Сталеникелевая броня. Хромоникелевая броня


Сталеникелевая броня Википедия

Слово «Броня» имеет и другие значения.

Корабельная броня — защитный слой, обладающий достаточно большой прочностью и предназначенный для защиты частей корабля от воздействия средств поражения противника.

История возникновения

Броня применялась ещё на квинквиремах древнеримского флота, затем на корейских кораблях-черепахах, однако с развитием артиллерии их защита стала практически бесполезной. До начала XIX века в кораблестроении поддерживался определенный баланс между средствами защиты и нападения. Парусные корабли были вооружены гладкоствольными дульнозарядными орудиями, стрелявшими круглыми ядрами. Борта кораблей были обшиты толстым слоем дерева, довольно неплохо защищавшим от ядер.

Существует мнение, что первым защитить корпус корабля металлическими щитами предложил британский изобретатель сэр Вильям Конгрив, опубликовав свою статью в лондонской «Таймс» от 20 февраля 1805 года, однако еще в 1782 году при осаде Гибралтара испанцы обшивали крыши и борта плавучих батарей железными брусьями[1], а первым кораблём, в 1761 году получившим медную обшивку, стал фрегат HMS Alarm Королевского флота Великобритании. Аналогичное предложение было сделано в США в 1812 году Джоном Стевено из Хобокена (Нью Джерси). В 1814 году о необходимости бронирования кораблей высказался и француз Анри Пексан. Однако эти публикации не привлекли внимания[2].

Первые появившиеся в то время корабли из железа[прим. 1] — построенные для британского флота в 1845 году пароходофрегаты «Birkenhead» (англ.) и «Trident» (англ.) были восприняты моряками достаточно холодно. Их железная обшивка защищала от ядер хуже, чем деревянная соответственной толщины[3].

Изменения в сложившемся положении вещей произошли в связи с прогрессом в артиллерии и металлургии.

Ещё в 1819 году генерал Пексан изобрел разрывную гранату, которой можно было стрелять из пушки прямой наводкой, что нарушило сложившийся баланс между защитой и снарядом, так как деревянные парусные корабли подвергались сильному разрушению от взрывного и зажигательного воздействия нового оружия. Правда несмотря на убедительную демонстрацию разрушительных свойств нового оружия в 1824 году во время тестовых стрельб по старому двухдечному линейному кораблю «Pacificator» (англ.) внедрение этого вида оружия шло медленно. Но после феноменальных успехов его применения в 1849 году в битве при Экерн-фиорде и в 1853 году в бою при Синопе отпали сомнения даже у самых больших его критиков[4][5].

Тем временем развивались идеи строительства бронированных кораблей. В США Джон Стевенс с сыновьями за собственные средства произвел ряд экспериментов, в которых изучались законы прохождения ядер сквозь железные плиты и определялась минимальная толщина плиты, необходимая для защиты от любого известного артиллерийского орудия. В 1842 один из сыновей Стевенса — Роберт, представил результаты экспериментов и новый проект плавучей батареи комитету Конгресса. Эти эксперименты вызвали большой интерес в Америке и Европе[2][4].

В 1845 году французский кораблестроитель Дюпюи де Лом по заданию правительства разработал проект бронированного фрегата. В 1854 году была заложена плавучая батарея Стевенса. Через несколько месяцев были заложены четыре броненосных батареи во Франции и ещё через несколько месяцев — три в Англии[2]. В 1856 году три французских батареи — «Devastation», «Lave» и «Tonnate», неуязвимые для артиллерийского огня, были с успехом использованы при обстреле кинбурнских фортов во время Крымской войны. Этот удачный опыт применения побудил ведущие мировые державы — Англию и Францию, к строительству броненосных мореходных кораблей[3].

Железная броня

Поперечный разрез броневой переборки броненосца «Warrior». Лист железной брони (справа) на болтах крепится к деревянной подкладке из тика 13-дюймовая железная броня в Королевском артиллерийском музее в Лондоне

Процесс взаимодействия брони и снаряда довольно сложен и к броне применяются взаимно противоречащие требования. С одной стороны материал для брони должен быть достаточно твердым, чтобы снаряд разрушался при ударе. С другой стороны он должен быть достаточно вязким, чтобы не растрескиваться при ударе и поглощать энергию осколков разрушившегося снаряда. Большинство твёрдых материалов являются достаточно хрупкими и поэтому не подходят в качестве брони. Кроме того материал должен быть достаточно распространен, не дорог и относительно прост в производстве, так как для защиты корабля он требовался в большом количестве[2].

Единственными подходящими материалами на то время были кованное железо и чугун. При практических испытания выяснилось что чугун хоть и обладает высокой твердостью, но слишком хрупок. Поэтому было выбрано кованное железо[2].

Первые бронированные корабли защищались многослойной броней — на деревянных балках толщиной 900 мм крепились железные плиты толщиной 100—130 мм (4-5 дюймов). Масштабные эксперименты в Европе показали что в пересчете на единицу веса такая многослойная защита по эффективности хуже сплошных железных плит. Тем не менее во время гражданской войны в США американские корабли имели в основном многослойную защиту, что объяснялось ограниченными технологическими возможностями по производству толстых железных плит[2].

Первыми мореходными броненосными кораблями стали французский линейный корабль «Gloire» водоизмещением 5600 т и английский фрегат «Warrior» водоизмещением 9000 т[3]. «Warrior» был защищен броней толщиной 114 мм. 206,2 мм орудие того времени выстреливало ядро массой 30 кг со скоростью 482 м/с и пробивало такую броню на дистанции только меньше 183 метров[5].

Броня компаунд

Одним из способов получить броневую плиту с твёрдой поверхностью и вязкой подложкой стало изобретение брони компаунд. Было выяснено, что твёрдость и вязкость стали зависит от содержания в ней углерода. Чем больше углерода, тем более твёрдой, но и более хрупкой получается сталь. Броневая плита компаунд состояла из двух слоёв материала. Наружный слой состоял из более твёрдой стали с содержанием углерода 0,5-0,6 %, а внутренний — из более вязкого кованного железа с низким содержанием углерода[2]. Броню компаунд делали из двух частей: толстой железной и тонкой стальной.

Первым способ изготовления компаундной брони предложил Уилсон Кэммел (англ. Wilson Cammel). На разогретую поверхность плиты из кованного железа выливалась сталь из литейной печи. Другой вариант предложил Эллис-Браун (англ. Ellis-Brown). По его способу стальная и железная плиты припаивались друг к другу бессемеровской сталью. В обоих процессах плиты дополнительно прокатывались[2]. В зависимости от типа снаряда эффективность компаундной брони менялась. Против наиболее распространенных железных снарядов 254-мм (10 дюймовая) компаундная броня была эквивалентна 381—406 мм (15-16 дюймов) железной брони. Но против появившихся в то время специальных бронебойных снарядов из прочной стали компаундная броня была только на 25 % прочнее кованного железа — 254-мм (10 дюймов) плита компаунд была приблизительно эквивалентна 318-мм (12,5 дюймов) железной плите[2][6].

Стальная броня

Приблизительно в то же время, что и броня компаунд, появилась стальная броня. В 1876 году итальянцы провели конкурс по выбору брони для своих броненосцев «Дандоло» и «Дуилио». Конкурс в Специи выиграла фирма Шнейдер и Ко., предложившая плиты из мягкой стали. Содержание углерода в ней было около 0,45 %. Процесс её производства держался в секрете, но известно что плита получалась из заготовки 2 метровой высоты путём её расковки до нужной толщины. Металл для плит получался в открытых печах Сименса-Мартена. Плиты обеспечивали хорошую защиту, но были сложны в обработке[2][6].

Последующие 10 лет были отмечены соревнованием компаундной и стальной брони. Содержание углерода в стальной броне было обычно на 0,1 % ниже, чем у лицевой части компаундной брони — 0,4-0,5 % против 0,5-0,6 %. При этом по эффективности они были сопоставимы — считалось что стальная броня толщиной 254 мм (10 дюймов) эквивалентна 318 мм (12,5 дюймам) железной брони[2][6].

Никелевая броня

В конечном счете стальная броня одержала верх, когда в результате развития металлургии было освоено легирование стали никелем. Впервые его применил Шнейдер в 1889 году. Проводя опыты над образцами с содержанием никеля от 2 до 5 % экспериментальным путём было выбрано содержание в 4 %. При ударных нагрузках плиты из никелевой стали были меньше подвержены растрескиванию и образованию осколков. Кроме того никель облегчал термообработку стали — при закалке плита меньше коробилась[2].

После ковки и нормализации, стальная плита разогревалась выше критической температуры[прим. 2] и погружалась на небольшую глубину в масло или воду. После закалки шёл низкотемпературный отпуск[2].

Эти нововведения позволили улучшить прочность ещё на 5 % — 254-мм (10-дюймов) плита из никелевой стали соответствовала 330-мм (13-дюймовой) железной броне[2][7].

По патентам Шнейдера производством никелевой брони в США занимались компании Bethlehem Iron и Carnegie Steel. Броня их производства была использована при строительстве броненосцев «Техас», «Мэн», «Орегон». В состав этой брони входило 0,2 % углерода, 0,75 % марганца, 0,025 % фосфора и серы и 3,25 % никеля[2].

Гарвеевская броня

Но прогресс не стоял на месте и американец Г. Гарвей в 1890 году использовал процесс цементации для получения твёрдой лицевой поверхности стальной брони. Так как твёрдость стали с увеличением содержания углерода растет, Гарвей решил увеличить содержание углерода лишь в поверхностном слое плиты. Тем самым тыльная часть плиты оставалась более вязкой благодаря меньшему содержанию углерода[2].

В гарвеевском процессе стальная плита, контактирующая с древесным углём или другим углеродсодержащим веществом, нагревалась до температуры, близкой к температуре плавления и держалась в печи две-три недели. В результате содержание углерода в поверхностном слое возрастало до 1,0-1,1 %. Толщина этого слоя была небольшой — на 267-мм (10,5-дюймовых) плитах, на которых он был впервые использован, поверхностный слой был толщиной 25,4-мм (1 дюйм)[2].

Затем плита подвергалась закалке по всей толщине сначала в масле, потом в воде. При этом цементированная поверхность получала сверхтвёрдость. Ещё лучших результатов удавалось достичь при использовании запатентованного в 1887 году англичанином Трессидером метода закалки путём подачи на разогретую поверхность плиты находящихся под высоким давлением мелких водяных брызг. Этот способ быстрого охлаждения оказался лучше, так как при простом погружении в воду между раскаленной плитой и жидкостью возникала прослойка пара, ухудшавшая теплообмен. Никелевая сталь с упрочненной поверхностью, отпущенная в масле и закаленная водяными брызгами и получила название «гарвеевская броня». Эта броня американского производства содержала около 0,2 % углерода, 0,6 % марганца и от 3,25 до 3,5 % никеля[2].

Также было обнаружено, что на прочности положительно сказывается финальная ковка плиты при низкой температуре, уменьшающая её толщину на 10-15 %. Этот способ «двойной ковки» был запатентован фирмой «Карнеги Стил»[2].

Гарвеевская броня моментально вытеснила все остальные виды брони, так как была на 15-20 % лучше никелевой стали — 13 дюймов гарвеевской брони примерно соответствовали 15,5 дюймам брони из никелевой стали[2][7].

Цементированная броня Круппа

В 1894 году фирма Круппа добавила в никелевую сталь хром. Полученная броня получила обозначение «мягкий Крупп» или «Qualitat 420» и содержала 0,35-0,4 % углерода, 1,75-2,0 % хрома и 3,0-3,5 % никеля. Следует отметить что подобный состав был применен ещё в 1889 году фирмой «Шнейдер»[8]. Но Крупп не остановился на достигнутом. Он внедрил процесс цементирования своей брони. В отличие от гарвеевского процесса он использовал газообразные углеводороды — светильный газ (метан) пропускался над раскалённой поверхностью плиты. Это опять же не было уникальной особенностью — такой способ применялся и в 1888 году до гарвеевского способа на американском заводе в Бетлехеме[2], и на французском заводе Шнейдер-Крезо. Уникальным броню Круппа делал способ закалки[9].

Суть закалки заключается в нагреве стали до критической температуры — когда происходит изменение типа кристаллической решетки и образуется аустенит. При резком охлаждении происходит образование мартенсита — твердого, прочного, но более хрупкого чем исходная сталь. В методе Круппа одна из сторон стальной плиты и торцы обмазывались глиноземом или погружались в мокрый песок. Плита помещалась в печь, разогретую до температуры выше критической. Лицевая сторона плиты нагревалась до температуры выше критической и начиналось фазовое превращение. Тыльная сторона при этом имела температуру меньше критической. Зона фазового превращения начинала смещаться от лицевой стороны вглубь плиты. Когда уровень критической температуры достигал 30-40 % глубины плиты, её вытаскивали из печи и подвергали капельному охлаждению[2][9]. Результатом такого процесса становилась плита с «ниспадающим упрочнением поверхности» — она имела высокую твёрдость до глубины порядка 20 %, на следующих 10-15 % шёл резкий спад твёрдости (так называемый лыжный спуск), а оставшаяся часть плиты была не упрочненной и вязкой[8].

При толщине свыше 127-мм крупповская цементированная броня была примерно на 15 % эффективнее чем гарвеевская — 11,9 дюймов крупповской брони соответствовали 13 дюймам гарвеевской брони[2]. А 10 дюймов брони Круппа были эквивалентны 24 дюймам железной брони[7].

Впервые эта броня была использована на германских броненосцах типа «Бранденбург». Два корабля серии — «Курфюрст Фридрих Вильгельм» и «Вёрт» имели пояс из 400-мм компаундной брони. А на двух других кораблях — «Бранденбурге» и «Вейсенбург» пояс изготавливался из крупповской брони и благодаря этому его толщина была снижена до 215-мм без ухудшения бронезащиты[10].

Несмотря на сложность процесса изготовления крупповская броня благодаря своим превосходным характеристикам вытеснила все остальные типы брони и последующие 25 лет большая часть брони была именно крупповской цементированной броней[2].

Примечания

  1. ↑ Здесь и дальше под термином «железо» понимаются сплавы Fe с малым содержанием примесей (до 0,8 %), сохраняющие пластичность и мягкость чистого металла.
  2. ↑ Температуры изменения типа кристаллической решетки, то есть полиморфного превращения.

Источники

  1. ↑ Броня судовая // Военная энциклопедия : [в 18 т.] / под ред. В. Ф. Новицкого [и др.]. — СПб. ; [М.] : Тип. т-ва И. Д. Сытина, 1911—1915.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 NAVAL ORDNANCE AND GUNNERY. CHAPTER XII. ARMOR (англ.). — Американское руководство. Проверено 18 января 2013.
  3. ↑ 1 2 3 Эверс. Военное кораблестроение, 1935, с. 28.
  4. ↑ 1 2 Эверс. Военное кораблестроение, 1935, с. 27.
  5. ↑ 1 2 Steam, Steel and Shellfire, 1992, p. 158.
  6. ↑ 1 2 3 Steam, Steel and Shellfire, 1992, p. 161.
  7. ↑ 1 2 3 Steam, Steel and Shellfire, 1992, p. 162.
  8. ↑ 1 2 Линкоры Второй мировой, 2005, p. 240.
  9. ↑ 1 2 Эверс. Военное кораблестроение, 1935, с. 219.
  10. ↑ http://www.wunderwaffe.narod.ru/Magazine/BKM/Brand/04.htm Мужеников В. Б. Броненосцы типа «Брандендург». Раздел «Бронирование».

Литература

  • Балакин С. А., Дашьян А. В., Патянин С. В. и др. Линкоры Второй мировой. — М., 2005. — ISBN 5-699-13053-3.
  • Эверс Г. Военное кораблестроение = Kriegsschiffbau von H. Evers / редакция и перевод с немецкого Цукшвердт А. Э. — Л.—М.: Главная редакция судостроительной литературы, 1935. — 524 с. — 3000 экз.
  • Steam, Steel and Shellfire: The Steam Warship, 1815—1905 / ed. Robert Gardiner, Andrew Lambert. — Conway Maritime Press, 1992. — ISBN 0851775640.

Ссылки

wikiredia.ru

Крупповская броня — Global wiki. Wargaming.net

Крупповская броня (англ. Krupp armour) - тип поверхностно усиленной брони из хромоникелевой стали, которая нашла применение в военной технике конца XIX - начале XX века. Она была разработана компанией немецкого промышленника Круппа в 1893 году и к концу века быстро вытеснила броню Харви, став на определенный период времени стандартом боевой защиты для военных кораблей.

Предпосылки появления изобретения

Стальная отливка весом около 200 тонн перемещается двумя кранами для последующей ковки

В 80-х годах XIX века в металлургии помимо никеля, начала использоваться для легирования небольших стальных отливок другая легирующих добавка - хром. Оказалось, что полученный сплав при соответствующей термообработке, приобретает значительную твердость. Однако сталелитейщики, несмотря на постоянные усилия, не смогли получить большие отливки из хромоникелевой стали и соответствующим образом обрабатывать их, пока в 1893 на заводах Круппа не была решена эта проблема. Хром использовался сначала в количествах до 1%, а затем и в количестве 1,5-3%, повышая глубину закаливания брони.

Существует мнение, что первенство в изобретении хромоникелевой брони, не принадлежит именно фирме Крупп. По некоторым данным, хромоникелевую броню впервые запустила в производство французская фирма «Сен-Шамон» (фр. Saint-Chamond) в 1891-1892 годах. Другие исследователи считают, что первыми хром и марганец в производстве броневой стали применили французские фирмы «Терренуар» (фр. Terrenoire) и «Фирминьи» (фр. Firminy).

Впервые применять сталь легированную хромом для производства брони рекомендовал француз Я. Хольтцер. На Всемирной выставке 1878 года впервые обнародовалась информация, что хромистая сталь превосходит все другие. Даже односторонне закалённая нецементированная броня Круппа по снарядостойкости превосходила Гарвеевскую броню на 13-26%. А цементированная, полностью закалённая, хромоникелевая броня Круппа в 1900 году превосходила гарвеевскую никелевую на 16%. По факту, хромоникелевая броня Круппа толщиной 254 мм по снарядостойкости была эквивалентна 584 мм сварочной пудлинговой брони или 457 мм брони «Шнейдер-Крезо».

Особенности процесса получения Крупповской брони

Углерод является важнейшим укрепляющим элементом стали, из-за чего его содержание стараются сделать как можно выше. Однако повышенное содержание углерода усложняет производство, вызывает разрывы при ковке, сложнее становится создание волокнистой структуры, плита становится хрупкой, склонной к растрескиванию и откалыванию при баллистических испытаниях. Добавление никеля увеличивает вязкость стали и позволяет при соответствующей обработке получать волокнистую структуру, а хром дополнительно повышает твердость, не увеличивая при этом хрупкости. Хром также делает сталь особенно чувствительной к термообработке, что облегчает финишную закалку.

Сначала для производства Крупповской брони использовался технологический процесс, принципиально аналогичный производству брони Харви, однако если в производстве последней использовалась никелевая сталь, то в процессе по Круппу была применена твердая хромистая сталь с содержанием хрома в 1%. Кроме того, если в гарвеевском процессе сталь углеродилась длительным (обычно в течение нескольких недель) нагреванием в присутствии древесного угля, Крупповская броня цементировалась путем обдува поверхности разогретой стали газом, содержащим углерод в связанном виде. За счет этого было достигнуто значительное сокращение времени, затраченного на химико-термическую обработку, и, соответственно, обеспечивалось существенное ускорение производства брони, что составляло огромное преимущество этого способа.

Ковка плиты главного пояса под 10 000-тонным гидравлическим прессом

Примерно тогда же у Круппа была разработана технология углубления цементированного слоя с одной стороны плиты. Для этого плита покрывалась глиной, причем цементированная сторона оставалась открытой, а затем открытая сторона подвергалась сильному и быстрому нагреву. Так как температура падает от поверхности в глубину плиты, поверхность оказывается более нагретой, чем задняя сторона плиты, позволяет осуществлять так называемую нисходящую закалку поверхности брызгами воды. Сталь, нагретая выше определенной (критической) температуры, становится очень твердой после быстрого охлаждения водой, тогда как сталь, температура которой ниже указанной границы, практически не меняет своих свойств при закалке.

Сталь нагревается таким образом, чтобы уровень критической температуры не проникал глубже 30-40% её толщины. Когда это условие достигалась, плиту быстро вытаскивали из печи, устанавливали в камере закалки и подавали мощные струи воды сначала на нагретую поверхность, а затем, через определенный момент времени, на обе поверхности одновременно (двойное опрыскивание). Такое двустороннее орошение нужно было для предотвращения деформации плиты из-за неравномерного охлаждения.

Следует отметить, что метод укрепления, основанный на нисходящем нагревании не обязательно предполагает изменение содержания углерода в стали. Другими словами, в этом способе укрепления лицевая сторона становится сверхтвердой из-за высокой температуры в момент закаливания, а глубина упрочнённого слоя может регулироваться изменением режима нагрева и может быть больше глубины цементации, при необходимости.

Процесс укрепления лицевой поверхности был, как правило, процессом окончательной обработки плиты, который применялся после процесса термообработки. Он улучшал зернистость материала и создавал волокна, которые увеличивали прочность и пластичность стали.

Использование и усовершенствование брони

Три плиты уложены на дне печи для цементизации

Крупповская броня была быстро взята на вооружение ведущими морскими странами, являясь не только более дешевой и быстрой в производстве, но и более устойчивой, примерно на 15%, по сравнению с броней Харви: баллистические тесты показали, что 25,9 см Крупповской брони соответствует 30,4 см Гарвеевской . В США Крупповская сталь (состав: 0,27% углерода, 3,75% никеля и 1,75% хрома) стала использоваться для бронирования кораблей с 1900 года. Тем не менее, к началу XX века эта сталь морально устарела из-за появления сложнолегированной цементируемой Крупповской брони.

Крупповская цементированная броня

Состав и свойства

Цементированная броня Круппа (англ. Krupp cemented armour) - вариант дальнейшего развития Крупповской брони. Цементация стали - вид химико-термической обработки, заключающийся в поверхностном диффузионном насыщении малоуглеродистой стали углеродом, с целью повышения твердости и износостойкости. Цементация с последующей термической обработкой одновременно повышают и предел выносливости. Процесс ее изготовления мало чем отличался, внесены лишь существенные изменения в состав сплава:

  • 0,35% углерода,
  • 3,9% никеля,
  • 2,0% хрома,
  • 0,35% марганца,
  • 0,07% кремния,
  • 0,025% фосфора,
  • 0,020 % серы.

имела характеристики предварительной брони, но отличалась большей эластичностью тыльной части листа, что снижало растрескивание брони при попадании в нее снаряда.

В последующие 15 лет былb внедрены улучшения в технологию производства, и следующие варианты Крупповской брони примерно на 10% превосходили по прочности первые ее образцы.

Производство Крупповские цементируемой брони

Плита бортовой брони после окончательной закалки струями воды

Процесс производства следующий:

  • Смесь железа и железной руды или железа и железного лома расплавляется в открытой печи и разливается в железную или песчаную форму. Размеры отливки зависят от размера плиты, которую нужно получить. Например отливка для бортовой плиты трёхпушечной башни имеет размеры 106 × 381 × 635 см и массу около 200 тонн, а отливка для основного пояса размером 66 × 335 × 508 см - около 90 тонн.
  • Затем горячую отливку извлекают из формы, очищают и подготавливают для ковки.
  • Отливка вновь нагревается и расковывается под гидравлическим прессом до толщины на 15% большей от нужной толщины плиты. Примеси, выделившиеся в центре верхней стороны отливки удаляются срезанием.
  • Поковка обжигается чтобы создать частично волокнистую микроструктуру, избежать растрескивания при охлаждении и снять напряжения, возникшие при ковке.
  • Заготовка подвергается суперцементации. Время, необходимое для этого, зависит от размера заготовки. Для больших заготовок процесс длится 10-14 суток.
  • Повторный нагрев, ковка почти до необходимой толщины и отжиг.
  • Термическая обработка для улучшения волокнистой структуры материала.
  • Черновая механическая обработка.
  • Плиту нагревают и придают ей нужную форму.
  • Лицевая сторона плиты нагревается до температуры более высокой критической, в зависимости от необходимой глубины закаленного слоя, и закаляется в струях масла или воды.
  • При небольшом нагреве проводится правка кривизны плиты.
  • Плита обрабатывается до окончательных размеров.

Нецементированая Крупповская броня

Срез 254-мм (10-дюймовой) брони

Как уже отмечалось, бронированная плита может закаляться без предварительной цементации. Следует отметить, что цементированная лицевая сторона в большей степени склонна к разрывам и растрескиванию при ковке и нарушении формы, чем остальная масса плиты, что делает изготовление тонких плит сложнее, чем толстых. Эти обстоятельства подтолкнули «Бетлехем Стил» (англ. Bethlehem Steel Company) к производству Крупповской брони без цементации. Позже компания «Мидвейл Стил» (англ. Midvale Steel Company) использовала эту же технологию. Такая броня обычно называется Крупповской нецементированой (англ. Krupp non-cemented, KNC). Структура брони существенно отличается от структуры Крупповской цементируемой брони (KCA). Например, отсутствующим является суперцементированый слой, а закалка сама по себе обычно дает более высокую твердость и глубину.

Есть также различия в химическом составе, содержание углерода и хрома обычно выше, а никеля - такое же или ниже, чем в цементируемой броне. По баллистической прочности нецементированая броня эквивалентна цементируемой, однако она имеет склонность к растрескиванию, как под действием снаряда, так и от внутренних механических напряжений. В связи с этим производство нецементированой брони через несколько лет прекратилось. Типичная нецементированая броня содержит 0,5% углерода, 3,5% никеля и 2,3 - 2,5% хрома.

Процентное содержание примесей в различных видах брони Химический элемент [1]«Old Type» 1894-1900 гг. КС a/A один из «Old Type» КС a/A До 1918 г. [2]1918г. КС n/A конец 1920 г. начало 1930 г. КС n/А Один из типов ), мягкая , твёрдая, 1920 г. Экстра жёсткая C, углерод Ni, никель Cr, хром Cu, медь Mo, молибден Si, кремний Mn, марганец P, фосфор S, сера V, ванадий
0,25-0,43 0,35 0,34 0,3-0,5 0,25-0,43 0,3 0,25 0,37 0,32
1,1-3,1 3,9 3,78-3,9 3,5 1,1-3,1 3,5-3,8 3,8 4,1 2,75
до 2,2 2,0 2.06 1,75-2,5 (в сред. 2,3) до 2,2 2,0 2,0 1,89 1,95
0,1 следы
0,65 0,2-0,4 0,2-0,65 в ср. 0,4 0,2-0,4 0,22 есть 0,5
0.02-0,06 0,07 0.07 0,07 0,05 0.35 0,23 0,35
0,7-1,23 0,35 0,31 0,3 0,7-1,23 0,3 0,25 0,3 0,24
0.035 0,035 0.035 0,025-0,03 0.035 0.035 0.035 0.025
0.035 0,2 0.035 0.035 0,035 0,04 0,035 0.025
до 0,23 до 0,23 0,15 0,03 следы

Боевое применение

IJN Mikasa - один из носителей Крупповской брони

Ярким показателем хороших качеств Крупповской брони может служить история сражения в Жёлтом море и Цусимского боя, на примере легендарного флагмана адмирала Того - броненосца IJN Mikasa. Броненосец был защищён броней производства завода Круппа. На протяжении сражения в Жёлтом море IJN Mikasa находился под обстрелом шести русских броненосцев, 305-мм снаряд смог пробить 178-мм бронепояс, лишь выбив из него кусок диаметром 0,9 метра и полностью разрушившись.

Во время Цусимского боя броненосец получил 10 попаданий 305-мм и 22 попадания 152-мм снарядами, но на его боевых качествах эти попадания не сказались.

Примечания

  1. ↑ Цементированная броня Круппа
  2. ↑ Нецементированная броня Круппа

См. также

Литература и источники информации

  • Naval Ordnance and Gunnery '.
  • Эверс Г. Военное кораблестроение. — М.: 1935.
  • Brown, David K. Warrior to Dreadnought, warship development 1860–1905.. — Caxton Publishing Group, 2003. — ISBN 1-84067-529-2
  • Gene Slover's US Navy Pages Naval Ordnance and Gunnery. — ARMOR-CHAPTER-XII-A.

Галерея изображений

  • Результаты тестов бронепробития

  • Результаты тестов бронепробития

  • Тесты пробития брони 75-мм снарядом

  • Баллистические испытания 3-дюймовой брони

  • Баллистические испытания 9-дюймовой брони

  • Баллистические испытания 11,8-дюймовой брони

wiki.wargaming.net

Сталеникелевая броня Википедия

Слово «Броня» имеет и другие значения.

Корабельная броня — защитный слой, обладающий достаточно большой прочностью и предназначенный для защиты частей корабля от воздействия средств поражения противника.

История возникновения[ | код]

Броня применялась ещё на квинквиремах древнеримского флота, затем на корейских кораблях-черепахах, однако с развитием артиллерии их защита стала практически бесполезной. До начала XIX века в кораблестроении поддерживался определенный баланс между средствами защиты и нападения. Парусные корабли были вооружены гладкоствольными дульнозарядными орудиями, стрелявшими круглыми ядрами. Борта кораблей были обшиты толстым слоем дерева, довольно неплохо защищавшим от ядер.

Существует мнение, что первым защитить корпус корабля металлическими щитами предложил британский изобретатель сэр Вильям Конгрив, опубликовав свою статью в лондонской «Таймс» от 20 февраля 1805 года, однако еще в 1782 году при осаде Гибралтара испанцы обшивали крыши и борта плавучих батарей железными брусьями[1], а первым кораблём, в 1761 году получившим медную обшивку, стал фрегат HMS Alarm Королевского флота Великобритании. Аналогичное предложение было сделано в США в 1812 году Джоном Стевено из Хобокена (Нью Джерси). В 1814 году о необходимости бронирования кораблей высказался и француз Анри Пексан. Однако эти публикации не привлекли внимания[2].

Первые появившиеся в то время корабли из железа[прим. 1] — построенные для британского флота в 1845 году пароходофрегаты «Birkenhead» (англ.) и «Trident» (англ.) были восприняты моряками достаточно холодно. Их железная обшивка защищала от ядер хуже, чем деревянная соответственной толщины[3].

Изменения в сложившемся положении вещей произошли в связи с прогрессом в артиллерии и металлургии.

Ещё в 1819 году генерал Пексан изобрел разрывную гранату, которой можно было стрелять из пушки прямой наводкой, что нарушило сложившийся баланс между защитой и снарядом, так как деревянные парусные корабли подвергались сильному разрушению от взрывного и зажигательного воздействия нового оружия. Правда несмотря на убедительную демонстрацию разрушительных свойств нового оружия в 1824 году во время тестовых стрельб по старому двухдечному линейному кораблю «Pacificator» (англ.) внедрение этого вида оружия шло медленно. Но после феноменальных успехов его применения в 1849 году в битве при Экерн-фиорде и в 1853 году в бою при Синопе отпали сомнения даже у самых больших его критиков[4][5].

Тем временем развивались идеи строительства бронированных кораблей. В США Джон Стевенс с сыновьями за собственные средства произвел ряд экспериментов, в которых изучались законы прохождения ядер сквозь железные плиты и определялась минимальная толщина плиты, необходимая для защиты от любого известного артиллерийского орудия. В 1842 один из сыновей Стевенса — Роберт, представил результаты экспериментов и новый проект плавучей батареи комитету Конгресса. Эти эксперименты вызвали большой интерес в Америке и Европе[2][4].

В 1845 году французский кораблестроитель Дюпюи де Лом по заданию правительства разработал проект бронированного фрегата. В 1854 году была заложена плавучая батарея Стевенса. Через несколько месяцев были заложены четыре броненосных батареи во Франции и ещё через несколько месяцев — три в Англии[2]. В 1856 году три французских батареи — «Devastation», «Lave» и «Tonnate», неуязвимые для артиллерийского огня, были с успехом использованы при обстреле кинбурнских фортов во время Крымской войны. Этот удачный опыт применения побудил ведущие мировые державы — Англию и Францию, к строительству броненосных мореходных кораблей[3].

Железная броня[ | код]

Поперечный разрез броневой переборки броненосца «Warrior». Лист железной брони (справа) на болтах крепится к деревянной подкладке из тика

ru-wiki.ru

Корабельная броня — Global wiki. Wargaming.net

Корабельная броня — защитный слой, обладающий достаточно большой прочностью и предназначенный для защиты частей корабля от воздействия средств поражения противника.

История возникновения

До начала XIX века в кораблестроении поддерживался определенный баланс между средствами защиты и нападения. Парусные корабли были вооружены гладкоствольными дульнозарядными орудиями, стрелявшими круглыми ядрами. Борта кораблей были обшиты толстым слоем дерева, довольно неплохо защищавшим от ядер.

Первым защитить корпус корабля металлическими щитами предложил британский изобретатель сэр Вильям Конгрив, опубликовав свою статью в лондонской «Таймс» от 20 февраля 1805 года. Аналогичное предложение было сделано в США в 1812 году Джоном Стевено из Хобокена (Нью Джерси). В 1814 году о необходимости бронирования кораблей высказался и француз Анри Пексан. Но в тоже время эти публикации не привлекли внимания.

Первые появившиеся в то время корабли из железа — построенные для британского флота в 1845 году пароходофрегаты «Birkenhead» (англ. HMS Birkenhead (1845)) и «Trident» (англ. HMS Trident (1845)) были восприняты моряками достаточно холодно. Их железная обшивка защищала от ядер хуже, чем деревянная соответственной толщины.

Изменения в сложившемся положении вещей произошли в связи с прогрессом в артиллерии и металлургии.

Еще в 1819 году генерал Пексан изобрел разрывную гранату, что нарушило сложившийся баланс между защитой и снарядом, поскольку деревянные парусные корабли подвергались сильному разрушению от взрывного и зажигательного воздействия нового оружия. Правда несмотря на убедительную демонстрацию разрушительных свойств нового оружия в 1824 году во время тестовых стрельб по старому двухдечному линейному кораблю «Pacificator» (англ. French ship Pacificateur (1811)) внедрение этого вида оружия шло медленно. Но после феноменальных успехов его применения в 1849 году в битве при Экерн-фиорде и в 1853 году в бою при Синопе отпали сомнения даже у самых больших его критиков.

Тем временем развивались идеи строительства бронированных кораблей. В США Джон Стевенс с сыновьями за собственные средства произвел ряд экспериментов, в которых изучались законы прохождения ядер сквозь железные плиты и определялась минимальная толщина плиты, необходимая для защиты от любого известного артиллерийского орудия. В 1842 один из сыновей Стевенса — Роберт, представил результаты экспериментов и новый проект плавучей батареи комитету Конгресса. Эти эксперименты вызвали большой интерес в Америке и Европе.

В 1845 году французский кораблестроитель Дюпюи де Лом по заданию правительства разработал проект бронированного фрегата. В 1854 году была заложена плавучая батарея Стевенса. Через несколько месяцев были заложены четыре броненосных батареи во Франции и еще через несколько месяцев — три в Англии. В 1856 году три французских батареи — «Devastation», «Lave» и «Tonnate», неузявимые для артиллерийского огня, были с успехом использованы при обстреле кинбурнских фортов во время Крымской войны. Этот удачный опыт применения побудил ведущие мировые державы — Англию и Францию, к строительству броненосных мореходных кораблей.

Железная броня

Единственным металлом, пригодным для практического применения и имеющиимся в достаточном количестве было в то время железо – кованое или чугун, и все эксперименты показывали, что кованое железо при одинаковом весе имело преимущество по сравнению чугуном. Кованое железо было использовано в первых бронированных кораблях, которые были защищены плитами толщиной 101-127 мм, прикреплёнными к деревянным балкам толщиной 90 см. Наиболее масштабные эксперименты по улучшению прочности железной брони были проведены в Европе, где металлургическая промышленность была наиболее развита. Была протестирована многослойная железная защита с прокладкой из дерева и обнаружено, что в любом случае сплошные железные плиты давали лучшую защиту в расчёте на единицу веса.

Во время гражданской войны, большая часть американских кораблей имела многослойную защиту, что было вызвано скорее недостатком промышленных мощностей по производству толстых железных плит, чем преимуществами этого типа защиты.

Поскольку процесс пробоя брони снарядом довольно сложен, к броне предъявляются крайне противоречивые требования. С одной стороны, броня должна быть очень твёрдой, чтобы попадающий в неё снаряд разрушался при ударе. С другой стороны – достаточно вязкой, чтобы не растрескиваться от удара и эффективно поглощать энергию осколков, возникающих при разрушении снаряда. Очевидно, что оба эти требования противоречат друг другу. Большинство материалов высокой твёрдости обладают крайне низкой пластичностью.

С развитием технологии производства брони довольно быстро был найден способ удовлетворить этим противоречивым требованиям. Броню стали делать двуслойной – с твёрдой внешней поверхностью и пластичной подложкой, составлявшей основную массу брони. В такой броне твёрдые внешние слои разбивают снаряд, а вязкие внутренние не дают осколками пройти внутрь корабля.

Сначала предлагалось облицовывать железные плиты чугуном или закалённым железом, однако эти схемы продемонстрировали то же снижение надёжности, что и деревянно- железная защита и не превзошли по по прочности сплошные железные плиты. Однако в 1863 г. англичанин Котчетт (Cotchette) предложил приваривать 25-мм стальные плиты к 75-мм плитам кованого железа. Позднее, в 1867 г. Якоб Риз (Jacob Reese) из Питтсбурга, шт. Пенсильвания, запатеновал цементирующий компаунд, который, как он утверждал, был пригоден для цементирования и упрочнения броневых плит. Усилия по реализации этих предложений не имели успеха по многим причинам, в первую очередь из-зи недостаточного развития металлургии. Следует напомнить, что Бессемеровский процесс производства стали в конвертере был разработан между 1855 и 1860 г., а процесс Сименса-Мартена для производства стали в открытой печи появился во Франции и Англии несколькими годами позже. Каждый из этих процессов появился в США с запозданием в несколько лет после их внедрения в Европе.

Литое железо никогда не применялось на флоте, однако использовалось для бронирования наземных укреплений, где вес не имел такого большого значения. Наиболее известный пример литой железной брони – башни Грусона, которые строились больших железных отливок и широко использовались для защиты европейских границ. Первая башня Грусона была опробована в 1868 г. прусским правительством.

Броня компаунд

Стремление получить броню с твёрдой поверхностью и вязкой подложкой и при этом хорошо поддающуюся обработке привело к появлению компаундной брони. Первую эффективную технологию её производства предложил Уилсон Кэммел (Wilson Cammel): на поверхность горячей плиты из кованого железа выливалась стальная лицевая сторона, полученная в открытой печи. Известна также компаундная плита Эллиса-Брауна (Ellis-Brown), в которой стальная лицевая плита припаивалась к железной подложке бессемеровской сталью. В обоих этих процессах, разработанных в Англии, плиты прокатывались после спайки.

В последующие 10 лет процесс производства брони не претерпел никаких изменений, за исключением небольших улучшений технологии производства, но весь этот период был ознаменован острым соревнованием и противостоянием между цельностальной и компаундной бронёй. Цельностальная броня представляла собой обыкновенную сталь с содержанием углерода 0.4-0.5%, тогда как стальная поверхность компаундной брони имела 0.5-0.6% углерода. Эти два типа брони, чья сравнительная прочность во многом зависела от качества изготовления, были приблизительно на 25% прочнее брони из кованого железа, т.е. 10-дюймовая цельностальная или компаундная плита выдерживала те же ударные нагрузки, что и 12.5-дюймовая плита из кованого железа.

Стальная броня

К 1876 г. мощность артиллерии увеличилась настолько, что для защиты от самых мощных орудий требовалась 560-мм броня. Но в этом году в Специи были проведены испытания, которые совершили переворот в производстве брони и позволили значительно уменьшить её толщину. На этих испытаниях 560-мм плита из мягкой стали, произведённая известной французской фирмой Шнейдер и Ко. значительно превзошла все остальные испытанные образцы. Было известно, что сталь содержала 0.45% углерода и была получена из заготовки высотой около 2 м путём расковки её до нужной толщины. Процесс производства стали держался в секрете.

Эти стальные пластины, демонстрируя превосходную баллистическую прочность, были сложны в обработке, и эта трудность привела к дальнейшим разработкам, направленным на то, чтобы совместить жёсткость стальной пластины и вязкость железной подложки. Сталь, которая использовалась в этих плитах была произведена в открытых печах Сименса-Марена.

Никелевая броня

Следующим шагом стало легирование стали никелем.

Никель имеет свойство сильно повышать вязкость стали. При одинаковых ударных нагрузках броневые плиты из никелевой стали не растрескиваются и не отслаиваются осколками, как это бывает с чисто углеродистой сталью. Кроме того, никель облегчает термообработку – при закалке никелевая сталь меньше коробится.

В 1889 г. Шнейдер первым ввёл примесь никеля в цельностальную броню, после чего компаундная броня стала постепенно выходить из употребления. Количество никеля в первых образцах менялось от 2 до 5%, но к конце концов установилось на уровне 4%. В это же время Шнейдер успешно применил закалку стали водой и маслом. После ковки молотом и нормализации, плита разогревалась жо температуры закалки после чего её лицевая часть погружалась на небольшую глубину в масло. После закалки следовал низкотемпературный отпуск.

Эти нововведения привели к улучшению прочности брони ещё на 5%. Теперь 10-дюймовая броня из никелевой стали была эквивалентна примерно 13-дюймовой плите из железа.

К этому времени производством брони занялась американская компания Бетлехем Айрон под руководством Джона Фритца, а вскоре после этого – компания Карнеги Стил по патентам Шнейдера. Первые поставки стали для старых броненосцев Техас, Мэн, Орегон и других кораблей этого периода состояли из термообработанной никелевой стали с 0.2% углерода, 0.75% марганца, 0.025% фосфора и серы и 3.25% никеля.

Гарвеевская броня

В 1890 г. произошло следующее значительное улучшение качества брони в связи с введением гарвеевского процесса, впервые применённого на военно-морской верфи в Вашингтоне для обработки 10.5-дюймовых стальных плит.

Известно, что твёрдость железоуглеродистых сплавов возрастает с увеличением содержания углерода. Так, чугун гораздо твёрже стали, которая в свою очередь гораздо твёрже чистого железа. Значит для получения твёрдой лицевой поверхность брони достаточно повысить содержание углерода в её поверхностном слое.

Процесс, изобретённый американцем Г. Гарвеем, состоял в следующем. Стальная плита, находящаяся в тесном контакте с каким-либо углеродосодержащим веществом (например, древесным углём) нагревалась до температуры, близкой к температуре плавления, и поддерживалась в таком состоянии две-три недели. В результате содержание углерода в поверхностном слое повышалось до 1.0–1.1%, а на глубине 25 мм оставалось на уровне, характерном для обычной стали.

Затем плита подвергалась закалке по всей толщине сначала в масле, а затем в воде, в результате чего цементированная поверхность становилась сверхтвёрдой.

Этот процесс получил название цементации (науглероживания). В 1887 г. Трессидер запатентовал в Англии метод улучшения закалки нагретой поверхности плиты путём подачи на неё под большим давлением мелких водяных брызг. Этот способ оказался лучше, чем погружение в жидкость, потому что обеспечивал надёжный доступ холодной воды к поверхности металла, тогда как при погружении между жидкостью и металлом возникала прослойка пара, которая ухудшала теплообмен. Сталь с упрочненной поверхностью, легированная никелем, цементированная по Гарвею, отпущенная в масле и закалённая водяными брызгами получила название гарвеевской брони. Химический анализ типичной гарвеевской брони этого периода показывает, что содержание углерода составляет около 0.2%, марганца – около 0.6%, никеля – от 3.25 до 3.5%.

Вскоре после внедрения гарвеевского процесса было обнаружено, что баллистическую прочность брони можно улучшить путём повторной ковки после цементирования. Ковка, уменьшавшая толщину плиты на 10–15%, проводилась при низкой температуре. Первоначально она применялась для того, чтобы более точно выдерживать толщину плиты, улучшить отделку поверхности и структуру металла после тепловой обработки. Этот способ был запатентован Кори из компании «Карнеги Стил» под названием «двойная ковка».

Гарвеевская броня мгновенно доказала своё превосходство перед другими типами брони. Улучшение составило 15–20%, то есть 13 дюймов гарвеевской брони примерно соответствовали 15,5 дюймам брони из никелевой стали.

Цементированная броня Круппа

В 80-х годах 19 в. в металлургии стала применяться для легирования небольших стальных отливок другая легирующая добавка – хром. Оказалось, что полученный сплав при соответствующей термообработке, получает значительню твёрдость. Однако сталелитейшики, несмотря на постоянные усилия, не смогли получить большие слитки хромоникелевой стали и соответствующим образом обрабатывать их, пока в 1893 г. германский промышленник Крупп не решил эту проблему.

Крупп также внедрил процесс цементирования в производство брони, но вместо твёрдых углеводородов, применяемых в гарвеевском процессе, он использовал газообразные углеводороды – светильный газ пропускали над горячей поверхностью плиты. Такую газовую цементацию часто использовали, однако она постепенно вытеснялась применением твёрдых углеводородов. Газовая цементация применялась в Бетлехеме в 1898 г. однако после этого она не использовалась в Америке для производства брони.

Примерно в это же время Крупп разработал процесс углубления цементированного слоя на одной стороне стальной плиты. Для этого плита обволакивалась глиной, причём цементированная сторона оставалась открытой, а затем открытая сторона подвергалась сильному и быстрому нагреву. Так как температура падает от поверхности в глубину плиты, поверхность оказывается более горячей, чем задняя сторона плиты, что позволяет осуществлять «ниспадающую закалку» брызгами воды. Сталь, нагретая выше определённой температуры, становится очень твёрдой при быстром охлаждении водой, тогда как сталь, температура которой ниже указанного предела, практически не меняет своих свойств при закалке. Для удобства назовём эту температуру критической. Если поверхность плиты нагрета выше этой критической температуры, тогда внутри плиты существует уровень, где металл имеет критическую темепратуру, причём этот уровень постепенно сдвигается вглубь плиты и в конце концов достигнет её задней поверхности, если нагрев будет достаточно продолжительным.

Однако сталь нагревается таким образом, чтобы уровень критической температуры не опускался глубже 30-40% её толщины. Когда такой нагрев достигался, плиту быстро вытаскивали из печи, устанавливали в камере закалки и подавали мощные струи воды сначала на нагретую поверхность, а затем, секундой позже, на обе поверхности одновременно. Такое двустороннее орошение было необходимо, чтобы пердотвратить деформацию плиты из-за неравномерного охлаждения.

Этот процесс, названный «ниспадающим упрочнением поверхности» позволял получить очень прочную лицевую сторону плиты, составлявшую 30-40% её толщины, в то время как остальные 60-70% объёма плиты оставались в первоначальном вязком состоянии. Следует отметить, что этот метод уплочнения основан на ниспадающем нагреве и не обязательно предполагает изменение содержания углерода в стали. Другими словами, в этом способе упрочнения лицевая сторона становится сверхтвёрдой из-за более высокой температуры в момент закалки, а глубина упрочнённого слоя может регулироваться изменением режима нагрева и может быть больше, если необходимо, чем глубина цементации.

Процесс упрочнения лицевой поверхности был, конечно, процессом окончательной обработки плиты, который применялся после процесса термообработки. Последний улучшал зернистость материала и создавал волокна, которые увеличивали прочность и пластичность стали.

Успех крупповского процесса был моментальным, вскоре все производители брони внедрили его. На всех плитах толще 127 мм крупповская броня была примерно на 15% эффективнее, чем её предшественница, гарвеевская броня. 11.9 дюймов крупповской стали были примерно эквивалентны 13 дюймам гарвеевской стали. В Америке крупповская сталь стала применяться для бронирования кораблей с 1900 г. Большая часть брони, изготовленная в последующие 25 лет была крупповской цементированной бронёй.

В течение последующих 15 лет были внедрены некоторые улучшения в технологию производства, и сейчас крупповская броня примерно на 10% прочнее, чем её первые образцы.

Использованная литература и источники

Литература

Ссылки

http://www.eugeneleeslover.com/ARMOR-CHAPTER-XII-A.html

wiki.wargaming.net

Броня. История и технология

Автор: AdmiralHood

Категории: История

История разработок

Первое известное в истории предложение защитить корпус корабля металлическими щитами было сделано сэром Вильямом Конгривом (Sir William Congreve) в лондонской «Таймс» в номере от 20 февраля 1805 г. Похожее предложени было сделано в 1812 г. Джоном Стевенсом их Хобокена (Нью Джерси). В течение многих лет эти предложения оставались без внимания, но несмотря на это, Стевенс с сыновьями предпринял серию экспериментов, в которых он определил законы прохождения пушечных ядер через железные плиты и минимальную толщину железной плиты, необходимую для защиты от любого известного артиллерийского орудия.

В 1842 г. Роберт Стевенс (Robert L. Stevens), один из сыновей Джона Стевенса, представил результаты этих экспериментов и новый проект плавучей батареи комитету Конгресса. Эти эксперименты Стевенсов вызвали большой интерес в Америке и в Европе.

В 1814 г. француз генерал Паксен (Paixhan) также указал на необходимость бронирования кораблей, а в 1845 г. Дюпью де Лом (Dupuy de Lome) разработал проект бронированного фрегата для французского правительства. В результате этого в Хобокене весной 1854 г. была заложена плавучая батарея Стевенсов, через несколько месяцев – 4 батареи в Тулоне, а ещё через несколько месяцев – ещё три в Англии. Одна из французских плавучих батарей была названа «Конгрив». В течение следующего года произошло первое боевое столкновение, в котором участвовали бронированные корабли – обстрел Кинбурнских фортов во время Крымской войны тремя французскими батареями.

Железная броня

Единственным металлом, пригодным для практического применения и имеющиимся в достаточном количестве было в то время железо – кованое или чугун, и все эксперименты показывали, что кованое железо при одинаковом весе имело преимущество по сравнению чугуном. Кованое железо было использовано в первых бронированных кораблях, которые были защищены плитами толщиной 101-127 мм, прикреплёнными к деревянным балкам толщиной 90 см.

Наиболее масштабные эксперименты по улучшению прочности железной брони были проведены в Европе, где металлургическая промышленность была наиболее развита. Была протестирована многослойная железная защита с прокладкой из дерева и обнаружено, что в любом случае сплошные железные плиты давали лучшую защиту в расчёте на единицу веса.

Во время гражданской войны, большая часть американских кораблей имела многослойную защиту, что было вызвано скорее недостатком промышленных мощностей по производству толстых железных плит, чем преимуществами этого типа защиты.

Поскольку процесс пробоя брони снарядом довольно сложен, к броне предъявляются крайне противоречивые требования. С одной стороны, броня должна быть очень твёрдой, чтобы попадающий в неё снаряд разрушался при ударе. С другой стороны – достаточно вязкой, чтобы не растрескиваться от удара и эффективно поглощать энергию осколков, возникающих при разрушении снаряда. Очевидно, что оба эти требования противоречат друг другу. Большинство материалов высокой твёрдости обладают крайне низкой пластичностью.

С развитием технологии производства брони довольно быстро был найден способ удовлетворить этим противоречивым требованиям. Броню стали делать двуслойной – с твёрдой внешней поверхностью и пластичной подложкой, составлявшей основную массу брони. В такой броне твёрдые внешние слои разбивают снаряд, а вязкие внутренние не дают осколками пройти внутрь корабля.

Сначала предлагалось облицовывать железные плиты чугуном или закалённым железом, однако эти схемы продемонстрировали то же снижение надёжности, что и деревянно- железная защита и не превзошли по по прочности сплошные железные плиты. Однако в 1863 г. англичанин Котчетт (Cotchette) предложил приваривать 25-мм стальные плиты к 75-мм плитам кованого железа. Позднее, в 1867 г. Якоб Риз (Jacob Reese) из Питтсбурга, шт. Пенсильвания, запатеновал цементирующий компаунд, который, как он утверждал, был пригоден для цементирования и упрочнения броневых плит. Усилия по реализации этих предложений не имели успеха по многим причинам, в первую очередь из-зи недостаточного развития металлургии. Следует напомнить, что Бессемеровский процесс производства стали в конвертере был разработан между 1855 и 1860 г., а процесс Сименса-Мартена для производства стали в открытой печи появился во Франции и Англии несколькими годами позже. Каждый из этих процессов появился в США с запозданием в несколько лет после их внедрения в Европе.

Литое железо никогда не применялось на флоте, однако использовалось для бронирования наземных укреплений, где вес не имел такого большого значения. Наиболее известный пример литой железной брони – башни Грусона, которые строились больших железных отливок и широко использовались для защиты европейских границ. Первая башня Грусона была опробована в 1868 г. прусским правительством.

Стальная броня

К 1876 г. мощность артиллерии увеличилась настолько, что для защиты от самых мощных орудий требовалась 560-мм броня. Но в этом году в Специи были проведены испытания, которые совершили переворот в производстве брони и позволили значительно уменьшить её толщину. На этих испытаниях 560-мм плита из мягкой стали, произведённая известной французской фирмой Шнейдер и Ко. значительно превзошла все остальные испытанные образцы. Было известно, что сталь содержала 0.45% углерода и была получена из заготовки высотой около 2 м путём расковки её до нужной толщины. Процесс производства стали держался в секрете.

Эти стальные пластины, демонстрируя превосходную баллистическую прочность, были сложны в обработке, и эта трудность привела к дальнейшим разработкам, направленным на то, чтобы совместить жёсткость стальной пластины и вязкость железной подложки. Сталь, которая использовалась в этих плитах была произведена в открытых печах Сименса-Марена.

Компаундная броня

Стремление получить броню с твёрдой поверхностью и вязкой подложкой и при этом хорошо поддающуюся обработке привело к появлению компаундной брони. Первую эффективную технологию её производства предложил Уилсон Кэммел (Wilson Cammel): на поверхность горячей плиты из кованого железа выливалась стальная лицевая сторона, полученная в открытой печи. Известна также компаундная плита Эллиса-Брауна (Ellis-Brown), в которой стальная лицевая плита припаивалась к железной подложке бессемеровской сталью. В обоих этих процессах, разработанных в Англии, плиты прокатывались после спайки.

В последующие 10 лет процесс производства брони не претерпел никаких изменений, за исключением небольших улучшений технологии производства, но весь этот период был ознаменован острым соревнованием и противостоянием между цельностальной и компаундной бронёй. Цельностальная броня представляла собой обыкновенную сталь с содержанием углерода 0.4-0.5%, тогда как стальная поверхность компаундной брони имела 0.5-0.6% углерода. Эти два типа брони, чья сравнительная прочность во многом зависела от качества изготовления, были приблизительно на 25% прочнее брони из кованого железа, т.е. 10-дюймовая цельностальная или компаундная плита выдерживала те же ударные нагрузки, что и 12.5-дюймовая плита из кованого железа.

Броня из никелевой стали

Следующим шагом стало легирование стали никелем.

Никель имеет свойство сильно повышать вязкость стали. При одинаковых ударных нагрузках броневые плиты из никелевой стали не растрескиваются и не отслаиваются осколками, как это бывает с чисто углеродистой сталью. Кроме того, никель облегчает термообработку – при закалке никелевая сталь меньше коробится.

В 1889 г. Шнейдер первым ввёл примесь никеля в цельностальную броню, после чего компаундная броня стала постепенно выходить из употребления. Количество никеля в первых образцах менялось от 2 до 5%, но к конце концов установилось на уровне 4%. В это же время Шнейдер успешно применил закалку стали водой и маслом. После ковки молотом и нормализации, плита разогревалась жо температуры закалки после чего её лицевая часть погружалась на небольшую глубину в масло. После закалки следовал низкотемпературный отпуск.

Эти нововведения привели к улучшению прочности брони ещё на 5%. Теперь 10-дюймовая броня из никелевой стали была эквивалентна примерно 13-дюймовой плите из железа.

К этому времени производством брони занялась американская компания Бетлехем Айрон под руководством Джона Фритца, а вскоре после этого – компания Карнеги Стил по патентам Шнейдера. Первые поставки стали для старых броненосцев Техас, Мэн, Орегон и других кораблей этого периода состояли из термообработанной никелевой стали с 0.2% углерода, 0.75% марганца, 0.025% фосфора и серы и 3.25% никеля.

Гарвеевская броня

В 1890 г. произошло следующее значительное улучшение качества брони в связи с введением гарвеевского процесса, впервые применённого на военно-морской верфи в Вашингтоне для обработки 10.5-дюймовых стальных плит.

Известно, что твёрдость железоуглеродистых сплавов возрастает с увеличением содержания углерода. Так, чугун гораздо твёрже стали, которая в свою очередь гораздо твёрже чистого железа. Значит для получения твёрдой лицевой поверхность брони достаточно повысить содержание углерода в её поверхностном слое.

Процесс, изобретённый американцем Г. Гарвеем, состоял в следующем. Стальная плита, находящаяся в тесном контакте с каким-либо углеродосодержащим веществом (например, древесным углём) нагревалась до температуры, близкой к температуре плавления, и поддерживалась в таком состоянии две-три недели. В результате содержание углерода в поверхностном слое повышалось до 1.0–1.1%, а на глубине 25 мм оставалось на уровне, характерном для обычной стали.

Затем плита подвергалась закалке по всей толщине сначала в масле, а затем в воде, в результате чего цементированная поверхность становилась сверхтвёрдой.

Этот процесс получил название цементации (науглероживания).

В 1887 г. Трессидер запатентовал в Англии метод улучшения закалки нагретой поверхности плиты путём подачи на неё под большим давлением мелких водяных брызг. Этот способ оказался лучше, чем погружение в жидкость, потому что обеспечивал надёжный доступ холодной воды к поверхности металла, тогда как при погружении между жидкостью и металлом возникала прослойка пара, которая ухудшала теплообмен. Сталь с упрочненной поверхностью, легированная никелем, цементированная по Гарвею, отпущенная в масле и закалённая водяными брызгами получила название гарвеевской брони.

Химический анализ типичной гарвеевской брони этого периода показывает, что содержание углерода составляет около 0.2%, марганца – около 0.6%, никеля – от 3.25 до 3.5%.

Вскоре после внедрения гарвеевского процесса было обнаружено, что баллистическую прочность брони можно улучшить путём повторной ковки после цементирования. Ковка, уменьшавшая толщину плиты на 10–15%, проводилась при низкой температуре. Первоначально она применялась для того, чтобы более точно выдерживать толщину плиты, улучшить отделку поверхности и структуру металла после тепловой обработки. Этот способ был запатентован Кори из компании «Карнеги Стил» под названием «двойная ковка».

Гарвеевская броня мгновенно доказала своё превосходство перед другими типами брони. Улучшение составило 15–20%, то есть 13 дюймов гарвеевской брони примерно соответствовали 15,5 дюймам брони из никелевой стали.

Крупповская броня

В 80-х годах 19 в. в металлургии стала применяться для легирования небольших стальных отливок другая легирующая добавка – хром. Оказалось, что полученный сплав при соответствующей термообработке, получает значительню твёрдость. Однако сталелитейшики, несмотря на постоянные усилия, не смогли получить большие слитки хромоникелевой стали и соответствующим образом обрабатывать их, пока в 1893 г. германский промышленник Крупп не решил эту проблему.

Крупп также внедрил процесс цементирования в производство брони, но вместо твёрдых углеводородов, применяемых в гарвеевском процессе, он использовал газообразные углеводороды – светильный газ пропускали над горячей поверхностью плиты. Такую газовую цементацию часто использовали, однако она постепенно вытеснялась применением твёрдых углеводородов. Газовая цементация применялась в Бетлехеме в 1898 г. однако после этого она не использовалась в Америке для производства брони.

Примерно в это же время Крупп разработал процесс углубления цементированного слоя на одной стороне стальной плиты. Для этого плита обволакивалась глиной, причём цементированная сторона оставалась открытой, а затем открытая сторона подвергалась сильному и быстрому нагреву. Так как температура падает от поверхности в глубину плиты, поверхность оказывается более горячей, чем задняя сторона плиты, что позволяет осуществлять «ниспадающую закалку» брызгами воды. Сталь, нагретая выше определённой температуры, становится очень твёрдой при быстром охлаждении водой, тогда как сталь, температура которой ниже указанного предела, практически не меняет своих свойств при закалке. Для удобства назовём эту температуру критической. Если поверхность плиты нагрета выше этой критической температуры, тогда внутри плиты существует уровень, где металл имеет критическую темепратуру, причём этот уровень постепенно сдвигается вглубь плиты и в конце концов достигнет её задней поверхности, если нагрев будет достаточно продолжительным.

Однако сталь нагревается таким образом, чтобы уровень критической температуры не опускался глубже 30-40% её толщины. Когда такой нагрев достигался, плиту быстро вытаскивали из печи, устанавливали в камере закалки и подавали мощные струи воды сначала на нагретую поверхность, а затем, секундой позже, на обе поверхности одновременно. Такое двустороннее орошение было необходимо, чтобы пердотвратить деформацию плиты из-за неравномерного охлаждения.

Этот процесс, названный «ниспадающим упрочнением поверхности» позволял получить очень прочную лицевую сторону плиты, составлявшую 30-40% её толщины, в то время как остальные 60-70% объёма плиты оставались в первоначальном вязком состоянии. Следует отметить, что этот метод уплочнения основан на ниспадающем нагреве и не обязательно предполагает изменение содержания углерода в стали. Другими словами, в этом способе упрочнения лицевая сторона становится сверхтвёрдой из-за более высокой температуры в момент закалки, а глубина упрочнённого слоя может регулироваться изменением режима нагрева и может быть больше, если необходимо, чем глубина цементации.

Процесс упрочнения лицевой поверхности был, конечно, процессом окончательной обработки плиты, который применялся после процесса термообработки. Последний улучшал зернистость материала и создавал волокна, которые увеличивали прочность и пластичность стали.

Успех крупповского процесса был моментальным, вскоре все производители брони внедрили его. На всех плитах толще 127 мм крупповская броня была примерно на 15% эффективнее, чем её предшественница, гарвеевская броня. 11.9 дюймов крупповской стали были примерно эквивалентны 13 дюймам гарвеевской стали. В Америке крупповская сталь стала применяться для бронирования кораблей с 1900 г. Большая часть брони, изготовленная в последующие 25 лет была крупповской цементированной бронёй.

В течение последующих 15 лет были внедрены некоторые улучшения в технологию производства, и сейчас крупповская броня примерно на 10% прочнее, чем её первые образцы.

Производство крупповской цементированной брони

Углерод является важнейшим упрочняющим элементом, его содержание стараются сделать как можно более высоким. Однако повышенное содержание углерода усложняет производство, вызывает разрывы при ковке, более сложным становится создание волокнистой структуры, плита становится хрупкой, более подверженной растрескиванию и откалыванию при баллистических испытаниях. Добавление никеля увеличивает вязкость стали и позволяет при соответствующей обработке получать волокнистую стуктуру, а хром ещё более увеличивает твёрдость, создаваемую углеродом, не увеличивая при этом хрупкость. Хром также делает сталь особенно чувствительной к термообработке, что облегчает финишную закалку.

Типичных химический состав совеременной крупповской цементированной брони следующий: Углерод – 0.35% Никель – 3.90% Хром – 2.00% Марганец – 0.35% Кремний – 0.07% Фосфор – 0.025% Сера – 0.020%

В этой связи интересно заметить, что когда крупповская цементированнная броня впервые появилась в Америке, плиты имели около 0.27% углерода, 3.75% никеля и 1.75% хрома.

Современный процесс производства вкратце таков:

1. Смесь железа и железной руды или железа и железного лома расплавляется в открытой печи и разливается в железную или песчаную форму.

Размеры отливок зависят от размера плиты, которую необходимо получить. Например отлика для бортовой плиты трёхорудийной башни имеет размеры 106 × 381 × 635 см и весит около 200 т, а отливка для основного пояса размером 66 × 335 × 508 см – около 90 т.

2. Ещё горячую отливку извлекают из формы, очищается и подготавливается для ковки (рис. 1).

3. Отливка вновь нагревается и расковывается под грдравлическим прессом до толщины 15% от желаемой толщины плиты. Примеси, выделяющиеся в центре верхней стороны отливки удаляется срезанием.

4. Поковка отжигается чтобы создать частично волокнистую микроструктуру, предотвратить растрескивание при охлаждении и снять напряжения, возникшие при ковке (рис. 2).

5. Заготовка подвергается суперцементизации (рис. 3). Время, необходимое для этого, зависит от размера заготовки. Для больших заготовок оно составляет 10–14 дней.

6. Повторный нагрев, ковка почти до необходимой толщины и отжиг.

7. Термическая обработка для улучшения волокнистой структуры материала (рис. 5).

8. Черновая механическая обработка.

9. Плиту нагревают и придают ей нужную форму.

10. Лицевая сторона плиты нагревается до температуры выше критической, в зависимости от необходимой глубины закалённого слоя, и закаляется в струях масла или воды.

11. При небольшом нагреве выправляется кривизна плиты.

12. Плита обрабатывается до окончательных размеров.

Нецементированнная броня

При обсуждении декрементной закалки крупповской цементированной стали мы отметили, что плита может быть закалена без предварительной цементизации. Необходимо отметить, что цементированная лицевая сторона более подвержена разрывам и растрескиванию при ковке и нарушению формы, чем остальная масса плиты, что делает изготовление тонких плит более сложным, чем толстых. Эти обстоятельства подтолкнули компанию «Бетлехем Стил» к производству крупповской брони без цементации. Позднее компания «Мидвейл Стил» использовала эту же технологию. Эта броня обычно называется крупповской нецементированной (KNC). Её структура существенно отличается от структуры крупповской цементированной брони (KC). Напримет, отсутствует суперцементрованный слой, а закалка сама по себе обычно твёрже и глубже. Есть также различия в химическом составе, содержание углерода и хрома обычно выше, а никеля – такое же или ниже, чем у цементированной брони. По баллистической прочности нецементированнная броня эквивалентна цементированной, однако к сожалению имеет тенденцию к растрескиванию, как под действием снаряда, так и от внутреннего напряжения. Из-за этого производство нецементированной брони через несколько лет прекратилось. Типичная нецементированная броня содержит 0.5% углерода, 3.5% никеля и 2.3–2.5% хрома.

Краткое резюме по истории развития брони

Из предшествующего обзора видно, что каждое изменение технологии добавляло что-то особенное, и современная броня несёт на себе существенные черты всех своих предшественниц. Первоначально на флоте использовалось кованое жедезо, которое затем развилось в компаундную железо-стальную броню. Цельностальная броня вытеснила компаундную, а затем была улучшена легированием никелем. Затем произошёл возврат к принципу упрочнённой лицевой поверхности, но уже для однородной брони путем внедрения Гарвеевского процесса. Наконец произошло добавление хрома и развитие технологии декрементной закалки для цементированной и нецементированной брони.

Производство эффективной брони требует не только высокого развития металлургии, но и дорогостоящих инструментов и приборов. Некоторые улучшения брони были вызваны изобретениями и открытиями в металлургии и сталелитейном деле. Различные этапы развития брони дают прекрасную иллюстрацию эволюции использования железа и стали. Очень часто запросы военных инженеров вызывали развитие целых отраслей металлургии, которые затем находили применение в гражданской промышленности, но ещё чаще развитие металлургии и химии открывало новые перспективы в развитии военной техники.

www.metaljournal.com.ua

Сталеникелевая броня Вики

Слово «Броня» имеет и другие значения.

Корабельная броня — защитный слой, обладающий достаточно большой прочностью и предназначенный для защиты частей корабля от воздействия средств поражения противника.

История возникновения[ | код]

Броня применялась ещё на квинквиремах древнеримского флота, затем на корейских кораблях-черепахах, однако с развитием артиллерии их защита стала практически бесполезной. До начала XIX века в кораблестроении поддерживался определенный баланс между средствами защиты и нападения. Парусные корабли были вооружены гладкоствольными дульнозарядными орудиями, стрелявшими круглыми ядрами. Борта кораблей были обшиты толстым слоем дерева, довольно неплохо защищавшим от ядер.

Существует мнение, что первым защитить корпус корабля металлическими щитами предложил британский изобретатель сэр Вильям Конгрив, опубликовав свою статью в лондонской «Таймс» от 20 февраля 1805 года, однако еще в 1782 году при осаде Гибралтара испанцы обшивали крыши и борта плавучих батарей железными брусьями[1], а первым кораблём, в 1761 году получившим медную обшивку, стал фрегат HMS Alarm Королевского флота Великобритании. Аналогичное предложение было сделано в США в 1812 году Джоном Стевено из Хобокена (Нью Джерси). В 1814 году о необходимости бронирования кораблей высказался и француз Анри Пексан. Однако эти публикации не привлекли внимания[2].

Первые появившиеся в то время корабли из железа[прим. 1] — построенные для британского флота в 1845 году пароходофрегаты «Birkenhead» (англ.) и «Trident» (англ.) были восприняты моряками достаточно холодно. Их железная обшивка защищала от ядер хуже, чем деревянная соответственной толщины[3].

Изменения в сложившемся положении вещей произошли в связи с прогрессом в артиллерии и металлургии.

Ещё в 1819 году генерал Пексан изобрел разрывную гранату, которой можно было стрелять из пушки прямой наводкой, что нарушило сложившийся баланс между защитой и снарядом, так как деревянные парусные корабли подвергались сильному разрушению от взрывного и зажигательного воздействия нового оружия. Правда несмотря на убедительную демонстрацию разрушительных свойств нового оружия в 1824 году во время тестовых стрельб по старому двухдечному линейному кораблю «Pacificator» (англ.) внедрение этого вида оружия шло медленно. Но после феноменальных успехов его применения в 1849 году в битве при Экерн-фиорде и в 1853 году в бою при Синопе отпали сомнения даже у самых больших его критиков[4][5].

Тем временем развивались идеи строительства бронированных кораблей. В США Джон Стевенс с сыновьями за собственные средства произвел ряд экспериментов, в которых изучались законы прохождения ядер сквозь железные плиты и определялась минимальная толщина плиты, необходимая для защиты от любого известного артиллерийского орудия. В 1842 один из сыновей Стевенса — Роберт, представил результаты экспериментов и новый проект плавучей батареи комитету Конгресса. Эти эксперименты вызвали большой интерес в Америке и Европе[2][4].

В 1845 году французский кораблестроитель Дюпюи де Лом по заданию правительства разработал проект бронированного фрегата. В 1854 году была заложена плавучая батарея Стевенса. Через несколько месяцев были заложены четыре броненосных батареи во Франции и ещё через несколько месяцев — три в Англии[2]. В 1856 году три французских батареи — «Devastation», «Lave» и «Tonnate», неуязвимые для артиллерийского огня, были с успехом использованы при обстреле кинбурнских фортов во время Крымской войны. Этот удачный опыт применения побудил ведущие мировые державы — Англию и Францию, к строительству броненосных мореходных кораблей[3].

Железная броня[ | код]

Поперечный разрез броневой переборки броненосца «Warrior». Лист железной брони (справа) на болтах крепится к деревянной подкладке из тика 13-дюймовая железная броня в Королевском артиллерийском музее в Лондоне

Процесс взаимодействия брони и снаряда довольно сложен и к броне применяются взаимно противоречащие требования. С одной стороны материал для брони должен быть достаточно твердым, чтобы снаряд разрушался при ударе. С другой стороны он должен быть достаточно вязким, чтобы не растрескиваться при ударе и поглощать энергию осколков разрушившегося снаряда. Большинство твёрдых материалов являются достаточно хрупкими и поэтому не подходят в качестве брони. Кроме того материал должен быть достаточно распространен, не дорог и относительно прост в производстве, так как для защиты корабля он требовался в большом количестве[2].

Единственными подходящими материалами на то время были кованное железо и чугун. При практических испытания выяснилось что чугун хоть и обладает высокой твердостью, но слишком хрупок. Поэтому было выбрано кованное железо[2].

Первые бронированные корабли защищались многослойной броней — на деревянных балках толщиной 900 мм крепились железные плиты толщиной 100—130 мм (4-5 дюймов). Масштабные эксперименты в Европе показали что в пересчете на единицу веса такая многослойная защита по эффективности хуже сплошных железных плит. Тем не менее во время гражданской войны в США американские корабли имели в основном многослойную защиту, что объяснялось ограниченными технологическими возможностями по производству толстых железных плит[2].

Первыми мореходными броненосными кораблями стали французский линейный корабль «Gloire» водоизмещением 5600 т и английский фрегат «Warrior» водоизмещением 9000 т[3]. «Warrior» был защищен броней толщиной 114 мм. 206,2 мм орудие того времени выстреливало ядро массой 30 кг со скоростью 482 м/с и пробивало такую броню на дистанции только меньше 183 метров[5].

Броня компаунд[ | код]

Одним из способов получить броневую плиту с твёрдой поверхностью и вязкой подложкой стало изобретение брони компаунд. Было выяснено, что твёрдость и вязкость стали зависит от содержания в ней углерода. Чем больше углерода, тем более твёрдой, но и более хрупкой получается сталь. Броневая плита компаунд состояла из двух слоёв материала. Наружный слой состоял из более твёрдой стали с содержанием углерода 0,5-0,6 %, а внутренний — из более вязкого кованного железа с низким содержанием углерода[2]. Броню компаунд делали из двух частей: толстой железной и тонкой стальной.

Первым способ изготовления компаундной брони предложил Уилсон Кэммел (англ. Wilson Cammel). На разогретую поверхность плиты из кованного железа выливалась сталь из литейной печи. Другой вариант предложил Эллис-Браун (англ. Ellis-Brown). По его способу стальная и железная плиты припаивались друг к другу бессемеровской сталью. В обоих процессах плиты дополнительно прокатывались[2]. В зависимости от типа снаряда эффективность компаундной брони менялась. Против наиболее распространенных железных снарядов 254-мм (10 дюймовая) компаундная броня была эквивалентна 381—406 мм (15-16 дюймов) железной брони. Но против появившихся в то время специальных бронебойных снарядов из прочной стали компаундная броня была только на 25 % прочнее кованного железа — 254-мм (10 дюймов) плита компаунд была приблизительно эквивалентна 318-мм (12,5 дюймов) железной плите[2][6].

Стальная броня[ | код]

Приблизительно в то же время, что и броня компаунд, появилась стальная броня. В 1876 году итальянцы провели конкурс по выбору брони для своих броненосцев «Дандоло» и «Дуилио». Конкурс в Специи выиграла фирма Шнейдер и Ко., предложившая плиты из мягкой стали. Содержание углерода в ней было около 0,45 %. Процесс её производства держался в секрете, но известно что плита получалась из заготовки 2 метровой высоты путём её расковки до нужной толщины. Металл для плит получался в открытых печах Сименса-Мартена. Плиты обеспечивали хорошую защиту, но были сложны в обработке[2][6].

Последующие 10 лет были отмечены соревнованием компаундной и стальной брони. Содержание углерода в стальной броне было обычно на 0,1 % ниже, чем у лицевой части компаундной брони — 0,4-0,5 % против 0,5-0,6 %. При этом по эффективности они были сопоставимы — считалось что стальная броня толщиной 254 мм (10 дюймов) эквивалентна 318 мм (12,5 дюймам) железной брони[2][6].

Никелевая броня[ | код]

В конечном счете стальная броня одержала верх, когда в результате развития металлургии было освоено легирование стали никелем. Впервые его применил Шнейдер в 1889 году. Проводя опыты над образцами с содержанием никеля от 2 до 5 % экспериментальным путём было выбрано содержание в 4 %. При ударных нагрузках плиты из никелевой стали были меньше подвержены растрескиванию и образованию осколков. Кроме того никель облегчал термообработку стали — при закалке плита меньше коробилась[2].

После ковки и нормализации, стальная плита разогревалась выше критической температуры[прим. 2] и погружалась на небольшую глубину в масло или воду. После закалки шёл низкотемпературный отпуск[2].

Эти нововведения позволили улучшить прочность ещё на 5 % — 254-мм (10-дюймов) плита из никелевой стали соответствовала 330-мм (13-дюймовой) железной броне[2][7].

По патентам Шнейдера производством никелевой брони в США занимались компании Bethlehem Iron и Carnegie Steel. Броня их производства была использована при строительстве броненосцев «Техас», «Мэн», «Орегон». В состав этой брони входило 0,2 % углерода, 0,75 % марганца, 0,025 % фосфора и серы и 3,25 % никеля[2].

Гарвеевская броня[ | код]

Но прогресс не стоял на месте и американец Г. Гарвей в 1890 году использовал процесс цементации для получения твёрдой лицевой поверхности стальной брони. Так как твёрдость стали с увеличением содержания углерода растет, Гарвей решил увеличить содержание углерода лишь в поверхностном слое плиты. Тем самым тыльная часть плиты оставалась более вязкой благодаря меньшему содержанию углерода[2].

В гарвеевском процессе стальная плита, контактирующая с древесным углём или другим углеродсодержащим веществом, нагревалась до температуры, близкой к температуре плавления и держалась в печи две-три недели. В результате содержание углерода в поверхностном слое возрастало до 1,0-1,1 %. Толщина этого слоя была небольшой — на 267-мм (10,5-дюймовых) плитах, на которых он был впервые использован, поверхностный слой был толщиной 25,4-мм (1 дюйм)[2].

Затем плита подвергалась закалке по всей толщине сначала в масле, потом в воде. При этом цементированная поверхность получала сверхтвёрдость. Ещё лучших результатов удавалось достичь при использовании запатентованного в 1887 году англичанином Трессидером метода закалки путём подачи на разогретую поверхность плиты находящихся под высоким давлением мелких водяных брызг. Этот способ быстрого охлаждения оказался лучше, так как при простом погружении в воду между раскаленной плитой и жидкостью возникала прослойка пара, ухудшавшая теплообмен. Никелевая сталь с упрочненной поверхностью, отпущенная в масле и закаленная водяными брызгами и получила название «гарвеевская броня». Эта броня американского производства содержала около 0,2 % углерода, 0,6 % марганца и от 3,25 до 3,5 % никеля[2].

Также было обнаружено, что на прочности положительно сказывается финальная ковка плиты при низкой температуре, уменьшающая её толщину на 10-15 %. Этот способ «двойной ковки» был запатентован фирмой «Карнеги Стил»[2].

Гарвеевская броня моментально вытеснила все остальные виды брони, так как была на 15-20 % лучше никелевой стали — 13 дюймов гарвеевской брони примерно соответствовали 15,5 дюймам брони из никелевой стали[2][7].

Цементированная броня Круппа[ | код]

В 1894 году фирма Круппа добавила в никелевую сталь хром. Полученная броня получила обозначение «мягкий Крупп» или «Qualitat 420» и содержала 0,35-0,4 % углерода, 1,75-2,0 % хрома и 3,0-3,5 % никеля. Следует отметить что подобный состав был применен ещё в 1889 году фирмой «Шнейдер»[8]. Но Крупп не остановился на достигнутом. Он внедрил процесс цементирования своей брони. В отличие от гарвеевского процесса он использовал газообразные углеводороды — светильный газ (метан) пропускался над раскалённой поверхностью плиты. Это опять же не было уникальной особенностью — такой способ применялся и в 1888 году до гарвеевского способа на американском заводе в Бетлехеме[2], и на французском заводе Шнейдер-Крезо. Уникальным броню Круппа делал способ закалки[9].

Суть закалки заключается в нагреве стали до критической температуры — когда происходит изменение типа кристаллической решетки и образуется аустенит. При резком охлаждении происходит образование мартенсита — твердого, прочного, но более хрупкого чем исходная сталь. В методе Круппа одна из сторон стальной плиты и торцы обмазывались глиноземом или погружались в мокрый песок. Плита помещалась в печь, разогретую до температуры выше критической. Лицевая сторона плиты нагревалась до температуры выше критической и начиналось фазовое превращение. Тыльная сторона при этом имела температуру меньше критической. Зона фазового превращения начинала смещаться от лицевой стороны вглубь плиты. Когда уровень критической температуры достигал 30-40 % глубины плиты, её вытаскивали из печи и подвергали капельному охлаждению[2][9]. Результатом такого процесса становилась плита с «ниспадающим упрочнением поверхности» — она имела высокую твёрдость до глубины порядка 20 %, на следующих 10-15 % шёл резкий спад твёрдости (так называемый лыжный спуск), а оставшаяся часть плиты была не упрочненной и вязкой[8].

При толщине свыше 127-мм крупповская цементированная броня была примерно на 15 % эффективнее чем гарвеевская — 11,9 дюймов крупповской брони соответствовали 13 дюймам гарвеевской брони[2]. А 10 дюймов брони Круппа были эквивалентны 24 дюймам железной брони[7].

Впервые эта броня была использована на германских броненосцах типа «Бранденбург». Два корабля серии — «Курфюрст Фридрих Вильгельм» и «Вёрт» имели пояс из 400-мм компаундной брони. А на двух других кораблях — «Бранденбурге» и «Вейсенбург» пояс изготавливался из крупповской брони и благодаря этому его толщина была снижена до 215-мм без ухудшения бронезащиты[10].

Несмотря на сложность процесса изготовления крупповская броня благодаря своим превосходным характеристикам вытеснила все остальные типы брони и последующие 25 лет большая часть брони была именно крупповской цементированной броней[2].

Примечания[ | код]

  1. ↑ Здесь и дальше под термином «железо» понимаются сплавы Fe с малым содержанием примесей (до 0,8 %), сохраняющие пластичность и мягкость чистого металла.
  2. ↑ Температуры изменения типа кристаллической решетки, то есть полиморфного превращения.

Источники[ | код]

  1. ↑ Броня судовая // Военная энциклопедия : [в 18 т.] / под ред. В. Ф. Новицкого [и др.]. — СПб. ; [М.] : Тип. т-ва И. Д. Сытина, 1911—1915.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 NAVAL ORDNANCE AND GUNNERY. CHAPTER XII. ARMOR (англ.). — Американское руководство. Проверено 18 января 2013.
  3. ↑ 1 2 3 Эверс. Военное кораблестроение, 1935, с. 28.
  4. ↑ 1 2 Эверс. Военное кораблестроение, 1935, с. 27.
  5. ↑ 1 2 Steam, Steel and Shellfire, 1992, p. 158.
  6. ↑ 1 2 3 Steam, Steel and Shellfire, 1992, p. 161.
  7. ↑ 1 2 3 Steam, Steel and Shellfire, 1992, p. 162.
  8. ↑ 1 2 Линкоры Второй мировой, 2005, p. 240.
  9. ↑ 1 2 Эверс. Военное кораблестроение, 1935, с. 219.
  10. ↑ http://www.wunderwaffe.narod.ru/Magazine/BKM/Brand/04.htm Мужеников В. Б. Броненосцы типа «Брандендург». Раздел «Бронирование».

Литература[ | код]

  • Балакин С. А., Дашьян А. В., Патянин С. В. и др. Линкоры Второй мировой. — М., 2005. — ISBN 5-699-13053-3.
  • Эверс Г. Военное кораблестроение = Kriegsschiffbau von H. Evers / редакция и перевод с немецкого Цукшвердт А. Э. — Л.—М.: Главная редакция судостроительной литературы, 1935. — 524 с. — 3000 экз.
  • Steam, Steel and Shellfire: The Steam Warship, 1815—1905 / ed. Robert Gardiner, Andrew Lambert. — Conway Maritime Press, 1992. — ISBN 0851775640.

Ссылки[ | код]

ru.wikibedia.ru

Появление «классических» броненосцев | www.korabli.eu

В 80-е и 90-е годы XIX века соревнование между броней и снарядом продолжалось с еще большим раз­махом, чем в предыдущий период.

С 1880 г. металлургическая промышленность на­училась изготавливать сталежелезную броню «компа­унд». Для этого расплавленную сталь заливали на железную кованую плиту. Получалась броня, у которой наружная поверхность (после закалки стали) была твердой, а внутренняя — мягкой, не допускавшей трещин броневой плиты при ударе снаряда. Компа­унд-броня дала кораблестроителям определенный вы­игрыш в весе по сравнению с кованым железом. Его можно было использовать для увеличения площади бронирования без чрезмерного роста водоизмеще­ния корабля.

Затем появилась сталеникелевая броня. По со­противляемости бронебойным снарядам она превос­ходила броню компаунд на 10% и начала вытеснять последнюю.

Основной причиной слабости компаунд-брони яв­лялась непрочность сварки стального и железного слоев. Однако сама идея о придании различных свойств отдельным слоям броневой плиты оставалась весьма привлекательной. Английский инженер Г. Гарвей в 1894 году предложил принципиально иной вари­ант осуществления этой идеи.

Было известно, что насыщение стали углеродом делает ее очень твердой, хотя и хрупкой. Гарвей ре­шил вводить углерод только в поверхностный слой металла (цементировать его) и закаливать плиту стру­ей холодной воды, после чего постепенно отпускать. В результате ему удалось получить цементированную стальную броню. Она имела исключительно твердую поверхность, способную разбивать снаряд, и вязкую тыльную часть, препятствующую растрескиванию металла.

Вскоре выяснилось, что дальнейшую обработку гарвеевской брони можно значительно упростить. До­статочно прокатать ее до нужной толщины на прокат­ном стане, вместо дорогостоящей и трудоемкой ковки огромными паровыми молотами. Новая броня быстро вытеснила не только компаунд, но и никелевую сталь — во всяком случае, при изготовлении толстых вертикальных плит. Экстрамяг­кая никелевая сталь осталась главным материалом для палуб и тонких гнутых листов.

По сопротивляемости гарвеевская броня превосходила броню компаунд более чем на 33%. Данное качество позволи­ло значительно уменьшить тол­щину плит и за счет этого уве­личить общую площадь броневой защиты. Главный пояс вновь распространился до оконечнос­тей корпуса, над ним появился верхний пояс, а часто устанав­ливался еще и третий, смыкав­шийся сверху с казематом сред­ней артиллерии.

В то время как в Англии. США, Италии и России развернули производство гарвеевской брони, в Германии, на заводах фирмы «Крупп» немецким металлургам удалось улучшить гарвеевский процесс. Дело в том. что закалка холод­ной водой по методу Гарвея осуществлялась довольно быстро и действовала на слишком большую глубину. Крулповский метод предполагал медленную односто­роннюю закалку, в результате чего достигался практи­чески непрерывный переход от твердой лицевой сто­роны к вязкому «тылу».

Первые образцы крупповской брони появились уже в 1895 году, однако на совершенствование техно­логического процесса ушло еще несколько лет. Только в 1900-е годы стало ясно, что немцы оказались впе­реди. Их хромоникелевая броня (т.е. из стали с добавками хрома и никеля) по своей устойчивости к снарядам превосходила гарвеевскую примерно на 25%. Всем остальным странам пришлось незамедлительно пе­рейти на крупповский способ изготовления брони.

Постепенно, кроме бронево­го пояса (нижнего и верхнего). траверзов и броневых палуб, было также введено местное бронирование. Оно включало в себя мощную броневую защиту орудийных башен и боевых ру­бок, а также легкое (противоос-колочное) бронирование осно­ваний дымовых труб и открытых палубных орудий.

Добавить в закладки:

www.korabli.eu