Бронебойное дело

снарядДмитрий Константинович Чернов (1839—1921) — тот самый человек, который заложил основы современного физического металловедения. Значительную часть своей работы он по­святил совершенствованию способов производства стальных оружейных стволов, бронебойных снарядов и брони, то есть технологиям, которые стремительно развивались накануне эпо­хи мировых империалистических войн. Вот что он рассказывал в 1898 году слушателям дополнительных курсов Михайловской артиллерийской академии, ныне Военная академия ракетных войск стратегического назначения им. Петра Великого. 

Бронебойные снаряды

С развитием сталелитейного дела и вообще металлургической промышленности заводы получили возможность увеличивать толщину и прочность железной брони, назначаемой для за­щиты флота от артиллерии; вследствие этого и артиллерии пришлось, в свою очередь, озаботиться изысканием средств уязвлять броненосный флот, прикрытый более прочной одеж­дой. От бронебойного снаряда, кроме баллистических качеств, требуется еще и возможно большая стойкость при ударе в броню, т. е. сохранение цельности и неизменяемость формы.

До развития в больших размерах сталелитейного дела наиболее стойкими были снаряды из закаленного чугуна (то есть с твердой поверхностью и мягкой сердцевиной), что весьма понятно, потому что отбеленный чугун представляет весьма большое сопротивление сжатию, да и обработка небольшой массы снаряда могла быть совершен­нее, чем обработка толстых и больших железных броневых плит. Но когда в Англии начали облицовывать железные плиты сталью, то деформация брони затруднилась, остановка сна­ряда при ударе стала резче, а сжимающее усилие больше, так что если закаленный чугун и мог еще противостоять сжатию по оси, то уже выпучивание в стороны, сопровождающее это сжатие, переходило (вследствие очень малой тягучести чугуна) в разрушение, т. е. снаряд разбивался на куски.

За несколько времени до появления сталежелезной брони является стремление придавать броневым поверхностям выпуклую форму (башни, куполы, грюзоновские батареи, казематы) с целью уменьшить действительность удара, на­правленного не по нормали к броне; при ударе же под углом к нормали: 1) толщина брони по направлению удара выхо­дит больше, 2) в случае очень косвенного удара возможно скольжение, 3) и главное — появляются изгибающие силы, которым материал снаряда (чугун в особенности) сопротивляется гораздо хуже. И действительно, при косвенном ударе снаряды закаленного чугуна раздроблялись непременно, так что не могли удовлетворять новому требованию, представля­емому при заказах, а именно, чтобы снаряд оставался целым при косвенном ударе в броню под определенным углом (25°).

Во Франции на заводе Терр-Нуар между тем производились опыты приготовления литых некованых, но закаленных сна­рядов из мартеновской стали, т. е. по возможности дешевых, но вместе с тем таких качеств, чтобы снаряды выдерживали косвенный удар в броневую железную плиту, не разбиваясь.

черновД. К. Чернов ведет занятия в Михайловской артиллерийской академии (1890-е годы)

В 1874 году опыты завода увенчались полным успехом: так, например, 9-дюймовый снаряд при ударе в броню под углом 25° к нормали с небольших расстояний пробивал 8-дюймовую железную плиту, утвержденную на прочной брусчатой под­кладке, и оставался целым.

Приняв за образец такие снаряды, русские сталелитейные заводы вскоре могли удовлетворить потребность в них (для 9- и 11-дюймовых орудий) нашей артиллерии. Подробно­сти производства снарядов на заводе Терр-Нуар не были известны, и каждый русский завод достигал путем опытов наилучших способов беспузыристой отливки и наиболее це­лесообразной закалки. Сталь употреблялась бессемеровская и мартеновская, с содержанием около 0,8% углерода.

Ввиду того что приготовляемые русскими заводами 11 -дюй­мовые снаряды, пробивая 12-дюймовую броню при косвенной стрельбе, не всегда оставались целыми, артиллерийское ведомство вызвало конкуренцию между заводами Круппа и Терр-Нуар на изготовление наилучших качеств 11-дюймовых стальных снарядов, отвечающих условию неразбиваемости при косвенном ударе в 12-дюймовую броню. В январе 1881 года представленные на пробу снаряды завода Круппа про­низывали броню почти без всякой деформации. Вместе с тем, на основании вновь произведенных опытов в Англии и на заводе Круппа, артиллерийское ведомство нашло возможным для 11 -дюймовых стальных снарядов при косвенной стрельбе 12-дюймовую броню заменить 15,5-дюймовой, при ударе в которую снаряд хотя и не пронизывал броню, однако оставался бы цельным, претерпевая лишь незначительную деформацию.

На опыте оказалось, что крупповские 11-дюймовые снаряды, выпущенные в 15,5-дюймовую плиту под углом 25° к нормали со скоростью около 1500 футов в секунду, углублялись на 11 — 12 дюймов (считая по нормали) и отскакивали от плиты целыми; только близ наиболее напряженного (так называемого опасно­го) сечения появлялись меридиональные трещины, которые, как показала гидравлическая проба, не были сквозными.

«Все покрыто непроницаемой тайной…»

На минуту «остановим запись» лекции и обратимся к другому документу. В сообщении в Императорском русском техниче­ском обществе (1887 год) Д. К. Чернов приводит следующие интересные подробности:

«Наше правительство в видах обеспечения себя такими снарядами предложило русским заводам заняться выра­боткой способа их приготовления, обещая дать заказы с упрощенными формальностями и, сколько мне известно, по тем же ценам, которые предложил завод Круппа.

Несмотря на выгодность цены (около 15 р. за пуд), на об­легчение по возможности всех формальностей и несмотря на то что в конкурсе на это производство приняли участие все наши сталелитейные заводы, казенные и частные, вопрос долго оставался неразрешенным, и правительство принуж­дено заказывать снаряды на заводе Круппа. (…)

Ввиду постоянных неудач на заводах, занимавшихся приго­товлением кованых снарядов, начало преобладать убеждение, что наша сталь не такова, как крупповская, что если бы те при­емы, которые мы употребляем при обработке снарядов, были применены к стали Круппа, то мы получили бы вполне удовлет­ворительные результаты. Однако опыт, поставленный в этом направлении, не оправдал возлагавшихся на него ожиданий.

структура крупповского снарядаРисунки из работы  Д. К. Чернова. Структура крупповского снаряда неоднородна: незакаленные части обведены пунктиром, а закаленные — сплошной линией, причем ее толщина соответствует степени закалки (а). Попытка воспроизвести такую структуру с помощью отжига (б) и закалки (в) позволила получить снаряд (д), у которого после выстрела в броню головная часть и одна сторона остались целы, а другая сторона развалилась на четыре куска. Это позволило сделать вывод о правильном направлении исследований

Другие заводы, занимавшиеся опытами исключительно над литыми снарядами из мартеновской стали, пришли к убеж­дению, что выработанные ими приемы достаточны, если их применить к кованым. Так как опыт со снарядами, кованными из той же мартеновской стали, оказался тоже неудачным, то, кажется, теперь возникло предположение, что для таких снарядов можно употреблять только тигельную сталь.

Вот, милостивые государи, с каким материалом в руках мне пришлось приняться за снаряды: никаких руководящих мыслей, никаких предположений относительно производства снарядов никем не высказывалось открыто, все покрыто непроницаемой тайной. Для того чтобы на первых же порах устранить мистицизм, царивший вокруг снарядного дела, и стать на твердую научную почву при выяснении этого вопроса, я составил себе программу экспериментов. Они показали, что сталь у Круппа имеет обыкновенный состав (углерода около 0,8%); очевидно, суть дела заключалась в обработке, главнейше в способе закалки…»

В упомянутом сообщении приведено много деталей ис­следования, в лекции же для артиллеристов, к которой мы сейчас вернемся, они даны более кратко.

Снаряд в разрезе

Исследование 11-дюймового крупповского снаряда (над­резанного и сломанного вдоль) показало, что, начиная с расстояния около 5 дюймов от дна, закалена наружная по­верхность стенки и закаленный слой постепенно утолщается к изолирующему пояску, достигая в этом месте толщины около 4—3,5 мм, отсюда толщина закаленного слоя уменьшается к середине оживальной части до 1 мм, затем к вершине опять утолщается до 2—3 мм. Закалка внутренней поверхности, начинаясь у вершины толщиной около 2,5 мм, постепенно утоняется по мере удаления от вершины, исчезая на рас­стоянии от нее около 4—5 дюймов. На изломе стенок, дна и головной части снаряда никаких литейных пороков в стали не обнаружено, даже при рассматривании в сильную лупу.

Применяя прием, рассчитанный на получение вышеопи­санной закалки, на Обуховском заводе был приготовлен 11-дюймовый снаряд, который при пробе на главном артил­лерийском полигоне 17 декабря 1885 года в тех же условиях, как и снаряды Круппа, остался цел, дав несколько небольших трещинок. Принимая во внимание, что это был опытный снаряд, можно смело сказать, что производство их в России скоро бы установилось, если бы опыты с настойчивостью были продолжены.

Вслед за тем английский флот оделся сталежелезною бронею, против которой и крупповские снаряды не только при косвенной стрельбе, но и при нормальной оказались бессильными; они разбивались на куски, подобно тому как снаряды закаленного чугуна при косом ударе в толстые же­лезные плиты. Явились новые требования от бронебойных снарядов; этим требованиям могли удовлетворить только французские заводы; их снаряды оставались целыми при нормальном ударе в сталежелезную плиту, давая лишь не­большие трещины.

Французский завод Сент-Шамон открыл в Петербурге фи­лиальное отделение для производства снарядов из хромистой стали и поставки их в русскую артиллерию; сколько известно, по­ставленные им партии 11 -дюймовых снарядов не вполне удовлет­воряли требованиям пробивания сталежелезной 15,5-дюймовой брони, не разбиваясь; за неимением, однако, лучших снарядов они принимались. В последнее время на Путиловском сталели­тейном заводе введен способ приготовления стальных снарядов 11- и 12-дюймовых калибров. Судя по результатам испытания пробных снарядов стрельбой в сталежелезную и в сплошную стальную броню, представленные снаряды удовлетворяют вы­шеозначенным условиям испытания; сталь по составу хромистая и обладает весьма большим сопротивлением.

Проследим в коротких чертах обстоятельства, сопрово­ждающие удар снаряда в броню. При углублении снаряда в броню сопротивление увеличивается одновременно с увеличением проекции поверхности соприкосновения на плоскость, нормальную к скорости; вместе с тем возрастает и укоснение (отрицательное ускорение) снаряда. Пусть сна­ряд углубился, например, на всю величину сплошной части (до уровня внутренней пустоты); если это сечение остановки имеет и наибольшую площадь (занятую материалом), то и сопротивление брони в это время почти наибольшее, так что укоснение снаряда, а следовательно, и напряжение от сжа­тия здесь также достигают почти наибольшей величины. Вся сзади лежащая часть имеет огромную скорость и действует, как молот, сжимая тонкий слой, находящийся на границе между частью снаряда, не вошедшею в броню, и частью, уже упертою в нее. При сжатии происходит всегда расширение в стороны — увеличение наружной окружности; если металл однороден и совершенно вязок, то он не должен дать при этом трещин; но снаряд из такого однородного и вязкого материала расплющился бы и не пробил бы брони: вся работа израсходовалась бы на его деформацию. Если же материал однороден, очень тверд и не вязок, то он не может разбухать, а потому, если в момент наибольшего сопротив­ления брони напряжение от сжатия снаряда не превзойдет предела упругости его материала, то он пройдет сквозь броню, или в ней остановится, или отскочит назад (смотря по толщине и по качествам брони) без всякой деформации. Если же вышеозначенное напряжение превзойдет предел упругости материала снаряда, то он расколется на куски. Отсюда видно, что для более совершенного снаряда, если не имеется твердого материала с весьма высокими механическими качествами, нужно соединить твердость с вязкостью. Если у снаряда есть твердая оболочка, то она не даст ему расплющиться, но сама от распираний внутреннего металла даст трещины; чтобы трещины не были сквозными, нужно затруднить разъединение частей твердой оболочки; для этого твердая оболочка должна быть крепко связана с остальной внутренней массой, настолько прочной и вязкой, чтобы она сама не давала трещин при разбухании от сжатия. Крупп делает твердую оболочку для головной и почти всей цилиндрической части как изнутри, так и снаружи снаряда посредством сильной закалки. Надо уметь сочетать твердую оболочку с вязкой внутренней массой, достаточно крепко связать их, отыскать надлежащее соотношение их толщин и избежать развития сильных внутренних натяжений. Ока­зывается, как это было сказано раньше, что хром позволяет стали принять сильную закалку снаружи и в то же время сообщает незакаленной массе большое сопротивление на растяжение и сжатие, а также вязкость и упругость. При закалке важно нагреть сталь до надлежащей температуры и отыскать способ охлаждения, при котором закаливается слой данной толщины и в данной степени, без развития чрезмерных внутренних натяжений; стало быть, надо по воз­можности точно измерять температуру нагрева и подыскать опытом охлаждающую жидкость, ее температуру и прием, которым она приводится в соприкосновение с закаливае­мой поверхностью. Благодаря такому количеству влияющих обстоятельств операция закаливания усложняется до крайности, требует долгих изысканий и должна совершаться под руководством сведущих людей.

Года три тому назад адмирал С. О. Макаров предложил снабжать стальные снаряды колпачками из сравнительно мягкой и вязкой стали. Снаряды одной и той же партии, раз­бивавшиеся в куски без колпачков, легко пробивали броню насквозь и оставались совершенно цельными, когда снаб­жались колпачками из вязкого металла. Вопрос этот пока еще недостаточно разработан.

Броневая одежда судов

В первое время возникновения броненосного флота бро­невые плиты прокатывались из мягкого сварочного железа и имели толщину около 3—4 дюймов. По мере того как уси­ливалась пробивающая способность снарядов береговой артиллерии, толщина железной брони все более и более возрастала; в особенности быстро шло возрастание в семи­десятых годах; наконец толщина железной брони достигла 20 дюймов. Когда же и этого оказалось недостаточно, то в Англии (на заводе Каммеля) были направлены усилия комбинировать твердую стальную одежду с железной, играющей роль вязкой сдерживающей подкладки; почти одновременно во Франции пытались приготовить сплошные стальные брони.

Сталежелезные плиты на первых же порах по сравнению с железными оказались превосходными: железная подкладка действительно не давала твердой стальной облицовке рас­падаться на куски, и даже трещины часто бывали несквозные, стальная же лицевая сторона представляла настолько твердую поверхность, что тогдашние снаряды не могли проникать в нее, не разбиваясь. Сварка железа со сталью представляет, однако, большие трудности и тем большие, чем тверже сталь и толще броня, ибо чем ниже критическая температура стали, тем осторожнее приходится нагревать плиту, чтобы довести железо до температуры вара и в то же время не пережечь сталь.

На заводе Каммеля сначала приготовляют из сварочного же­леза толстый пакет и прокатывают его в плиту, которую вслед за тем вкладывают в сильно раскаленном состоянии в изложницу, имеющую вид большого плоского ящика; внутренняя высота ящика превышает в полтора раза толщину железной плиты. Один из узких боков ящика открыт — ящик ставится на ребро открытым боком вверх, а над ним вдоль щели (которая рядом с ребром железной плиты) ставится желоб с отверстиями; в желоб пускают из чана расплавленную сталь (обыкновенно из мартеновской печи), которая многими небольшими струями наливается в пространство изложницы, не занятое железным пакетом. Во время заливки стали она приваривается к железу, раскаленному докрасна. Когда сталь застынет, плиту вынимают из изложницы и еще прокатывают между валками, чтобы более обеспечить приваривание стали и по возможности выжать по­павшие в спай шлаки и сжать пузыри и усадочные пустоты в залитой стальной части теперь уже сложной плиты. (…)

Производство сталежелезных плит развилось преимуще­ственно в Англии, где ими до последнего времени одевался весь военный флот. Наше морское министерство ввело 15 лет тому назад производство сталежелезных плит на Колпинском заводе. К сожалению, в России результаты получались хуже, чем в Англии, и, кроме того, техническая сторона дела находилась в руках английской компании того же завода Каммеля, так что по истечении срока контракта (1891 год) броневое производство не осталось вполне упроченным в России; наступивший затем переход к введению у нас производства сплошных стальных плит потребовал новых и продолжительных опытов. Стальные плиты, как сказано раньше, начали изготовлять во Франции; на первых порах эти плиты часто раскалывались от удара снаряда, и потому от их применения к бронированию судов долго воздерживались. Однако французские заводы продолжали разработку этого вопроса, и на Парижской Всемирной выставке в 1878 году заводы Крезо и Фуршамбо выставили громадные стальные плиты, как сваренные из отдельных пластов мягкой стали, так и сплошные, испытанные стрельбою.

Опыт показал, что французские заводы достигли весьма хороших результатов, снаряды увязали в броне или прони­зывали ее, не производя трещин; с тех пор производство это сильно пошло вперед, и теперь повсюду новые военные суда одеваются преимущественно стальными плитами. О развитии и значении броневого производства можно судить по гран­диозности механических приспособлений. (Например, на заводе Сен-Жак новый прокатный стан для прокатки стальной брони — длина прокатных валков — 4 м, вес каж­дого валка — 30 т. Толщина болванки до первого обжима может доходить до 1,80 м, толщина прокатанной брони — до 0,60 м, вес — до 60—80 т.)

Хотя сплошные стальные плиты получались очень хороших качеств, закалка лицевой стороны плиты, как показал опыт, значительно увеличивает ее прочность и неуязвимость, в осо­бенности если эта сторона перед закалкой процементована углеродом на некоторую глубину. Такая цементация была впервые патентована Гарвеем, отчего операция получила название гарвеирования.

В составе стали, идущей на изготовление брони, в насто­ящее время замечается довольно большое разнообразие: одни предпочитают сталь средней твердости с цементацией и закалкой лицевой стороны, другие предпочитают сталь с небольшим содержанием углерода (0,25—0,40%) и 2—3% никеля, с цементацией или без цементации лицевой сторо­ны, третьи берут сталь, содержащую большое количество марганца и средней твердости по углероду; наконец, пред­приняты опыты со сталью, содержащей одновременно хром, никель и марганец или же по два из этих металлов с большим или меньшим содержанием углерода. Таким образом, в на­стоящий момент было бы очень трудно определить, за каким металлом для брони останется победа, тем более что и с бронебойными снарядами опыты далеко еще не окончены.

Что касается новейшего времени, то для пробиваемости брони из специальной стали, с цементацией и закалкой, можно принять процентов на 30—35 высшее сопротивление, так что новейшая броня выходит наполовину тоньше прежней железной, а при равной толщине с последней требует для ее пробивания почти четверную энергию против железной.

Отсюда видно, насколько морское ведомство должно быть заинтересовано в успехах металлургии для облегчения брони при ее высшей неуязвимости и через то получить возмож­ность усилить боевую способность судна.

Д. К. Чернов

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>