。Ti- 4Al-2.3V-1の衝撃特性+ 溶体化処理および時効処理（900 度 STA）を受けた .9Fe 板は、圧延焼鈍した Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe 板よりも優れていました。 ロールアニールおよび+溶体化処理および時効処理したTi-6Al- 4V板、900度STA Ti- 4Al-2.3V-1.9Feとの比較)プレートは、7.62 mm の球状発射体の弾道特性が優れています。
ピン・ソングら。 実験、モデル、検証により、高速衝撃下での Ti{{0}}Al-3V-2Cr-2Fe の固有の挙動を調査しました。 厚さ 7 mm の Ti-5322 ターゲットの弾道性能が弾道衝撃試験を使用して調査され、構成モデルの精度が弾道試験によって検証されました。 実験結果は、JC 固有モデルが Ti-5322 ターゲットの極限貫通速度と貫通プロセス中のフラグメントの速度減衰をうまく予測できることを示しています。 厚さ 7 mm の Ti{{10}} ターゲット上の直径 10 mm のタングステン合金ボールの弾道限界速度は、0 度および 30 度で 416.0 m/s および 484.8 m/s です。同じ変形条件下では、新しい低コストの Ti-5322 チタン合金の降伏強度は、チタン Ti6Al4V 合金の降伏強度よりも大幅に高くなります。 準静的条件（0.01 s-1）下では、Ti-5322 チタン合金の圧縮降伏強さは 1,255 MPa であり、Ti6Al4V よりも 20% 高くなります。 動的条件（600-2 000 s-1）下では、Ti-5322 チタン合金の降伏強さは 1 430-1 470 MPa であり、Ti6Al4V の降伏強さより 28% 高くなります。
Ahsan Ul Haq et al. さまざまな高エネルギー吸収材料を検討しました。 ハニカムサンドイッチパネルは、密度が低く、エネルギー吸収能力が高いため、広く開発されています。 チタン装甲は軽合金の中でも弾性抵抗に優れていますが、コストが高いため地上兵器への応用は依然として困難です。 しかし、チタン + アルミニウム合金の積層は、積層装甲において大きな成果を上げています。C. Broeckhoven と A.du Plessis は、Ti-6Al- 4V 人体鎧をモデル化し、保護用途としての可能性を評価しました。 特に、バイオニック衝撃保護サンプルが積層造形技術によって製造できることを伝え、ドットシェルが降伏中に高いエネルギー吸収を示す可能性があることを明らかにしました。
粉末冶金プロセスは、より構造的に複雑なコンポーネントの製造や、勾配機能性装甲材料の作成に使用できます。 さまざまな性能勾配を備えた構造装甲は、さまざまな脅威物体や貫通段階に応じて装甲を貫通する発射体から保護するように設計できます。
ADAMProductsInc は、低コストの固体粉末冶金プロセスによる軍用チタン合金の製造を研究しました。 P/MT-6Al- 4V 装甲板は、低コストの革新的なチタン粉末製造技術、コスト削減の混合粉末冶金法、冷間静水圧プレス、焼結、圧延、押出成形、および熱処理（1 350°Fで4時間アニール）。 装甲板の室温引張特性を表 3 に示します。窒素、酸素、水素の含有量は、それぞれ 0.008、0.158、0.005 でした4。
同社はまた、この技術を使用して P/MTi{{0}}Al- 4V キャプテン ハッチを開発しました。ただし、圧延が鍛造に置き換えられ、熱処理が 1.3 で焼きなまされました。 00 度 F で 2 時間。 窒素、酸素、水素の含有量は 0.021、0.179、0.{10}} でした。 ハッチ材料（厚さ１．３７５インチ）の室温引張特性は、引張強さ、降伏強さ、伸びおよび面収縮に関して、１４３．８〜１４９．３ｋｓｉ、１３２．１〜１３６．３ｋｓｉ、１４．０％〜１５．５％および３４．１％〜３７．７％であった。
パブロ E. マルコフスキーら。 らは、混合元素粉末冶金によって調製されたチタンベースの層状構造の機械的挙動を研究しました。 チタンベース層状構造は、Ti-6Al- 4V 層、(%) (Ti-64) 合金金属マトリックス複合材で構成され、5% および 10% (体積比) で強化されました。 TiB または TiC 粒子の。 鋳造および鍛造技術によって製造されたTi-64合金について以前に報告されたデータと比較が行われました。 合金中に TiB および TiC 強化粒子が存在すると、均一に焼結された Ti-64 合金と比較して、金属マトリックス複合材料の強度と延性が大幅に低下します。これは、これらの粒子が亀裂や細孔の核生成のための追加の場所を提供するためです。そして材料の脆化を促進しました。 しかし、金属マトリックス複合層を Ti-64 合金層との二層構造で使用した場合、三点曲げ試験では、均質な Ti-64 合金と比較して、曲げ応力が大幅に増加することが示されました。均質な金属マトリックス複合構造。 二層構造が単一の均質層と比較してより高い衝撃エネルギーを吸収できることは、積層構造が弾道用途の要件をよりよく満たしていることを示唆しています。
スタンリー・アブコウィッツら。 同教授は、数グラムから数百キログラムまでのさまざまなサイズのニアネットシェイプ部品を製造することで性能が向上するため、粉末冶金チタンに対する産業界と軍の継続的な関心があり、チタンの開発が必要であると指摘した。米国試験材料協会 (ASTM) 仕様は、粉末冶金チタン製品の適用を容易にするための世界標準を提供します。 Dynamet は、粉末冶金チタンおよびチタン合金の構造コンポーネントの標準仕様である ASTM B988-13 を作成しました。 新しい規格には、非合金純チタン (グレード 1、2、3、4)、Ti-6Al- 4V (グレード 5)、Ti-3Al{{11) の粉末冶金製品が含まれています}}.5V (グレード 9)、Ti-6Al- 4V LI (低クリアランス)、Ti-6Al-6V-2Sn。 この規格は、粉末冶金チタンの幅広い産業、商業、軍事用途を促進します。
従来の Ti-6 に匹敵する引張特性を備えた高品質の粉末冶金 Ti-6Al- 4V ニアネットシェイプ製品を製造できる能力に基づいて、手頃な価格の粉末冶金チタンの商業的機会が拡大しています。 Al- 4 V.RTI International は、Dynamet Technologies, Inc. を買収しました。これにより、民間航空機、医療、産業および軍事用チタン合金部品における混合元素粉末技術の利用が促進されます。 アプリケーション。
チタンベースの材料は、表面層の高い強度と硬度とベース金属の十分な延性を兼ね備えており、さまざまな用途、特に軍事装備の装甲部品として非常に有望です。 高い強度、硬度、靱性の組み合わせは、異なる特性を持つ多層構造を作成することで実現できます。 イヴァシシンら。 層状チタンベース材料の微細構造特性、機械的特性、防弾保護を研究しました。 このような層状構造を製造するには、2 つの異なる方法が使用されました。 1 つ目は従来の冶金 (インゴット鍛造) 方法で、次に Ti-6Al-4V および T110 合金の急速表面熱処理が行われ、方向に異なる機械的特性を持つ階層構造を作成するために使用されました。素材の厚さのこと。 2つ目は、TiCまたはTiB粒子で強化されたTi-6Al- 4V合金層とそれをベースとした複合層の複合構造を製造するための要素粉末冶金法です。 2層および3層のTi-6Al- 4V（VT6）合金ベースの実験プレートは、以前に得られた最適化された混合元素粉末法に基づいて製造され、表面層はTiC粒子で強化された複合材料でした。 。 同じ弾丸を使用した弾道テストにより、同じ厚さの層状材料の否定できない利点が確立されました。
近年、3Dプリント技術が急速に発展しており、従来のプロセスでは実現できなかった構造もプリントできるようになりました。 高速の徹甲爆弾や爆風に対する防御は、さまざまな材料のハニカム構造とドットマトリクス構造によって達成できます。これは装甲防御の分野の研究者によって評価されており、プロジェクトが実行されています。RaminRahmani et al. は、選択的レーザー溶解技術と放電プラズマ焼結技術を組み合わせることによって調製された軽量の Ti6Al4V-Alsi10Mg 複合材料を研究しました。 衝撃や徹甲弾の貫通に耐えるためにハニカムメッシュ構造（均一メッシュまたは勾配メッシュ構造）が使用されました。 この結果は、耐衝撃性に対する Ti6Al4V ドット マトリックスの体積分率の重要性を示しています。 より小さいセル サイズとより細いストラット直径を備えた構造は、より大きなセル サイズとより粗いストラットを備えた構造と同じ性能を備えています。 有限要素法の結果は、体積分率が高い均一なドット マトリックス構造が発射体の貫通を防ぐのにより効果的である一方、勾配のあるドット マトリックスがねじれ/変形に対する材料の耐性を強化し、その結果材料の損傷耐性が向上することを示しています。
