La armadura es millones de años más antigua que la humanidad y se desarrolló principalmente para proteger contra mandíbulas y garras. Es posible que los cocodrilos y las tortugas puedan inspirar en parte a los humanos a crear elementos protectores. Todas las armas de energía cinética, ya sea un garrote prehistórico o un proyectil perforador de armaduras, están diseñadas para concentrar una gran fuerza en un área pequeña, su tarea es penetrar en el objetivo e infligirle el máximo daño. En consecuencia, el trabajo de la armadura es evitar esto desviando o destruyendo los medios de ataque y / o dispersando la energía del impacto en un área lo más grande posible para minimizar cualquier daño a la mano de obra, los sistemas de transporte y las estructuras que protege.
La armadura moderna normalmente consta de una capa exterior dura para detener, desviar o destruir el proyectil, una capa intermedia con un "trabajo para romper" muy alto y una capa interior viscosa para evitar grietas y escombros.
Acero
El acero, que se convirtió en el primer material ampliamente utilizado en la creación de vehículos blindados, sigue siendo demandado, a pesar de la aparición de armaduras a base de aleaciones ligeras de aluminio y titanio, cerámicas, composites con matriz polimérica, reforzados con fibras de vidrio, aramida. y polietileno de peso molecular ultra alto, así como materiales compuestos con matriz metálica.
Muchas acerías, incluida SSAB, continúan desarrollando aceros de alta resistencia para una variedad de aplicaciones de peso crítico, como revestimientos adicionales. El acero blindado grado ARM OX 600T, disponible en espesores de 4-20 mm, está disponible con una dureza garantizada de 570 a 640 unidades HBW (abreviatura de dureza, Brinell, Wolfram; una prueba en la que se presiona una bola de tungsteno de un diámetro estándar en una muestra de material con una fuerza conocida, luego se mide el diámetro del hueco formado; luego estos parámetros se sustituyen en la fórmula, lo que le permite obtener el número de unidades de dureza).
SSAB también enfatiza la importancia de lograr el equilibrio adecuado de dureza y tenacidad para la protección contra la penetración y la explosión. Como todos los aceros, ARMOX 600T está compuesto de hierro, carbono y una serie de otros componentes de aleación que incluyen silicio, manganeso, fósforo, azufre, cromo, níquel, molibdeno y boro.
Existen restricciones en las técnicas de fabricación utilizadas, especialmente en lo que respecta a la temperatura. Este acero no está destinado a un tratamiento térmico adicional; si se calienta a más de 170 ° C después de la entrega, SSAB no puede garantizar sus propiedades. Es probable que las empresas que puedan eludir este tipo de restricción atraigan el escrutinio de los fabricantes de vehículos blindados.
Otra empresa sueca, Deform, ofrece piezas moldeadas en caliente de acero blindado a prueba de balas a los fabricantes de vehículos blindados, en particular a aquellos que buscan mejorar la protección de los vehículos comerciales / civiles.
Los cortafuegos Deform de una pieza están instalados en el Nissan PATROL 4x4, el minibús Volkswagen T6 TRANSPORTER y la camioneta pickup Isuzu D-MAX, junto con una lámina de piso sólida del mismo material. El proceso de conformado en caliente desarrollado por Deform y utilizado en la producción de láminas mantiene una dureza de 600 HBW.
La compañía afirma que puede restaurar las propiedades de todos los aceros blindados en el mercado mientras mantiene una forma estructuralmente definida, mientras que las piezas resultantes son muy superiores a las estructuras tradicionales soldadas y parcialmente superpuestas. En el método desarrollado por Deform, las láminas se enfrían y se templan después del forjado en caliente. Gracias a este proceso, es posible obtener formas tridimensionales que no se pueden obtener por conformado en frío sin las obligatorias en tales casos "soldaduras que violen la integridad de los puntos críticos".
Las chapas de acero deformadas en caliente se han utilizado en BAE Systems BVS-10 y CV90 y, desde principios de la década de 1990, en muchas máquinas Kraus-Maffei Wegmann (KMW). Están llegando pedidos para la producción de placas de blindaje tridimensionales para el tanque LEOPARD 2 y varias placas con forma para los vehículos BOXER y PUMA, además de varios vehículos Rheinmetall, incluido nuevamente el BOXER, así como una escotilla para el vehículo WIESEL. Deform también funciona con otros materiales protectores, incluidos aluminio, kevlar / aramida y titanio.
Progreso del aluminio
En cuanto a los vehículos blindados, por primera vez la armadura de aluminio se utilizó ampliamente en la fabricación del vehículo blindado de transporte de personal M113, que se produce desde 1960. Era una aleación, denominada 5083, que contenía 4,5% de magnesio y cantidades mucho más pequeñas de manganeso, hierro, cobre, carbono, zinc, cromo, titanio y otros. Aunque 5083 conserva bien su resistencia después de la soldadura, no es una aleación tratable térmicamente. No tiene una resistencia tan buena a las balas perforantes de 7,62 mm, pero, como confirmaron las pruebas oficiales, detiene las balas perforantes de estilo soviético de 14,5 mm mejor que el acero, al tiempo que ahorra peso y agrega la fuerza deseada. Para este nivel de protección, la chapa de aluminio es más gruesa y 9 veces más resistente que el acero con una densidad menor de 265 r / cm3, lo que se traduce en una reducción del peso de la estructura.
Los fabricantes de vehículos blindados pronto comenzaron a solicitar armaduras de aluminio más ligeras, balísticamente más resistentes, soldables y tratables térmicamente, lo que llevó al desarrollo de Alcan de 7039 y más tarde 7017, ambos con mayor contenido de zinc.
Al igual que con el acero, el estampado y el montaje posterior pueden afectar negativamente a las propiedades protectoras del aluminio. Al soldar, las zonas afectadas por el calor se ablandan, pero su resistencia se restaura parcialmente debido al endurecimiento durante el envejecimiento natural. La estructura del metal cambia en zonas estrechas cerca de la soldadura, creando grandes tensiones residuales en caso de errores de soldadura y / o montaje. En consecuencia, las técnicas de fabricación deben minimizarlos, mientras que el riesgo de agrietamiento por corrosión bajo tensión también debe minimizarse, especialmente cuando se espera que la máquina tenga una vida útil de diseño de más de tres décadas.
El agrietamiento por corrosión bajo tensión es un proceso de aparición y crecimiento de grietas en un ambiente corrosivo, que tiende a deteriorarse a medida que aumenta el número de elementos de aleación. La formación de grietas y su posterior crecimiento se produce como resultado de la difusión de hidrógeno a lo largo de los límites de los granos.
La determinación de la susceptibilidad al agrietamiento comienza con la extracción de una pequeña cantidad de electrolito de las grietas y su análisis. Se realizan pruebas de corrosión bajo tensión de baja tasa de deformación para determinar qué tan gravemente ha sido atacada una aleación en particular. Se produce el estiramiento mecánico de dos muestras (una en un ambiente corrosivo y la otra en aire seco) hasta que fallan, y luego se compara la deformación plástica en el sitio de la fractura: cuanto más se estire la muestra hasta fallar, mejor.
La resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión se puede mejorar durante el procesamiento. Por ejemplo, según Total Materia, que se autodenomina “la base de datos de materiales más grande del mundo”, Alcan ha mejorado el rendimiento de 7017 en las pruebas de agrietamiento por corrosión bajo tensión acelerada en 40 veces. Los resultados obtenidos también permiten desarrollar métodos de protección contra la corrosión de zonas de estructuras soldadas, en las que es difícil evitar tensiones residuales. Se están llevando a cabo investigaciones encaminadas a mejorar las aleaciones con el fin de optimizar las características electroquímicas de las uniones soldadas. El trabajo en nuevas aleaciones tratables térmicamente se centra en mejorar su fuerza y resistencia a la corrosión, mientras que el trabajo en aleaciones no tratables térmicamente tiene como objetivo eliminar las limitaciones impuestas por los requisitos de soldabilidad. Los materiales más resistentes en desarrollo serán un 50% más resistentes que la mejor armadura de aluminio que se utiliza en la actualidad.
Las aleaciones de baja densidad, como el litio y el aluminio, ofrecen aproximadamente un 10% de ahorro de peso con respecto a las aleaciones anteriores con una resistencia a las balas comparable, aunque el rendimiento balístico aún no se ha evaluado por completo de acuerdo con Total Materia.
Los métodos de soldadura, incluidos los robóticos, también están mejorando. Entre las tareas que se están resolviendo se encuentran la minimización del suministro de calor, un arco de soldadura más estable debido a la mejora de los sistemas de suministro de energía y alambre, así como la monitorización y control del proceso por sistemas expertos.
MTL Advanced Materials trabajó con ALCOA Defense, un renombrado fabricante de placas de blindaje de aluminio, para desarrollar lo que la compañía describe como un "proceso de conformado en frío confiable y repetible". La compañía señala que las aleaciones de aluminio desarrolladas para aplicaciones de armaduras no fueron diseñadas para conformado en frío, lo que significa que su nuevo proceso debería ayudar a evitar modos de falla comunes, incluido el agrietamiento. El objetivo final es permitir que los diseñadores de máquinas minimicen la necesidad de soldar y reduzcan el número de piezas, según la empresa. Reducir el volumen de soldadura, enfatiza la compañía, aumenta la resistencia estructural y la protección del personal al tiempo que reduce los costos de producción. Comenzando con la bien probada aleación 5083-H131, la compañía desarrolló un proceso para conformar piezas en frío con un ángulo de curvatura de 90 grados a lo largo y a lo largo de los granos, luego pasó a materiales más complejos, por ejemplo, las aleaciones 7017, 7020 y 7085., logrando también buenos resultados.
Cerámica y composites
Hace varios años, Morgan Advanced Materials anunció el desarrollo de varios sistemas de blindaje SAMAS, que consistían en una combinación de cerámicas avanzadas y compuestos estructurales. La línea de productos incluye armaduras con bisagras, revestimientos antifragmentación, cápsulas de supervivencia hechas de compuestos estructurales para reemplazar cascos de metal y proteger módulos de armas, tanto habitadas como deshabitadas. Todos ellos pueden adaptarse a requisitos específicos o fabricarse bajo pedido.
Proporciona protección STANAG 4569 Nivel 2-6, junto con rendimiento de impactos múltiples y ahorro de peso (la compañía afirma que estos sistemas pesan la mitad que productos de acero similares), así como adaptación a amenazas, plataformas y misiones específicas. … Los revestimientos anti-astillas se pueden fabricar con paneles planos que pesen 12,3 kg para cubrir un área de 0,36 m2 (aproximadamente 34 kg / m2) o accesorios sólidos que pesen 12,8 kg por 0,55 m2 (aproximadamente 23,2 kg / m2).
Según Morgan Advanced Materials, la armadura adicional diseñada para nuevas y modernizaciones de plataformas existentes ofrece las mismas capacidades con la mitad del peso. El sistema patentado proporciona la máxima protección contra una amplia gama de amenazas, incluidas armas de calibre pequeño y mediano, dispositivos explosivos improvisados (IED) y granadas propulsadas por cohetes, así como un rendimiento de impactos múltiples.
Se ofrece un sistema de blindaje "semi-estructural" con buena resistencia a la corrosión para los módulos de armas (además de las aplicaciones aéreas y marítimas), y además de ahorrar peso y minimizar los problemas con el centro de gravedad, a diferencia del acero, crea menos problemas de compatibilidad electromagnética..
La protección de los módulos de armas es un problema particular, ya que son un objetivo atractivo, ya que su desactivación perjudica drásticamente el dominio de la situación por parte de la tripulación y la capacidad del vehículo para hacer frente a las amenazas cercanas. También tienen optoelectrónica delicada y motores eléctricos vulnerables. Dado que generalmente se instalan en la parte superior del vehículo, el blindaje debe ser liviano para mantener el centro de gravedad lo más bajo posible.
El sistema de protección de módulos de armas, que puede incluir vidrio blindado y protección de la parte superior, es completamente plegable, dos personas pueden volver a montarlo en 90 segundos. Las cápsulas compuestas de supervivencia están fabricadas con lo que la empresa describe como “formulaciones poliméricas y materiales duros únicos”, brindan protección contra la metralla y se pueden reparar en el campo.
Protección de soldado
El SPS (Soldier Protection System) desarrollado por 3M Ceradyne incluye cascos e inserciones en la armadura corporal para el Integrated Head Protection System (IHPS) y VTP (Vital Torso Protection) - componentes ESAPI (Enhanced Small Arms Protective Insert) - inserto mejorado para protección contra armas pequeñas) del sistema SPS.
Los requisitos de IHPS incluyen protección auditiva pasiva más liviana y protección mejorada contra impactos contundentes. El sistema también incluye accesorios como un componente para proteger la mandíbula inferior de un soldado, una visera protectora, un soporte para gafas de visión nocturna, guías para, por ejemplo, una linterna y una cámara, y protección adicional modular contra balas. El contrato, valorado en más de 7 millones de dólares, prevé el suministro de unos 5.300 cascos. Mientras tanto, se suministrarán más de 30.000 kits de ESAPI (inserciones más ligeras para chalecos antibalas) en virtud del contrato de 36 millones de dólares. La producción de ambos kits comenzó en 2017.
También en el marco del programa SPS, KDH Defense seleccionó los materiales SPECTRA SHIELD y GOLD SHIELD de Honeywell para cinco subsistemas, incluido el subsistema Torso and Extremity Protection (TEP) que se suministrará para el proyecto SPS. El sistema de protección TEP es un 26% más ligero, lo que finalmente reduce el peso del sistema SPS en un 10%. KDH utilizará SPECTRA SHIELD, a base de fibra UHMWPE, y GOLD SHIELD, a base de fibras de aramida, en sus propios productos para este sistema.
Fibra SPECTRA
Honeywell utiliza un proceso patentado de hilado y trefilado de fibra de polímero para incrustar la materia prima de UHMWPE en la fibra SPECTRA. Este material es 10 veces más resistente que el acero en términos de peso, su resistencia específica es un 40% mayor que la de la fibra de aramida, tiene un punto de fusión más alto que el polietileno estándar (150 ° C) y una mayor resistencia al desgaste en comparación con otros polímeros, por ejemplo, poliéster.
El material SPECTRA fuerte y rígido muestra una alta deformación en la rotura, es decir, se estira muy fuertemente antes de romperse; esta propiedad permite absorber una gran cantidad de energía de impacto. Honeywell afirma que los compuestos de fibra SPECTRA funcionan muy bien bajo impactos de alta velocidad, como balas de rifle y ondas de choque. Según la empresa, “nuestra fibra avanzada reacciona al impacto eliminando rápidamente la energía cinética de la zona de impacto … también tiene una buena amortiguación de vibraciones, buena resistencia a deformaciones repetidas y excelentes características de fricción interna de las fibras junto con una excelente resistencia a los productos químicos, agua y luz ultravioleta.
En su tecnología SHIELD, Honeywell esparce hebras paralelas de fibras y las une impregnándolas con una resina avanzada para crear una cinta unidireccional. Luego, las capas de esta cinta se colocan transversalmente en los ángulos deseados y a una temperatura y presión determinadas, se sueldan en una estructura compuesta. Para aplicaciones portátiles suaves, se lamina entre dos capas de película transparente delgada y flexible. Debido a que las fibras permanecen rectas y paralelas, disipan la energía del impacto de manera más eficiente que si estuvieran tejidas en una tela tejida.
Short Bark Industries también usa SPECTRA SHIELD en el guardaespaldas BCS (Ballistic Combat Shirt) para el sistema SPS TEP. Short Bark se especializa en protección suave, ropa táctica y accesorios.
Según Honeywell, los soldados eligieron elementos protectores hechos de estos materiales después de que demostraron un rendimiento superior sobre sus contrapartes de fibra de aramida.
