Los vehículos blindados de tanque requieren una gran movilidad, un despliegue rápido en entornos especiales y una alta capacidad de supervivencia debido al cambio en los modos de combate en los últimos años. Por lo tanto, es necesario desarrollar nuevas aleaciones de titanio de alta resistencia específica, así como técnicas de fabricación de bajo coste, que permitan la aplicación de aleaciones de titanio de alto rendimiento en vehículos blindados de tanques.
William A. Gooch et al. En su revisión, le dan al M2A2 Bradley una forma muy compleja de la escotilla del capitán, mediante el uso de piezas forjadas de titanio, la escotilla es más liviana que la escotilla de acero, y el rendimiento de resistencia a la elasticidad es comparable al de la escotilla de acero anterior.
En 2005-2006, ARL y British Aerospace Advanced Materials investigaron inserciones balísticas de titanio curvadas compuestas de red prensadas en caliente. Las placas están hechas de aleaciones de titanio de grado 3 y 4 según MIL-DTL- 46077G. ARL también investigó el blindaje revestido de titanio para el vehículo blindado de transporte de personal M113A3, que proporciona una protección balística superior al blindaje revestido de acero más pesado.
Un laminado unido metalúrgicamente de titanio de doble dureza similar al acero de doble dureza utiliza las propiedades mecánicas y los mecanismos de respuesta balística de los paneles de titanio blandos y duros para resistir el impacto de proyectiles. Los paneles más duros se utilizan para resistir proyectiles y las placas de respaldo más blandas se utilizan para minimizar el desconchado en la superficie trasera. Se soldó por rodillo una aleación de panel de Ti-3Si-Fe-0.5N a una placa de respaldo de Ti-7Al-2.5Mo para formar una placa compuesta, que luego se tratado térmicamente. Se descubrió que los paneles con una dureza de Rc 60 o mayor eran óptimos para la protección balística y la máxima resistencia al desconchado con una relación de espesor de 70/30. El Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU. (ARL) estudió cuatro procesos de unión, como el laminado, la unión por difusión, el prensado isostático en caliente o la soldadura explosiva, y descubrió que la resistencia elástica se podía aumentar en un 10-25 %. La resistencia elástica de los laminados de Ti-6Al- 4V/CP Ti prensados isostáticamente en caliente mejoró aproximadamente un 10 por ciento con respecto a la de un solo laminado isotrópico de Ti-6AL- 4V. lámina.
UK Aerospace Advanced Materials, bajo contrato con ARL, ha desarrollado un proceso para la preparación de bloques FGM utilizando mezclas de polvo de titanio y titanio/diboruro de titanio (TiB2) en forma grande, casi neta, prensadas en caliente para formar un diboruro de titanio (TiB2). Superficie dura/sustrato de titanio-metal, con una capa intermedia de estructura gradiente. Otro, más avanzado, son los compuestos cerámicos isostáticos calientes a base de titanio. Las pruebas de impacto balístico han demostrado que los núcleos de proyectiles perforantes de aleación de tungsteno resultan dañados por un mecanismo de falla llamado detención interfacial.
ARL financió el desarrollo del titanio P900 utilizando dos técnicas de fundición diferentes para demostrar la viabilidad de producir piezas fundidas ligeras de titanio puro y la resistencia de dichas piezas a las balas perforantes de energía cinética. El objetivo era desarrollar una placa de titanio P900 que cumpliera con los requisitos generales de rendimiento de la especificación militar de acero, pero que redujera significativamente el peso de la plataforma militar. Esta placa de titanio fundido fue cincelada con agujeros de cierta distancia y cierta forma.
El desarrollo y aplicación de aleaciones distintas de Ti-6Al- 4V también ofrece ventajas significativas debido a la reducción en el uso de elementos de aleación de mayor costo y tratamientos de haz de electrones o haz de plasma de menor costo. .ARL cree que esta dirección tecnológica aumentará el uso de titanio en aplicaciones de equipos terrestres en el futuro, ya sea como material estructural independiente o en conjunto con otros materiales. ARL ha investigado una serie de aplicaciones potenciales para aleaciones de titanio de Grado 4 ARL ha investigado una serie de aplicaciones potenciales para aleaciones de titanio de grado 4, incluidas TIMET 62S y ATI 425-MIL; esta última aleación muestra propiedades balísticas similares a las de la aleación estándar Ti-6Al-4V de grado 2, pero utiliza hierro (Fe) en lugar de algo de vanadio (V) como estabilizador beta. La aleación también se puede trabajar en frío y en caliente, una capacidad que ha demostrado ser una gran ventaja en diversas aplicaciones de desarrollo. Los estudios han demostrado que la aleación de titanio MIL-DTL- 46077G Grado 4 ATI 425-MIL tiene una gran capacidad de flexión.
El tanque M1A2 Abrams ha reducido el peso de los componentes del chasis a través de un esfuerzo concertado para superar las 1,500 lb. La escotilla del capitán del M2A2 Bradley Fighting Vehicle está forjada en titanio y la protección superior está hecha de titanio. Las cajas de armadura de reacción lateral utilizan placas de titanio en lugar de placas de acero, lo que reduce el peso de la armadura de reacción.
El titanio también se utiliza actualmente en dos versiones de la familia de vehículos Stryker. Las cápsulas de armas del Stryker Mobile Protected Gun System están hechas de titanio, y el conjunto de protección del artillero de titanio en los modelos Stryker RV y FSV. La estructura del vehículo prototipo con ruedas de titanio BAEPegasus es una de las primeras secciones del casco de un vehículo de combate del futuro utilizada para probar el blindaje compuesto. La parte inferior de la carrocería y la sección delantera están hechas de titanio de bajo costo MIL-DTL- 46077G Grado 3 con especificación militar, y todo el vehículo está hecho con una parte superior de la carrocería compuesta y de estructura espacial. El vehículo ha sido sometido a exhaustivas pruebas balísticas y de carga de impacto.
La investigación del Ejército de EE. UU. evaluó el titanio fundido de grado único para su uso en vehículos de combate terrestres del Ejército. Las propiedades mecánicas de tracción y la tenacidad a la fractura fueron similares a las de las láminas convencionales de calidad aeroespacial T-6Al- 4V. El titanio fundido en horno de lecho frío por haz de electrones (EBCHM) tiene una resistencia elástica similar a MIL-T-9046. También hay una serie de programas del Ejército que se benefician del uso de la fusión de titanio de una sola etapa y de bajo costo. El ejército de EE. UU. ha validado con éxito el uso de aleaciones de titanio de bajo coste en la réplica del vehículo Pegasus. Datos de prueba sobre la resistencia elástica de la placa EBCHM Ti-6Al- 4V. Como puede verse, todos los valores V50 son más altos que el estándar MIL-DTL- 46077F.
La reducción de peso es un criterio importante para la selección de materiales de armadura. Se están investigando varios materiales nuevos para armaduras ligeras y las aleaciones de titanio son candidatos potenciales debido a su alta resistencia específica, resistencia a la corrosión y buenas propiedades balísticas. G.Sukumar et al. investigó el efecto del tratamiento térmico sobre las propiedades mecánicas y las propiedades antielasticidad de la aleación de titanio Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe. Se demostró que las placas de titanio tratadas con solución y envejecidas (930 grados y 900 grados) en la zona + mostraron buena resistencia y ductilidad. Las propiedades de impacto del Ti- 4Al-2.3V-1 Las placas de 9Fe sometidas a tratamiento con solución + y envejecimiento (STA de 900 grados) fueron superiores a las de las placas de Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe recocidas por rodillos. En comparación con placas de Ti-6Al- 4V recocidas por rodillo, tratadas con solución + y tratadas con envejecimiento, STA Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe de 900 grados. Las placas tienen mejores propiedades balísticas para proyectiles esféricos de 7,62 mm.
Ping Song y cols. investigó el comportamiento intrínseco de Ti{{0}}Al-3V-2Cr-2Fe bajo impacto de alta velocidad mediante experimento, modelo y validación. El rendimiento balístico de un objetivo de Ti-5322 de 7 mm de espesor se investigó mediante pruebas de impacto balístico y la precisión del modelo constitutivo se verificó mediante pruebas balísticas. Los resultados experimentales muestran que el modelo intrínseco de JC puede predecir bien la velocidad de penetración máxima del objetivo de Ti-5322 y la caída de velocidad del fragmento durante el proceso de penetración. Las velocidades límite balísticas de una bola de aleación de tungsteno con un diámetro de 10 mm sobre un objetivo de Ti{{10}} de 7 mm de espesor a 0 grados y 30 grados son 416,0 m/s y 484,8 m/s, respectivamente. En las mismas condiciones de deformación, el límite elástico de la nueva aleación de titanio Ti-5322 de bajo costo es significativamente mayor que el de la aleación de titanio Ti6Al4V. En condiciones cuasiestáticas (0,01 s-1), el límite elástico a la compresión de la aleación de titanio Ti-5322 es de 1255 MPa, que es un 20% mayor que el del Ti6Al4V. En condiciones dinámicas (600-2 000 s-1), el límite elástico de la aleación de titanio Ti-5322 es 1 430-1 470 MPa, que es un 28% mayor que el de Ti6Al4V.
Ahsan Ul Haq y otros. revisó diferentes materiales de alta absorción de energía. Los paneles sándwich alveolar están ampliamente desarrollados debido a su menor densidad y mayor capacidad de absorción de energía. Entre todas las aleaciones ligeras, las armaduras de titanio destacan por su resistencia elástica, pero debido a su elevado coste aún resulta complicado conseguir su aplicación en armamento terrestre. Sin embargo, los laminados de aleación de titanio + aluminio han sido un logro importante en las armaduras laminadas.C. Broeckhoven y A.du Plessis modelaron chalecos antibalas humanos de Ti-6Al- 4V para evaluar su potencial para aplicaciones protectoras. En particular, transmitieron que las muestras de protección biónica contra impactos se pueden fabricar mediante técnicas de fabricación aditiva y revelaron que las carcasas de puntos pueden exhibir una alta absorción de energía durante el rendimiento.
Los procesos de pulvimetalurgia se pueden utilizar para fabricar componentes estructuralmente más complejos, así como para crear materiales de armadura funcionales en gradiente. Se pueden diseñar blindajes estructurales con diferentes gradientes de rendimiento para proteger contra proyectiles perforantes para diferentes objetos amenazantes y fases de penetración.
ADAMProductsInc ha investigado la preparación de aleaciones militares de titanio mediante un proceso pulvimetalúrgico de estado sólido de bajo costo. La placa de armadura P/MT-6Al- 4V se preparó utilizando una innovadora tecnología de producción de polvo de titanio de bajo costo, un método de metalurgia de polvos mixtos que reduce los costos, prensado isostático en frío, sinterización, laminación, extrusión y tratamiento térmico (recocido 1 350 grados F durante 4 h). Las propiedades de tracción a temperatura ambiente de la placa de armadura se muestran en la Tabla 3. Los contenidos de nitrógeno, oxígeno e hidrógeno fueron 0.008, 0,158 y 0,005, respectivamente 4.
La empresa también utilizó esta técnica para desarrollar una escotilla de capitán de P/MTi{{0}}Al- 4V, excepto que el laminado se reemplazó por forjado y el tratamiento térmico se recoció a 1,3 00 grados F durante 2 h. Los contenidos de nitrógeno, oxígeno e hidrógeno fueron 0.021, 0,179 y 0,001 8. Las propiedades de tracción a temperatura ambiente del material de escotilla (espesor de 1,375 ″) en términos de resistencia a la tracción, límite elástico, alargamiento y contracción de la cara fueron de 143,8 a 149,3 ksi, de 132,1 a 136,3 ksi, de 14,0 % a 15,5 % y de 34,1 % a 37,7 %.
Pavlo E. Markovsky et al. investigó el comportamiento mecánico de estructuras similares a capas base de titanio preparadas mediante metalurgia de polvos de elementos mixtos. Las estructuras similares a capas de base de titanio consistían en capas de Ti-6Al- 4V, (%) compuestos de matriz metálica de aleación (Ti-64) reforzados con 5 % y 10 % (en volumen) de partículas de TiB o TiC. Se hicieron comparaciones con datos reportados anteriormente para aleaciones de Ti-64 fabricadas mediante técnicas de fundición y forja. La presencia de partículas de refuerzo de TiB y TiC en la aleación dio como resultado una reducción significativa en la resistencia y ductilidad de los compuestos de matriz metálica en comparación con la aleación de Ti-64 uniformemente sinterizada, ya que estas partículas proporcionaron ubicaciones adicionales para la nucleación de grietas y poros. y promovió la fragilización del material. Sin embargo, cuando las capas compuestas de matriz metálica se usaron en una estructura bicapa con una capa de aleación de Ti-64, las pruebas de flexión de tres puntos mostraron un aumento significativo en las tensiones de flexión en comparación con la aleación homogénea de Ti-64 y la Estructura compuesta de matriz metálica homogénea. La capacidad de la estructura bicapa para absorber una mayor energía de impacto en comparación con una única capa homogénea sugiere que la estructura laminada cumple mejor con los requisitos de las aplicaciones balísticas.
Stanley Abkowitz et al. señaló que el continuo interés de la industria y el ejército en la pulvimetalurgia del titanio, debido al rendimiento mejorado que se puede lograr al producir componentes casi en forma neta en diferentes tamaños que van desde unos pocos gramos hasta cientos de kilogramos, ha requerido el desarrollo de una especificación de la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM) para proporcionar un estándar universal para productos de titanio de pulvimetalurgia para facilitar su aplicación. Dynamet preparó ASTM B988-13, Especificación estándar para componentes estructurales de pulvimetalurgia de titanio y aleaciones de titanio. El nuevo estándar incluye productos de pulvimetalurgia para titanio puro sin alear (grados 1, 2, 3 y 4), Ti-6Al- 4V (grado 5), Ti-3Al{{11 }}.5V (grado 9), Ti-6Al- 4V LI (espacio libre bajo) y Ti-6Al-6V-2Sn. La norma facilitará una amplia gama de aplicaciones industriales, comerciales y militares para el titanio pulvimetalúrgico.
Las oportunidades comerciales para el titanio pulvimetalúrgico asequible se están expandiendo gracias a la capacidad de producir productos pulvimetalúrgicos de Ti-6Al- 4V de forma casi neta de alta calidad con propiedades de tracción comparables al Ti-6 convencional. Al- 4V.RTI International ha adquirido Dynamet Technologies, Inc., que acelerará el uso de la tecnología de polvo de elementos mixtos en componentes de aleaciones de titanio para aviones comerciales, médicos, industriales y militares. Aplicaciones.
Los materiales a base de titanio combinan la alta resistencia y dureza de la capa superficial con suficiente ductilidad del metal base para ser muy prometedores en una variedad de aplicaciones, particularmente como componentes de armadura en equipos militares. La combinación de alta resistencia, dureza y tenacidad se puede lograr creando estructuras multicapa con diferentes propiedades.О.М. Ivasishin et al. Estudió las características microestructurales, las propiedades mecánicas y la protección balística de materiales estratificados a base de titanio. Se utilizaron dos métodos diferentes para fabricar dichas estructuras en capas. El primero fue un método metalúrgico convencional (forja de lingotes), seguido de un rápido tratamiento térmico superficial de aleaciones Ti-6Al-4V y T110, que se utilizó para crear estructuras jerárquicas con diferentes propiedades mecánicas en la dirección del espesor del material. El segundo es el método de pulvimetalurgia elemental para la fabricación de estructuras combinadas de capas de aleación de Ti-6Al- 4V y capas compuestas basadas en ella, reforzadas con partículas de TiC o TiB. Se fabricaron dos y tres capas de placas experimentales a base de aleación de Ti-6Al- 4V (VT6) basándose en el método de polvo elemental mixto optimizado obtenido previamente, donde la capa superficial era un compuesto reforzado con partículas de TiC. . Las pruebas balísticas realizadas con las mismas balas demostraron las innegables ventajas de un material estratificado del mismo espesor.
En los últimos años, la tecnología de impresión 3D se ha desarrollado rápidamente y es posible imprimir estructuras que no se pueden realizar mediante procesos tradicionales. La protección contra bombas perforantes de alta velocidad y ondas explosivas se puede lograr mediante estructuras alveolares y de matriz de puntos de diferentes materiales, que han sido valoradas por investigadores en el campo de la protección de blindajes y se han llevado a cabo proyectos.RaminRahmani et al. investigó un material compuesto liviano de Ti6Al4V-Alsi10Mg preparado combinando técnicas selectivas de fusión por láser y sinterización por plasma de descarga. Se utilizó una estructura de malla alveolar (malla uniforme o estructura de malla degradada) para resistir el impacto y la penetración de balas perforantes. Los resultados demuestran la importancia de la fracción de volumen de la matriz de puntos Ti6Al4V para la resistencia al impacto. Las estructuras con tamaños de celda más pequeños y diámetros de puntal más finos tienen el mismo rendimiento que aquellas con tamaños de celda más grandes y puntales más gruesos. Los resultados de elementos finitos muestran que la estructura de matriz de puntos uniforme con mayor fracción de volumen es más efectiva para prevenir la penetración de proyectiles, mientras que la matriz de puntos gradiente mejora la resistencia del material a la torsión/deformación y, por lo tanto, aumenta la tolerancia al daño del material.
