Kendaraan lapis baja tank memerlukan mobilitas tinggi, penempatan cepat di lingkungan khusus, dan kemampuan bertahan hidup yang tinggi karena perubahan mode tempur dalam beberapa tahun terakhir. Oleh karena itu, perlu untuk mengembangkan paduan titanium baru dengan kekuatan spesifik tinggi serta teknik manufaktur berbiaya rendah untuk memungkinkan penerapan paduan titanium berkinerja tinggi pada kendaraan lapis baja tank.
William A. Gooch dkk. dalam ulasan mereka memberikan M2A2 Bradley bentuk palka kapten yang sangat kompleks, melalui penggunaan palka tempa titanium bobotnya lebih ringan daripada palka baja, dan kinerja ketahanan terhadap elastisitas sebanding dengan palka baja sebelumnya.
Pada 2005-2006, ARL dan British Aerospace Advanced Materials meneliti sisipan balistik titanium melengkung komposit jaring yang dipres panas. Pelatnya terbuat dari paduan titanium Kelas 3 dan 4 berdasarkan MIL-DTL- 46077G. ARL juga menyelidiki lapis baja berlapis titanium untuk pengangkut personel lapis baja M113A3, yang memberikan perlindungan balistik yang lebih unggul dibandingkan lapis baja berlapis baja yang lebih berat.
Laminasi ikatan metalurgi titanium kekerasan ganda yang serupa dengan baja kekerasan ganda memanfaatkan sifat mekanik dan mekanisme respons balistik dari panel titanium lunak dan keras untuk menahan dampak proyektil. Panel yang lebih keras digunakan untuk menahan proyektil dan pelat pendukung yang lebih lembut digunakan untuk meminimalkan pengelupasan pada permukaan belakang. Paduan panel Ti-3Si-Fe-0.5N dilas dengan las ke pelat pendukung Ti-7Al-2.5Mo untuk membentuk pelat komposit, yang kemudian diberi perlakuan panas. Ditemukan bahwa panel dengan kekerasan Rc 60 atau lebih tinggi optimal untuk perlindungan balistik dan ketahanan spalling maksimum pada rasio ketebalan 70/30. Laboratorium Penelitian Angkatan Darat AS (ARL) mempelajari empat proses ikatan seperti penggulungan, penggabungan difusi, pengepresan isostatik panas, atau pengelasan eksplosif dan menemukan bahwa ketahanan elastis dapat ditingkatkan sebesar 10-25%. Ketahanan elastis laminasi Ti-6Al- 4V/CP Ti yang ditekan secara isostatis panas meningkat sekitar 10 persen dibandingkan dengan laminasi Ti-6AL- 4V isotropik tunggal piring.
UK Aerospace Advanced Materials, di bawah kontrak dengan ARL, telah mengembangkan proses untuk persiapan blok FGM menggunakan campuran bubuk titanium dan titanium/titanium diborida (TiB2) dalam bentuk jaring besar yang dipres panas untuk membentuk titanium diborida (TiB2) permukaan keras/substrat logam titanium, dengan lapisan perantara struktur gradien. Lainnya, yang lebih maju, adalah komposit keramik isostatik panas berbasis titanium. Uji tumbukan balistik menunjukkan inti proyektil penusuk lapis baja paduan tungsten rusak akibat mekanisme kegagalan yang disebut penangkapan antarmuka.
ARL mendanai pengembangan titanium P900 menggunakan dua teknik pengecoran yang berbeda untuk menunjukkan kelayakan produksi pengecoran titanium murni yang ringan dan ketahanan pengecoran tersebut terhadap peluru penusuk lapis baja energi kinetik. Tujuannya adalah untuk mengembangkan pelat titanium P900 yang akan memenuhi persyaratan kinerja umum spesifikasi baja militer, namun secara signifikan akan mengurangi bobot platform militer. Pelat titanium cor ini dipahat dengan lubang-lubang dengan jarak tertentu dan bentuk tertentu.
Pengembangan dan penerapan paduan non-Ti-6Al{- 4V juga menawarkan keuntungan yang signifikan karena pengurangan penggunaan elemen paduan yang berbiaya lebih tinggi dan perawatan berkas elektron atau berkas plasma yang lebih murah. .ARL percaya bahwa arah teknologi ini akan meningkatkan penggunaan titanium dalam aplikasi peralatan darat di masa depan, baik sebagai material struktur yang berdiri sendiri atau digabungkan dengan material lainnya. ARL telah meneliti sejumlah aplikasi potensial untuk paduan titanium Kelas 4 ARL telah menyelidiki sejumlah aplikasi potensial untuk paduan titanium Kelas 4, termasuk TIMET 62S dan ATI 425-MIL; paduan terakhir menunjukkan sifat balistik yang mirip dengan paduan Ti-6Al-4V Kelas 2 standar, tetapi menggunakan besi (Fe) sebagai pengganti vanadium (V) sebagai penstabil beta. Paduan ini juga dapat dikerjakan secara dingin dan panas, suatu kemampuan yang telah terbukti menjadi keuntungan besar dalam berbagai aplikasi pengembangan. Penelitian telah menunjukkan bahwa paduan titanium MIL-DTL- 46077G Kelas 4 ATI 425-MIL memiliki kapasitas lentur yang besar.
Tangki M1A2 Abrams telah mengurangi bobot komponen sasis melalui upaya bersama hingga melebihi 1.500 lb. Pintu kapten M2A2 Bradley Fighting Vehicle dibuat dari titanium, dan pelindung atas terbuat dari titanium. Kotak pelindung reaksi samping menggunakan pelat titanium sebagai pengganti pelat baja, sehingga mengurangi berat pelindung reaksi.
Titanium juga saat ini digunakan dalam dua versi kendaraan keluarga Stryker. Pod senjata Stryker Mobile Protected Gun System terbuat dari titanium, dan rangkaian perlindungan penembak titanium pada model Stryker RV dan FSV. Struktur Kendaraan Prototipe Beroda Titanium BAEPegasus adalah bagian lambung Kendaraan Tempur Masa Depan awal yang digunakan untuk menguji lapis baja komposit. Bodi bawah dan bagian depan terbuat dari titanium murah spesifikasi militer MIL-DTL- 46077G Grade 3, dan seluruh kendaraan dibuat dengan bodi atas komposit rangka ruang dan komposit. Kendaraan ini telah menjalani pengujian balistik ekstensif dan pemuatan benturan.
Penelitian Angkatan Darat AS mengevaluasi titanium cair tingkat tunggal untuk digunakan pada kendaraan tempur darat Angkatan Darat. Sifat mekanik tarik dan ketangguhan patah serupa dengan lembaran kualitas luar angkasa T-6Al- 4V konvensional. Titanium Electron Beam Cold Bed Furnace Melting (EBCHM) memiliki ketahanan elastis yang mirip dengan MIL-T-9046. Ada juga sejumlah program Angkatan Darat yang mendapat manfaat dari penggunaan peleburan titanium satu tahap dan berbiaya rendah. Angkatan Darat AS telah berhasil memvalidasi penggunaan paduan titanium berbiaya rendah pada kendaraan replika Pegasus. Menguji data ketahanan elastis pelat EBCHM Ti-6Al- 4V. Seperti yang bisa dilihat, semua nilai V50 lebih tinggi dari standar MIL-DTL- 46077F.
Pengurangan berat merupakan kriteria penting dalam pemilihan material pelindung. Berbagai material baru sedang diselidiki untuk baju besi ringan dan paduan titanium merupakan kandidat potensial karena kekuatan spesifiknya yang tinggi, ketahanan terhadap korosi dan sifat balistik yang baik.G.Sukumar dkk. menyelidiki pengaruh perlakuan panas terhadap sifat mekanik dan sifat anti-elastisitas paduan titanium Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe. Hal ini menunjukkan bahwa larutan pelat titanium yang diberi perlakuan dan penuaan (930 derajat dan 900 derajat ) di zona + menunjukkan kekuatan dan keuletan yang baik. Sifat tumbukan Ti- 4Al-2.3V-1 Pelat .9Fe dengan perlakuan dan penuaan larutan + (900 derajat STA) lebih unggul dibandingkan pelat Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe yang dianil dengan gulungan. Dibandingkan dengan pelat Ti-6Al- 4V yang diberi perlakuan roll anil dan + larutan serta pelat Ti-6Al- 4V yang diberi perlakuan penuaan, STA Ti- 4Al-2.3V-1.9Fe 900 derajat pelat memiliki sifat balistik yang lebih baik untuk proyektil bola 7,62 mm.
Ping Song dkk. menyelidiki perilaku intrinsik Ti{{0}}Al-3V-2Cr-2Fe di bawah pengaruh kecepatan tinggi melalui eksperimen, model, dan validasi. Performa balistik target Ti-5322 setebal 7 mm diselidiki menggunakan uji tumbukan balistik, dan keakuratan model konstitutif diverifikasi melalui uji balistik. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa model intrinsik JC dapat memprediksi dengan baik kecepatan penetrasi akhir target Ti-5322 dan kecepatan peluruhan fragmen selama proses penetrasi. Kecepatan pembatas balistik bola paduan tungsten dengan diameter 10 mm pada target Ti{{10}} setebal 7 mm pada 0 derajat dan 30 derajat adalah 416,0 m/s dan 484,8 m/s, masing-masing. Di bawah kondisi deformasi yang sama, kekuatan luluh paduan titanium Ti-5322 berbiaya rendah yang baru secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan paduan titanium Ti6Al4V. Dalam kondisi kuasi-statis (0,01 s-1), kekuatan luluh tekan paduan titanium Ti-5322 adalah 1,255 MPa, 20% lebih tinggi dibandingkan Ti6Al4V. Dalam kondisi dinamis (600-2 000 s-1), kekuatan luluh paduan titanium Ti-5322 adalah 1 430-1 470 MPa, 28% lebih tinggi dibandingkan Ti6Al4V.
Ahsan Ul Haq dkk. meninjau berbagai bahan penyerap energi tinggi. Panel sandwich sarang lebah banyak dikembangkan karena kepadatannya yang lebih rendah dan kapasitas penyerapan energi yang lebih tinggi. Di antara semua paduan ringan, lapis baja titanium menonjol karena ketahanan elastisnya, namun karena biayanya yang tinggi, masih sulit untuk diterapkan pada persenjataan darat. Namun, laminasi paduan titanium + aluminium telah menjadi pencapaian besar dalam lapis baja laminasi.C. Broeckoven dan A.du Plessis memodelkan pelindung tubuh manusia Ti-6Al- 4V untuk mengevaluasi potensinya dalam aplikasi perlindungan. Secara khusus, mereka menyampaikan bahwa sampel perlindungan dampak bionik dapat dibuat dengan teknik manufaktur aditif dan mengungkapkan bahwa dot shell dapat menunjukkan penyerapan energi yang tinggi selama proses pelepasan.
Proses metalurgi serbuk dapat digunakan untuk membuat komponen yang lebih kompleks secara struktural serta untuk membuat material pelindung fungsional gradien. Armor struktural dengan gradien kinerja berbeda dapat dirancang untuk melindungi terhadap proyektil penusuk lapis baja untuk objek ancaman dan fase penetrasi yang berbeda.
ADAMProductsInc telah menyelidiki pembuatan paduan titanium militer melalui proses metalurgi serbuk padat berbiaya rendah. Pelat pelindung P/MT-6Al- 4V dibuat dengan menggunakan teknologi produksi bubuk titanium inovatif berbiaya rendah, metode metalurgi bubuk campuran yang mengurangi biaya, pengepresan isostatik dingin, sintering, penggulungan, ekstrusi, dan perlakuan panas (anil 1 350 derajat F selama 4 jam). Sifat tarik pelat baja pada suhu ruangan ditunjukkan pada Tabel 3. Kandungan nitrogen, oksigen, dan hidrogen masing-masing adalah 0.008, 0,158 dan 0,005 4.
Perusahaan juga menggunakan teknik ini untuk mengembangkan palka kapten P/MTi{{0}}Al{- 4V, kecuali bahwa penggulungan digantikan dengan penempaan, dan perlakuan panas dianil pada suhu 1,3 00 derajat F selama 2 jam. Kandungan nitrogen, oksigen, dan hidrogen adalah 0.021, 0.179, dan 0.001 8. Sifat tarik suhu ruangan bahan penetasan (ketebalan 1,375″) ditinjau dari kuat tarik, kuat luluh, pemanjangan dan penyusutan muka adalah 143,8 hingga 149,3 ksi, 132,1 hingga 136,3 ksi, 14,0% hingga 15,5% dan 34,1%37,7%.
Pavlo E. Markovsky dkk. menyelidiki perilaku mekanis struktur seperti lapisan dasar titanium yang dibuat dengan metalurgi serbuk elemen campuran. Struktur seperti lapisan dasar titanium terdiri dari lapisan Ti-6Al- 4V, (%) (Ti-64) komposit matriks logam paduan yang diperkuat dengan 5% dan 10% (berdasarkan volume) partikel TiB atau TiC. Perbandingan dilakukan dengan data yang dilaporkan sebelumnya untuk paduan Ti-64 yang dibuat dengan teknik pengecoran dan penempaan. Kehadiran partikel penguat TiB dan TiC dalam paduan menghasilkan penurunan yang signifikan dalam kekuatan dan keuletan komposit matriks logam dibandingkan dengan paduan Ti-64 yang disinter secara seragam, karena partikel-partikel ini menyediakan lokasi tambahan untuk nukleasi retakan dan pori dan mempromosikan penggetasan material. Namun, ketika lapisan komposit matriks logam digunakan dalam struktur bilayer dengan lapisan paduan Ti-64, uji tekuk tiga titik menunjukkan peningkatan tegangan lentur yang signifikan dibandingkan dengan paduan Ti-64 homogen dan struktur komposit matriks logam homogen. Kemampuan struktur bilayer untuk menyerap energi tumbukan lebih tinggi dibandingkan dengan lapisan homogen tunggal menunjukkan bahwa struktur laminasi lebih memenuhi persyaratan aplikasi balistik.
Stanley Abkowitz dkk. mencatat bahwa minat industri dan militer yang terus berlanjut terhadap metalurgi serbuk titanium, karena peningkatan kinerja yang dapat dicapai dengan memproduksi komponen berbentuk jaring dekat dalam berbagai ukuran mulai dari beberapa gram hingga ratusan kilogram, telah memerlukan pengembangan spesifikasi American Society for Testing and Materials (ASTM) yang memberikan standar universal untuk produk titanium metalurgi serbuk guna memfasilitasi penerapannya. Dynamet menyiapkan ASTM B988-13, Spesifikasi Standar untuk Komponen Struktural Titanium Metalurgi Serbuk dan Paduan Titanium. Standar baru ini mencakup produk metalurgi serbuk untuk titanium murni murni (kelas 1, 2, 3 dan 4), Ti-6Al- 4V (kelas 5), Ti-3Al{{11 }}.5V (kelas 9), Ti-6Al- 4V LI (jarak bebas rendah) dan Ti-6Al-6V-2Sn. Standar ini akan memfasilitasi berbagai aplikasi industri, komersial dan militer untuk titanium metalurgi serbuk.
Peluang komersial untuk titanium metalurgi serbuk yang terjangkau semakin meluas berdasarkan kemampuan untuk menghasilkan produk metalurgi serbuk Ti-6Al{- 4V berbentuk hampir jaring berkualitas tinggi dengan sifat tarik yang sebanding dengan Ti-6 konvensional Al- 4V.RTI International telah mengakuisisi Dynamet Technologies, Inc. yang akan mempercepat penggunaan teknologi bubuk elemen campuran pada komponen paduan titanium pesawat komersial, medis, industri, dan militer. Aplikasi.
Bahan berbasis titanium menggabungkan kekuatan dan kekerasan lapisan permukaan yang tinggi dengan keuletan logam dasar yang cukup sehingga sangat menjanjikan dalam berbagai aplikasi, khususnya sebagai komponen lapis baja pada peralatan militer. Kombinasi kekuatan tinggi, kekerasan dan ketangguhan dapat dicapai dengan menciptakan struktur multilayer dengan sifat berbeda.О.М. Ivasishin dkk. mempelajari karakteristik mikrostruktur, sifat mekanik dan perlindungan balistik bahan berlapis titanium. Dua metode berbeda digunakan untuk membuat struktur berlapis tersebut. Yang pertama adalah metode metalurgi konvensional (penempaan ingot), diikuti dengan perlakuan panas permukaan cepat terhadap paduan Ti-6Al{-4V dan T110, yang digunakan untuk membuat struktur hierarki dengan sifat mekanik berbeda dalam arahnya. dari ketebalan bahan. Yang kedua adalah metode metalurgi serbuk unsur untuk pembuatan struktur gabungan lapisan paduan Ti-6Al{- 4V dan lapisan komposit berdasarkan padanya, diperkuat dengan partikel TiC atau TiB. Dua dan tiga lapisan pelat eksperimental berbasis paduan Ti-6Al- 4V (VT6) dibuat berdasarkan metode bubuk unsur campuran yang dioptimalkan yang diperoleh sebelumnya, di mana lapisan permukaannya adalah komposit yang diperkuat dengan partikel TiC . Uji balistik dengan menggunakan peluru yang sama membuktikan keunggulan yang tak terbantahkan dari material berlapis dengan ketebalan yang sama.
Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi pencetakan 3D telah berkembang pesat, dan dimungkinkan untuk mencetak struktur yang tidak dapat diwujudkan dengan menggunakan proses tradisional. Perlindungan terhadap bom penusuk lapis baja berkecepatan tinggi dan gelombang ledakan dapat dicapai dengan struktur sarang lebah dan dot-matrix dari bahan berbeda, yang telah dihargai oleh para peneliti di bidang perlindungan lapis baja dan proyek telah dilaksanakan. RaminRahmani dkk. menyelidiki material komposit Ti6Al4V-Alsi10Mg ringan yang dibuat dengan menggabungkan teknik peleburan laser selektif dan pelepasan sintering plasma. Struktur jaring sarang lebah (struktur jaring seragam atau jaring gradien) digunakan untuk menahan benturan dan penetrasi peluru yang menembus lapis baja. Hasilnya menunjukkan pentingnya fraksi volume dot matriks Ti6Al4V untuk ketahanan terhadap benturan. Struktur dengan ukuran sel yang lebih kecil dan diameter penyangga yang lebih halus memiliki kinerja yang sama dengan struktur dengan ukuran sel yang lebih besar dan penyangga yang lebih kasar. Hasil elemen hingga menunjukkan bahwa struktur matriks titik yang seragam dengan fraksi volume yang lebih tinggi lebih efektif dalam mencegah penetrasi proyektil, sedangkan matriks titik gradien meningkatkan ketahanan material terhadap torsi/deformasi sehingga meningkatkan toleransi kerusakan material.
