Les véhicules blindés de chars nécessitent une grande mobilité, un déploiement rapide dans des environnements spéciaux et une capacité de survie élevée en raison de l'évolution des modes de combat ces dernières années. Par conséquent, il est nécessaire de développer de nouveaux alliages de titane à haute résistance spécifique ainsi que des techniques de fabrication à faible coût pour permettre l’application d’alliages de titane hautes performances dans les véhicules blindés de chars.
William A. Gooch et coll. dans leur examen, le M2A2 Bradley a donné au M2A2 Bradley une forme très complexe de trappe de capitaine, grâce à l'utilisation de pièces forgées en titane, la trappe est plus légère que la trappe en acier et la résistance à l'élasticité est comparable à celle de la trappe en acier précédente.
En 2005-2006, ARL et British Aerospace Advanced Materials ont étudié des inserts balistiques en titane incurvés en composite net pressé à chaud. Les plaques sont fabriquées à partir d'alliages de titane de grade 3 et 4 sous MIL-DTL- 46077G. ARL a également étudié le blindage en titane pour le transport de troupes blindé M113A3, qui offre une protection balistique supérieure à un blindage en acier plus lourd.
Un stratifié métallurgique en titane à double dureté similaire à l'acier à double dureté utilise les propriétés mécaniques et les mécanismes de réponse balistique des panneaux de titane souples et durs pour résister à l'impact des projectiles. Les panneaux les plus durs sont utilisés pour résister aux projectiles et les plaques de support plus souples sont utilisées pour minimiser l'écaillage sur la surface arrière. Un alliage de panneau Ti-3Si-Fe-0.5N a été soudé au rouleau à une plaque de support Ti-7Al-2.5Mo pour former une plaque composite, qui a ensuite été traitement thermique. Il a été constaté que les panneaux d'une dureté Rc 60 ou supérieure étaient optimaux pour la protection balistique et la résistance maximale à l'écaillage avec un rapport d'épaisseur de 70/30. Le laboratoire de recherche de l'armée américaine (ARL) a étudié quatre procédés de collage tels que le laminage, l'assemblage par diffusion, le pressage isostatique à chaud ou le soudage explosif et a découvert que la résistance élastique pouvait être augmentée de 10-25 %. La résistance élastique des stratifiés Ti-6Al- 4V/CP Ti pressés isostatiquement à chaud a été améliorée d'environ 10 % par rapport à celle d'un seul Ti-6AL- 4V isotrope. plaque.
UK Aerospace Advanced Materials, sous contrat avec ARL, a développé un procédé de préparation de blocs FGM utilisant des mélanges de poudres de titane et de titane/diborure de titane (TiB2) sous une grande forme presque nette pressée à chaud pour former un diborure de titane (TiB2). surface dure/substrat titane-métal, avec une couche intermédiaire d'une structure dégradée. Un autre, plus avancé, concerne les composites céramiques isostatiques chauds à base de titane. Des tests d'impact balistique ont montré que les noyaux de projectiles perforants en alliage de tungstène étaient endommagés par un mécanisme de défaillance appelé arrêt interfacial.
ARL a financé le développement du titane P900 en utilisant deux techniques de moulage différentes pour démontrer la faisabilité de produire des pièces moulées légères en titane pur et la résilience de ces pièces moulées aux obus perforants à énergie cinétique. L'objectif était de développer une plaque en titane P900 qui répondrait aux exigences générales de performance de la spécification militaire en acier, mais réduirait considérablement le poids de la plate-forme militaire. Cette plaque de titane coulé était ciselée de trous d'un certain espacement et d'une certaine forme.
Le développement et l'application d'alliages non Ti-6Al- 4V offrent également des avantages significatifs en raison de la réduction de l'utilisation d'éléments d'alliage plus coûteux et de traitements par faisceau d'électrons ou par faisceau de plasma moins coûteux. .ARL estime que cette orientation technologique augmentera l'utilisation du titane dans les applications d'équipement au sol à l'avenir, soit en tant que matériau structurel autonome, soit en conjonction avec d'autres matériaux. ARL a étudié un certain nombre d'applications potentielles pour les alliages de titane de grade 4 ARL a étudié un certain nombre d'applications potentielles pour les alliages de titane de grade 4, notamment TIMET 62S et ATI 425-MIL ; ce dernier alliage présente des propriétés balistiques similaires à celles de l'alliage standard Ti-6Al-4V de grade 2, mais utilise du fer (Fe) au lieu d'un peu de vanadium (V) comme stabilisateur bêta. L’alliage peut également être travaillé à froid et à chaud, une capacité qui s’est avérée être un avantage majeur dans diverses applications de développement. Des études ont montré que l'alliage de titane MIL-DTL- 46077G Grade 4 ATI 425-MIL a une grande capacité de flexion.
Le char M1A2 Abrams a réduit le poids des composants du châssis grâce à un effort concerté pour dépasser 1 500 lb. La trappe du capitaine du véhicule de combat M2A2 Bradley est forgée en titane et la protection supérieure est en titane. Les caissons de blindage à réaction latérale utilisent des plaques de titane au lieu de plaques d'acier, réduisant ainsi le poids du blindage à réaction.
Le titane est également actuellement utilisé dans deux versions de la famille de véhicules Stryker. Les modules de pistolet du système de pistolet protégé mobile Stryker sont en titane et la suite de protection du tireur en titane sur les modèles Stryker RV et FSV. La structure du véhicule prototype à roues en titane BAEPegasus est une première section de coque de véhicule de combat du futur utilisée pour tester le blindage composite. Le bas de la carrosserie et la partie avant sont fabriqués à partir de titane à faible coût de spécification militaire MIL-DTL- 46077G Grade 3, et l'ensemble du véhicule est fabriqué avec un haut de carrosserie en composite et un cadre spatial en composite. Le véhicule a subi des tests balistiques approfondis et des charges d'impact.
Les recherches de l'armée américaine ont évalué le titane fondu monograde destiné à être utilisé dans les véhicules de combat terrestre de l'armée. Les propriétés mécaniques à la traction et la ténacité étaient similaires à celles des feuilles de qualité aérospatiale T-6Al- 4V conventionnelles. Le titane de fusion au four à lit froid par faisceau d'électrons (EBCHM) a une résistance élastique similaire à celle du MIL-T-9046. Il existe également un certain nombre de programmes militaires qui bénéficient de l’utilisation de la fusion du titane en une seule étape et à faible coût. L'armée américaine a validé avec succès l'utilisation d'alliages de titane à faible coût dans la réplique du véhicule Pegasus. Données de test sur la résistance élastique de la plaque EBCHM Ti-6Al- 4V. Comme on peut le constater, les valeurs V50 sont toutes supérieures à la norme MIL-DTL- 46077F.
La réduction du poids est un critère important pour le choix des matériaux de blindage. Divers nouveaux matériaux sont étudiés pour les blindages légers et les alliages de titane sont des candidats potentiels en raison de leur résistance spécifique élevée, de leur résistance à la corrosion et de leurs bonnes propriétés balistiques. G. Sukumar et al. a étudié l'effet du traitement thermique sur les propriétés mécaniques et les propriétés anti-élasticité de l'alliage de titane Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe. Il a été démontré que la solution de plaques de titane traitées et vieillies (930 degrés et 900 degrés) dans la zone + présentait une bonne résistance et ductilité. Les propriétés d'impact du Ti- 4Al-2.3V-1 Les plaques .9Fe sous traitement en solution + et vieillissement (900 degrés STA) étaient supérieures à celles des plaques Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe recuites au rouleau. Par rapport aux plaques Ti-6Al- 4V recuites au rouleau et traitées avec une solution + et traitées par vieillissement, 900 degrés STA Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe les plaques ont de meilleures propriétés balistiques pour les projectiles sphériques de 7,62 mm.
Ping Song et coll. a étudié le comportement intrinsèque de Ti{{0}}Al-3V-2Cr-2Fe sous un impact à grande vitesse par expérience, modèle et validation. Les performances balistiques d'une cible Ti-5322 de 7 mm d'épaisseur ont été étudiées à l'aide d'essais d'impact balistique, et la précision du modèle constitutif a été vérifiée par des essais balistiques. Les résultats expérimentaux montrent que le modèle intrinsèque JC peut bien prédire la vitesse de pénétration ultime de la cible Ti-5322 et la décroissance de la vitesse du fragment au cours du processus de pénétration. Les vitesses limites balistiques d'une bille en alliage de tungstène d'un diamètre de 10 mm sur une cible Ti{{10}} d'épaisseur de 7 mm à 0 degré et 30 degrés sont de 416,0 m/s et 484,8. m/s, respectivement. Dans les mêmes conditions de déformation, la limite d'élasticité du nouvel alliage de titane Ti-5322 à faible coût est nettement supérieure à celle de l'alliage de titane Ti6Al4V. Dans des conditions quasi-statiques (0,01 s-1), la limite d'élasticité en compression de l'alliage de titane Ti-5322 est de 1 255 MPa, soit 20 % de plus que celle du Ti6Al4V. Dans des conditions dynamiques (600-2 000 s-1), la limite d'élasticité de l'alliage de titane Ti-5322 est de 1 430-1 470 MPa, soit 28 % de plus que celle du Ti6Al4V.
Ahsan Ul Haq et coll. a examiné différents matériaux à haute absorption d'énergie. Les panneaux sandwich en nid d'abeille sont largement développés en raison de leur faible densité et de leur capacité d'absorption d'énergie plus élevée. Parmi tous les alliages légers, le blindage en titane se distingue par sa résistance élastique, mais en raison de son coût élevé, il est encore difficile de l'utiliser dans les armes terrestres. Cependant, les stratifiés en alliage de titane et d'aluminium ont constitué une réussite majeure dans le domaine des armures laminées. Broeckhoven et A.du Plessis ont modélisé le gilet pare-balles humain Ti-6Al- 4V pour évaluer son potentiel pour des applications de protection. En particulier, ils ont indiqué que des échantillons de protection bionique contre les impacts peuvent être fabriqués par des techniques de fabrication additive et ont révélé que les coques de points peuvent présenter une absorption d'énergie élevée pendant la plastification.
Les procédés de métallurgie des poudres peuvent être utilisés pour fabriquer des composants structurellement plus complexes ainsi que pour créer des matériaux de blindage fonctionnels dégradés. Un blindage structurel avec différents gradients de performances peut être conçu pour protéger contre les projectiles perforants pour différents objets menaçants et phases de pénétration.
ADAMProductsInc a étudié la préparation d'alliages de titane militaires par un procédé métallurgique des poudres à l'état solide à faible coût. La plaque de blindage P/MT-6Al- 4V a été préparée en utilisant une technologie innovante de production de poudre de titane à faible coût, une méthode de métallurgie des poudres mixtes réduisant les coûts, un pressage isostatique à froid, un frittage, un laminage, une extrusion et traitement thermique (recuit 1 350 degré F pendant 4 h). Les propriétés de traction à température ambiante de la plaque de blindage sont présentées dans le tableau 3. Les teneurs en azote, oxygène et hydrogène étaient de 0.008, 0,158 et 0,005, respectivement 4.
L'entreprise a également utilisé cette technique pour développer une trappe de capitaine en P/MTi{{0}}Al- 4V, sauf que le laminage a été remplacé par du forgeage, et le traitement thermique a été recuit à 1,3 00 degrés F pendant 2 h. Les teneurs en azote, oxygène et hydrogène étaient de 0,021, 0,179 et 0,001 8. Les propriétés de traction à température ambiante du matériau de trappe (épaisseur de 1,375 ″) en termes de résistance à la traction, de limite d'élasticité, d'allongement et de retrait frontal étaient de 143,8 à 149,3 ksi, de 132,1 à 136,3 ksi, de 14,0 % à 15,5 % et de 34,1 % à 37,7 %.
Pavlo E. Markovsky et coll. ont étudié le comportement mécanique de structures semblables à une couche de base en titane préparées par métallurgie des poudres à éléments mixtes. Les structures de type couche de base en titane étaient constituées de couches de Ti-6Al- 4V, (%) (Ti-64) de composites à matrice métallique en alliage renforcés de 5 % et 10 % (en volume) de particules TiB ou TiC. Des comparaisons ont été effectuées avec les données précédemment rapportées pour les alliages Ti-64 fabriqués par des techniques de coulée et de forgeage. La présence de particules de renforcement TiB et TiC dans l'alliage a entraîné une réduction significative de la résistance et de la ductilité des composites à matrice métallique par rapport à l'alliage Ti-64 uniformément fritté, car ces particules ont fourni des emplacements supplémentaires pour la nucléation des fissures et des pores. et favorisé la fragilisation des matériaux. Cependant, lorsque les couches composites à matrice métallique ont été utilisées dans une structure bicouche avec une couche d'alliage Ti-64, les tests de flexion en trois points ont montré une augmentation significative des contraintes de flexion par rapport à l'alliage homogène Ti-64 et au structure composite à matrice métallique homogène. La capacité de la structure bicouche à absorber une énergie d’impact plus élevée par rapport à une seule couche homogène suggère que la structure laminée répond mieux aux exigences des applications balistiques.
Stanley Abkowitz et coll. a noté que l'intérêt continu de l'industrie et de l'armée pour le titane provenant de la métallurgie des poudres, en raison des performances améliorées qui peuvent être obtenues en produisant des composants de forme presque nette dans différentes tailles allant de quelques grammes à des centaines de kilogrammes, a nécessité le développement de une spécification de l'American Society for Testing and Materials (ASTM) visant à fournir une norme universelle pour les produits en titane issus de la métallurgie des poudres afin de faciliter leur application. Dynamet a préparé ASTM B988-13, Spécification standard pour les composants structurels du titane et des alliages de titane de la métallurgie des poudres. La nouvelle norme inclut les produits de métallurgie des poudres pour le titane pur non allié (grades 1, 2, 3 et 4), Ti-6Al- 4V (grade 5), Ti-3Al{{11. }}.5V (grade 9), Ti-6Al- 4V LI (faible jeu) et Ti-6Al-6V-2Sn. La norme facilitera un large éventail d’applications industrielles, commerciales et militaires pour le titane métallurgique en poudre.
Les opportunités commerciales pour le titane métallurgique en poudre abordable se développent en raison de la capacité à produire des produits métallurgiques en poudre de haute qualité Ti-6Al- 4V de forme proche de la valeur nette avec des propriétés de traction comparables au Ti conventionnel-6 Al- 4V.RTI International a acquis Dynamet Technologies, Inc., ce qui accélérera l'utilisation de la technologie des poudres à éléments mixtes dans les composants en alliage de titane des avions commerciaux, médicaux, industriels et militaires. Applications.
Les matériaux à base de titane combinent la résistance et la dureté élevées de la couche superficielle avec une ductilité suffisante du métal de base pour être très prometteurs dans diverses applications, notamment en tant que composants de blindage dans les équipements militaires. La combinaison de haute résistance, dureté et ténacité peut être obtenue en créant des structures multicouches aux propriétés différentes.О.М. Ivasishin et coll. étudié les caractéristiques microstructurales, les propriétés mécaniques et la protection balistique de matériaux en couches à base de titane. Deux méthodes différentes ont été utilisées pour fabriquer de telles structures en couches. La première était une méthode métallurgique conventionnelle (forgeage de lingots), suivie d'un traitement thermique de surface rapide des alliages Ti-6Al-4V et T110, qui a été utilisée pour créer des structures hiérarchiques avec différentes propriétés mécaniques dans la direction de l'épaisseur du matériau. La seconde est la méthode de métallurgie élémentaire des poudres pour la fabrication de structures combinées de couches d'alliage Ti-6Al- 4V et de couches composites basées sur celui-ci, renforcées par des particules de TiC ou de TiB. Deux et trois couches de plaques expérimentales à base d'alliage Ti-6Al- 4V (VT6) ont été fabriquées sur la base de la méthode de poudre élémentaire mixte optimisée obtenue précédemment, où la couche de surface était un composite renforcé de particules de TiC. . Des tests balistiques utilisant les mêmes balles ont établi les avantages indéniables d'un matériau en couches de même épaisseur.
Ces dernières années, la technologie d’impression 3D s’est développée rapidement et il est possible d’imprimer des structures qui ne peuvent pas être réalisées avec des procédés traditionnels. La protection contre les bombes perforantes à grande vitesse et les ondes de souffle peut être obtenue grâce à des structures en nid d'abeilles et à matrice de points de différents matériaux, qui ont été appréciées par les chercheurs dans le domaine de la protection blindée et des projets ont été réalisés.RaminRahmani et al. ont étudié un matériau composite léger Ti6Al4V-Alsi10Mg préparé en combinant des techniques de fusion sélective au laser et de frittage par décharge plasma. Une structure de maille en nid d'abeille (maille uniforme ou structure de maille dégradée) a été utilisée pour résister à l'impact et à la pénétration des balles perforantes. Les résultats démontrent l’importance de la fraction volumique de la matrice de points Ti6Al4V pour la résistance aux chocs. Les structures avec des cellules de plus petite taille et des diamètres d'entretoises plus fins ont les mêmes performances que celles avec des cellules de plus grande taille et des entretoises plus grossières. Les résultats des éléments finis montrent que la structure matricielle uniforme avec une fraction volumique plus élevée est plus efficace pour empêcher la pénétration du projectile, tandis que la matrice de points à gradient améliore la résistance du matériau à la torsion/déformation et augmente ainsi la tolérance aux dommages du matériau.
