С момента появления танков и их противопульного бронирования особых исследований для танковой брони не требовалось, 10 мм защита была вполне достаточна до середины 1930-х гг.
Но уже с войны в Испании выяснилось, что танки с противопульным бронированием уже устарели.
В Германии и СССР появились свои легкие противотанковые орудия, для которых тонкая броня танков пробивалась чрезвычайно легко.
Нужно было менять способ соединения броневых листов, на заре танкостроения они скреплялись заклепками. Но в боях выяснилось, что противник выбивает их внутрь корпуса поражая экипаж, к тому же такое соединение было менее прочным, чем сварное. Поэтому танки с клепанной броней со сцены начали сходить к началу 1940-х гг.
Танкостроители занялись повышением качества броневой стали.
Выяснилось, что сталь с высоким содержанием углерода становится очень твердой, но и одновременно хрупкой. Так тот же твердый чугун с содержанием углерода 2,14 % достаточно хрупкий.
Твердая сталь появляется после закалки, когда она быстро нагревается и резко охлаждается. Но тут надо следить, чтобы броня не стала очень хрупкой. Это приведет к тому, что бронекорпус начнет трескаться, а после удара вражеского снаряда с внутренней стороны полетят осколки, которые поразят танковый экипаж.
Другой немаловажной характеристикой броневой стали является вязкость, способность брони не разлетаться с поглощением силы удара.
Вязкая броня получается после нагрева не выше температуры закалки и медленного охлаждения. Но и такую броню можно пробить появляются "рваные раны", а в местах непробитий появляются вспучивания.
Специалисты по броне оказались перед дилеммой, должна быть или твердая и хрупкая броневая сталь или вязкая, но не чрезмерно.
Есть два способа изготовления брони. Первый способ с помощью литья, тогда появляется гомогенная (однородная по составу и свойствам после закалки) броня. Но у литой брони есть существенный недостаток, она недостаточно крепкая.
Она стала такой потому что при литье бронедетали получается неоднородная структура, из-за неравномерного застывания. Когда образуются участки "застывания" со слабой связью между собой.
Чтобы улучшить бронесталь, решили заниматься прокатом брони, так появилась катаная броня. Под воздействием высокой температуры "зернышки" металла сдавливаются и удлиняются. Появляется волокнистая структура.
Пробить волокнистую структуру становится сложнее. Такая броня однородная по структуре, а не "рыхлая", тверже и более вязкая одновременно.
В СССР времен Великой Отечественной войны катаной брони для башен Т-34 изготавливать не успевали пришлось прибегнуть к изготовлению литых башен.
Был вариант изготовления башни Т-34 путем штамповки из 45-мм бронелиста.
В СССР только из катанной брони делали корпуса танков.
Немцы же производили катанную броню двух видов: гомогенную средней твердости и гетерогенную с поверхностной закалкой. У них были специалисты, оборудование, заводы, а также было некоторое количество легирующих добавок для брони.
В качестве легирующих добавок использовались: кремний, марганец, хром, никель, молибден. Такие добавки повышают вязкость брони и ее прочность.
12 % от потребности никеля немцы производили сами плюс были поставки из оккупированной Норвегии. 52 % довоенных потребностей в хроме немцы брали у оккупированной Югославии и покупали у Италии (она оккупировала Албанию с запасами хрома). С 15 января 1943 г. по 21 апреля 1944 г. покупали хром у Турции. С молибденом было все хуже. Только 4 % от потребностей можно было взять в Европе, остальное пришлось ввозить через нейтральные страны.
В немецкой броне было высоко содержание углерода 0,28–0,53% и карбидообразующих элементов хрома до 3,2%. Количество последнего снижается с увеличением толщины брони. Английские специалисты считали, что это связано с попыткой уменьшить количество закалочных трещин. Получалась броня средней твердости в высокоотпущенном состоянии и при сварке из-за отсутствия закалочных напряжений броня не трескалась.
К концу 1942 г. молибден был исключен из состава брони малой и средней толщины, а к лету 1944 г. он уже закончился. Хотя советское НИИ-48 считало, что хромомолибденовая сталь на Т-VI при снарядном обстреле характеризуется повышенной хрупкостью. С 1943 г. в броне появился никель, для повышения вязкости брони. С середине 1944 г. никель тоже закончился, к осени 1944 г. практически прекратилось использования ванадия.
В советской броне МЗ-2 (8С) должно было быть: "углерода 0,22 – 0,27, кремния 1,10 – 1,40, марганца 1,20 – 1,50, хрома 0,70 – 1,00, никеля 1,2 – 1,55, молибдена 0,15 – 0,25, серы и фосфора не более 0,02 в отдельности".
У СССР с легирующими добавками было все хорошо. Хромовую и марганцевую руду СССР вывозил в ходе "обратного ленд-лиза". С начала войны по конец 1945 г. из США, Англии и Канады прибыло 22,2 тыс. т никеля, но сам СССР произвел 60,5 тыс., то есть две трети от необходимого производилось внутри страны.
Но даже несмотря на это проводились мероприятия по экономии легирующих добавок.
В 1941 г. в Мариуполе сварили для КВ броню 49С (молибден - 0,3%, хром – до 2,3%, никель – до 1,5%) не уступавшую по своим свойствам довоенной ФД-7954 (молибден - до 0,45%, 2,7% никеля и хрома), в 1942 г. КВ делали из этой брони. Металлурги изменили скорость охлаждения брони после закалки.
В 1942 г. сварили броню ГД-63-3 вообще без никеля и хрома, их отсутствие заменили марганцем, количество которого выросло до 1,43%. Широкого применения она не нашла, из-за того, что КВ отправился на покой.
А для корпусов новых танков "Иосиф Сталин" разработали катанную броню 51С с полным набором легирующих добавок. Никеля по сравнению с 49С было больше до 3,8 %, хрома меньше до 1,5 %, молибдена почти столько же.
Чтобы избежать растрескивания брони при сварке, проводили сварку на "сырой" броне, потом приходилось уже сваренный корпус отправлять в печь на три часа и охлаждали в закалочном баке, температура воды поднималась с 30 до 55 градусов. Потом корпус подвергали низкому отпуску в циркуляционной печи при температуре 280 - 320 градусов с выдержкой после достижения этой температуры в течение 10 - 12 часов.
Башню для ИС-2 отливали из брони 70Л, а потом подвергали низкому отпуску.
К середине 1944 г. у немцев с легирующими добавками стало плохо и пришлось выпускать свои "Тигры" II из катанных бронеплит без них. Броня немецких танков стала хрупкой.
Другим способом изготовления броневой стали была поверхностная закалка, так появилась гетерогенная броня. Способ этот дороже, чем изготовление простой гомогенной брони. При таком способе производства брони наружный слой становится твердым, а внутренний остается мягким.
По мере того, как Красная Армия проводила свои наступления немецкая броня становилась все хуже, а качество советской продолжало расти.
Получилось так, что советская танковая промышленность, в том числе изготовление брони сильно начала выигрывать по сравнению с немецкой, которая испытывала серьезный дефицит легирующих добавок. Время играло уже против немцев.
Спасибо за прочтение.
Источник: Танковая броня.
***