Tenkovska oklopna vozila zahtijevaju visoku mobilnost, brzo raspoređivanje u posebnim okruženjima i visoku sposobnost preživljavanja zbog promjene načina borbe posljednjih godina. Stoga je potrebno razviti nove legure titana visoke specifične čvrstoće kao i jeftine tehnike proizvodnje kako bi se omogućila primjena legura titana visokih performansi u oklopnim tenkovima.
William A. Gooch i sur. u svojoj recenziji daju M2A2 Bradley vrlo složen oblik kapetanskog otvora, zahvaljujući upotrebi titanskih otkovaka, otvor je lakši u težini od čeličnog otvora, a performanse otpornosti na elastičnost usporedive su s prethodnim čeličnim otvorom.
U 2005-2006, ARL i British Aerospace Advanced Materials istraživali su vruće prešane mrežaste kompozitne zakrivljene balističke umetke od titana. Ploče su izrađene od legura titana razreda 3 i 4 prema MIL-DTL- 46077G. ARL je također istraživao oklop obložen titanom za oklopni transporter M113A3, koji pruža balističku zaštitu bolju od težeg oklopa presvučenog čelikom.
Titanski metalurški spojeni laminat dvostruke tvrdoće sličan čeliku dvostruke tvrdoće koristi mehanička svojstva i mehanizme balističkog odgovora ploča od mekog i tvrdog titana za otpornost na udar projektila. Tvrđe ploče koriste se za otpornost na projektile, a mekše potporne ploče koriste se za smanjenje pucanja na stražnjoj površini. Ti-3Si-Fe-0.5N legura panela zavarena je valjkom na Ti-7Al-2.5Mo podložnu ploču kako bi se formirala kompozitna ploča, koja je zatim toplinski obrađeno. Utvrđeno je da su ploče tvrdoće Rc 60 ili veće optimalne za balističku zaštitu i maksimalnu otpornost na pucanje pri omjeru debljine 70/30. Istraživački laboratorij američke vojske (ARL) proučavao je četiri procesa lijepljenja kao što su valjanje, difuzijsko spajanje, vruće izostatičko prešanje ili eksplozivno zavarivanje i otkrio je da se elastična otpornost može povećati za 10-25%. Elastična otpornost vruće izostatički prešanih Ti-6Al- 4V/CP Ti laminata poboljšana je za oko 10 posto u usporedbi s jednom Ti-6AL- 4V izotropnom tanjur.
UK Aerospace Advanced Materials, pod ugovorom s ARL-om, razvio je postupak za pripremu FGM blokova korištenjem titanovih i titan/titan diborid (TiB2) praškastih mješavina u vrućem prešanom velikom skoro neto obliku kako bi se formirao titan diborid (TiB2) tvrda površina/titan-metalna podloga, s međuslojem gradijentne strukture. Drugi, napredniji, su topli izostatični keramički kompoziti na bazi titana. Balistički testovi udarca pokazali su da su jezgre projektila za probijanje oklopa od legure volframa oštećene mehanizmom kvara koji se naziva granično zaustavljanje.
ARL je financirao razvoj titana P900 koristeći dvije različite tehnike lijevanja kako bi pokazao izvedivost proizvodnje laganih odljevaka od čistog titana i otpornost takvih odljevaka na kinetičku energiju metaka za probijanje oklopa. Cilj je bio razviti ploču od titana P900 koja bi zadovoljila opće zahtjeve izvedbe čeličnih vojnih specifikacija, ali bi značajno smanjila težinu vojne platforme. Ova ploča od lijevanog titana bila je isklesana s rupama određenog razmaka i određenog oblika.
Razvoj i primjena ne-Ti-6Al- 4V legura također nudi značajne prednosti zbog smanjenja upotrebe skupljih legirajućih elemenata i jeftinijih tretmana elektronskim snopom ili snopom plazme .ARL vjeruje da će ovaj tehnološki smjer povećati upotrebu titana u primjenama zemaljske opreme u budućnosti, bilo kao samostalan strukturni materijal ili u kombinaciji s drugim materijalima. ARL je istražio niz potencijalnih primjena legura titana Grade 4 ARL je istražio brojne potencijalne primjene za legure titana Grade 4, uključujući TIMET 62S i ATI 425-MIL; potonja legura pokazuje slična balistička svojstva kao standardna legura Grade 2 Ti-6Al-4V, ali koristi željezo (Fe) umjesto nešto vanadija (V) kao beta stabilizator. Legura također može biti hladna i vruća obrađena, sposobnost koja se pokazala kao glavna prednost u raznim razvojnim primjenama. Istraživanja su pokazala da legura titana MIL-DTL- 46077G Grade 4 ATI 425-MIL ima veliku sposobnost savijanja.
Tenk M1A2 Abrams smanjio je težinu komponenti šasije zajedničkim naporom kako bi premašio 1500 lb. Kapetanski poklopac M2A2 Bradley Fighting Vehicle iskovan je od titana, a gornja zaštita izrađena je od titana. Kutije bočnog reakcijskog oklopa koriste titanijske ploče umjesto čeličnih ploča, čime se smanjuje težina reakcijskog oklopa.
Titan se također trenutno koristi u dvije verzije Stryker obitelji vozila. Stryker Mobile Protected Gun System topovske kapsule izrađene su od titana, a titanijska zaštita za strijelca na modelima Stryker RV i FSV. BAEPegasus Titanium Wheeled Prototype Vehicle Structure je dio trupa ranog borbenog vozila budućnosti korišten za testiranje kompozitnog oklopa. Donji dio karoserije i prednji dio izrađeni su od jeftinog titana vojne specifikacije MIL-DTL- 46077G Grade 3, a cijelo vozilo izrađeno je od kompozitnog gornjeg dijela karoserije od kompozitnog materijala i prostornog okvira. Vozilo je prošlo opsežna balistička ispitivanja i udarna opterećenja.
Istraživanje američke vojske procijenilo je jednostruki rastaljeni titan za upotrebu u kopnenim borbenim vozilima vojske. Vlačna mehanička svojstva i žilavost loma bili su slični konvencionalnim pločama T-6Al- 4V zrakoplovne kvalitete. Electron Beam Cold Bed Furnace Melting (EBCHM) titan ima elastičnu otpornost sličnu MIL-T-9046. Također postoji niz vojnih programa koji imaju koristi od upotrebe jednostupanjskog, jeftinog taljenja titana. Američka vojska uspješno je potvrdila upotrebu jeftinih legura titana u replici vozila Pegasus. Podaci o ispitivanju elastične otpornosti EBCHM Ti-6Al- 4V ploče. Kao što se može vidjeti, sve vrijednosti V50 više su od standardne MIL-DTL- 46077F.
Smanjenje težine važan je kriterij za odabir materijala za oklop. Istražuju se različiti novi materijali za lagani oklop, a legure titana potencijalni su kandidati zbog svoje visoke specifične čvrstoće, otpornosti na koroziju i dobrih balističkih svojstava. G. Sukumar et al. istraživali su učinak toplinske obrade na mehanička svojstva i svojstva antielastičnosti Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe legure titana. Pokazalo se da su otopine titanskih ploča tretirane i starene (930 stupnjeva i 900 stupnjeva ) u + zoni pokazale dobru čvrstoću i duktilnost. Udarna svojstva Ti- 4Al-2.3V-1 .9Fe ploče pod tretmanom + otopinom i starenjem (900 stupnjeva STA) bile su superiornije od ploča žarenih valjkom Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe. U usporedbi s pločama Ti-6Al- 4V koje su žarene valjkom i tretirane otopinom + i starenjem, 900 stupnjeva STA Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe ploče imaju bolja balistička svojstva za sferne projektile 7,62 mm.
Ping Song i sur. eksperimentom, modelom i validacijom istraživao je intrinzično ponašanje Ti{{0}}Al-3V-2Cr-2Fe pod udarom velike brzine. Balistička izvedba Ti-5322 mete debljine 7 mm ispitana je balističkim testovima udarca, a točnost konstitutivnog modela potvrđena je balističkim testovima. Eksperimentalni rezultati pokazuju da JC intrinzični model može dobro predvidjeti konačnu brzinu prodiranja Ti-5322 mete i opadanje brzine fragmenta tijekom procesa prodiranja. Balističke granične brzine kuglice od legure volframa promjera 10 mm na meti debljine 7 mm od Ti{{10}} na 0 stupnjeva i 30 stupnjeva su 416,0 m/s i 484,8 m/s, respektivno. Pod istim uvjetima deformacije, granica razvlačenja nove jeftine Ti-5322 legure titana znatno je viša od one legure titana Ti6Al4V. Pod kvazistatičkim uvjetima (0,01 s-1), tlačna granica razvlačenja Ti-5322 legure titana je 1,255 MPa, što je 20% više nego kod Ti6Al4V. Pod dinamičkim uvjetima (600-2 000 s-1), granica razvlačenja Ti-5322 legure titana je 1 430-1 470 MPa, što je 28% više od Ti6Al4V.
Ahsan Ul Haq i sur. pregledao različite materijale visoke apsorpcije energije. Saćasti sendvič paneli široko su razvijeni zbog svoje manje gustoće i većeg kapaciteta apsorpcije energije. Među svim lakim legurama, titanski oklop se ističe svojom elastičnom otpornošću, ali zbog svoje visoke cijene još uvijek je teško postići primjenu u kopnenom naoružanju. Međutim, laminati od legure titana i aluminija bili su veliko postignuće u laminiranom oklopu.C. Broeckhoven i A.du Plessis modelirali su Ti-6Al- 4V ljudski oklop za tijelo kako bi procijenili njegov potencijal za zaštitnu primjenu. Konkretno, prenijeli su da se uzorci bioničke zaštite od udarca mogu proizvesti tehnikama aditivne proizvodnje i otkrili da točkaste ljuske mogu pokazati visoku apsorpciju energije tijekom popuštanja.
Postupci metalurgije praha mogu se koristiti za izradu strukturno složenijih komponenti kao i za stvaranje gradijentno funkcionalnih oklopnih materijala. Strukturni oklop s različitim gradijentima izvedbe može se dizajnirati za zaštitu od projektila koji probijaju oklop za različite prijeteće objekte i faze prodiranja.
ADAMProductsInc je istražio pripremu vojnih legura titana jeftinim metalurškim procesom u prahu u čvrstom stanju. P/MT{2}}Al- 4V oklopna ploča pripremljena je upotrebom jeftine inovativne tehnologije proizvodnje titanovog praha, jeftine metode metalurgije miješanog praha, hladnog izostatičkog prešanja, sinteriranja, valjanja, ekstruzije i toplinska obrada (žarenje 1 350 stupanj F 4 h). Vlačna svojstva oklopne ploče na sobnoj temperaturi prikazana su u tablici 3. Sadržaj dušika, kisika i vodika bio je 0.008, 0,158 odnosno 0,005 4.
Tvrtka je također koristila ovu tehniku za razvoj P/MTi{{0}}Al- 4V kapetanskog otvora, osim što je valjanje zamijenjeno kovanjem, a toplinska obrada je žarena na 1,3 00 stupnjeva F 2 h. Sadržaj dušika, kisika i vodika bio je 0.021, 0.179 i 0.001 8. Vlačna svojstva materijala grotla na sobnoj temperaturi (debljina 1,375 ″) u smislu vlačne čvrstoće, granice razvlačenja, istezanja i skupljanja lica bila su 143,8 do 149,3 ksi, 132,1 do 136,3 ksi, 14,0% do 15,5% i 34,1% 37,7%.
Pavlo E. Markovsky i sur. istraživao je mehaničko ponašanje struktura sličnih slojevima temeljnog titana pripremljenih metalurgijom praha miješanih elemenata. Strukture nalik titanskom osnovnom sloju sastojale su se od Ti-6Al- 4V slojeva, (%) (Ti-64) matričnih kompozita od legure metala ojačanih s 5% i 10% (po volumenu) čestica TiB ili TiC. Napravljene su usporedbe s prethodno objavljenim podacima za Ti-64 legure proizvedene tehnikama lijevanja i kovanja. Prisutnost čestica za ojačanje TiB i TiC u leguri rezultirala je značajnim smanjenjem čvrstoće i duktilnosti kompozita metalne matrice u usporedbi s ravnomjerno sinteriranom Ti-64 legurom, budući da su te čestice pružale dodatna mjesta za stvaranje pukotina i nukleacije pora i promicao krtost materijala. Međutim, kada su kompozitni slojevi metalne matrice korišteni u dvoslojnoj strukturi sa slojem legure Ti-64, testovi savijanja u tri točke pokazali su značajno povećanje naprezanja na savijanje u usporedbi s homogenom legurom Ti-64 i kompozitna struktura homogene metalne matrice. Sposobnost dvoslojne strukture da apsorbira veću udarnu energiju u usporedbi s jednim homogenim slojem sugerira da laminirana struktura bolje ispunjava zahtjeve balističkih primjena.
Stanley Abkowitz i sur. primijetio je da kontinuirano zanimanje industrije i vojske za titan iz metalurgije praha, zbog poboljšanih performansi koje se mogu postići proizvodnjom komponenti gotovo neto oblika u različitim veličinama u rasponu od nekoliko grama do stotina kilograma, zahtijeva razvoj specifikacija Američkog društva za ispitivanje i materijale (ASTM) kako bi se osigurao univerzalni standard za proizvode od titana metalurgije praha kako bi se olakšala njihova primjena. Dynamet je pripremio ASTM B988-13, standardnu specifikaciju za strukturne komponente metalurgije praha titana i legura titana. Novi standard uključuje proizvode metalurgije praha za nelegirani čisti titan (stupnjevi 1, 2, 3 i 4), Ti-6Al- 4V (stupanj 5), Ti-3Al{{11 }}.5V (razred 9), Ti-6Al- 4V LI (nizak razmak) i Ti-6Al-6V-2Sn. Standard će olakšati širok raspon industrijskih, komercijalnih i vojnih primjena za metalurški titan u prahu.
Komercijalne mogućnosti pristupačnog metalurškog praha titana šire se na temelju mogućnosti proizvodnje visokokvalitetnih metalurških proizvoda Ti-6Al- 4V gotovo neto oblika sa svojstvima rastezanja usporedivim s konvencionalnim Ti-6 Al- 4V.RTI International preuzeo je tvrtku Dynamet Technologies, Inc. koja će ubrzati upotrebu tehnologije praha miješanih elemenata u komercijalnim zrakoplovima, medicinskim, industrijskim i vojnim komponentama od legura titana. Prijave.
Materijali na bazi titana kombiniraju visoku čvrstoću i tvrdoću površinskog sloja s dovoljnom duktilnošću osnovnog metala da budu vrlo obećavajući u raznim primjenama, posebno kao komponente oklopa u vojnoj opremi. Kombinacija visoke čvrstoće, tvrdoće i žilavosti može se postići stvaranjem višeslojnih struktura s različitim svojstvima.O.M. Ivashin i sur. proučavao mikrostrukturne karakteristike, mehanička svojstva i balističku zaštitu slojevitih materijala na bazi titana. Za izradu takvih slojevitih struktura korištene su dvije različite metode. Prva je bila konvencionalna metalurška (kovanje ingota) metoda, a zatim brza površinska toplinska obrada legura Ti-6Al-4V i T110, koja je korištena za stvaranje hijerarhijskih struktura s različitim mehaničkim svojstvima u smjeru od debljine materijala. Druga je metoda elementarne metalurgije praha za izradu kombiniranih struktura slojeva legure Ti-6Al- 4V i kompozitnih slojeva temeljenih na njoj, ojačanih česticama TiC ili TiB. Dva i tri sloja eksperimentalne ploče na bazi legure Ti-6Al- 4V (VT6) izrađene su na temelju prethodno dobivene metode optimiziranog miješanog elementarnog praha, gdje je površinski sloj bio kompozit ojačan česticama TiC . Balistički testovi s istim mecima utvrdili su neporecive prednosti slojevitog materijala iste debljine.
Posljednjih se godina tehnologija 3D ispisa ubrzano razvija te je moguće ispisati strukture koje se ne mogu realizirati tradicionalnim postupcima. Zaštita od oklopnih bombi velike brzine i eksplozivnih valova može se postići saćastim i matričnim strukturama različitih materijala, koje su vrednovali istraživači u području oklopne zaštite i proveli projekte. RaminRahmani et al. istraživali su lagani kompozitni materijal Ti6Al4V-Alsi10Mg pripremljen kombinacijom tehnika selektivnog laserskog taljenja i sinteriranja u plazmi pražnjenja. Saćasta mrežasta struktura (uniformna mreža ili gradijentna mrežasta struktura) korištena je za otpornost na udar i proboj metka koji probija pancir. Rezultati pokazuju važnost volumnog udjela Ti6Al4V točkaste matrice za otpornost na udarce. Strukture s manjim veličinama ćelija i finijim promjerom podupirača imaju iste performanse kao one s većim veličinama ćelija i grubljim podupiračima. Rezultati konačnih elemenata pokazuju da je uniformna točkasta matrična struktura s većim volumenskim udjelom učinkovitija u sprječavanju proboja projektila, dok gradijentna točkasta matrica povećava otpornost materijala na torziju/deformaciju i tako povećava toleranciju oštećenja materijala.
