Броня марки ИЗ толщиной 6 мм удерживала бронебойную пулю типа Б-30 калибра 7,62 мм при обстреле из пулемета ШКАС с дистанции 200 м под углом встречи (от нормали) 20", а с дистанции 100 м – под углом 35° и выше. Броневая сталь ХД толщиной 8 мм при обстреле с дистанции 100 м не пробивалась пулей Б-30 при углах встречи (от нормали) не менее 15°.

Первоначально на И-16, СБ, ДБ-3 и другие машины устанавливали бронеспинки толщиной 6.5 мм из стали ИЗ. Однако боевое применение истребителей И-16 тип 10 с такой бронеспинкой в Испании показало, что она пробивалась не только 12,7-мм бронебойными пулями итальянских пулеметов «Бреда-САФАТ» (устанавливались на истребителе Fiat CR.32), но и 7,92-мм бронебойными пулями немецких MG17 (истребители Не51 и Bf 109). С учетом этого срочно была отработана цементованная броня толщиной 8,5 мм марки ХД, которая и стала стандартной для бронеспинок летчиков отечественных боевых самолетов. Бронеспинка защищала от пуль калибра 7-8 мм в задней полусфере в основном только по полету: в вертикальной плоскости – от 0° до ±5”, в горизонтальной плоскости – ±20°. Выбор толщины 8.5 мм определялся тем, что броня ХД(ц) толщиной 8 мм не пробивалась бронебойной пулей Б-30 при обстреле с дистанции 100 м по нормали (угол встречи 0°).

В ходе разработки схемы бронирования боевых самолетов конструкторам рекомендовалось применять лишь те марки брони, которые приняты на вооружение. При этом при толщинах свыше 6 мм требовалось использовать только цементованную броню. Для остальных толщин допускалось применение брони гомогенного типа.

Здесь следует сказать несколько слов об особенностях взаимодействия бронебойной пули с броней и технологии цементации брони.

При действии бронебойной пули по броне под углами, близкими к нормали, наиболее существенно проявляется соотношение твердости брони и бронебойной пули. Так, если твердость брони заметно уступает твердости пули, то их взаимодействие в основном определяется пластическими деформациями самой брони. Пуля при этом практически не деформируется, не разрушается и поэтому обладает максимальной проникающей способностью.

Если же твердость пули и брони примерно одинаковы, то процесс их взаимодействия характеризуется интенсивным дроблением и брони, и бронебойного сердечника пули. С лицевой стороны брони образуется кратер, а с тыльной стороны выпрессовывается пробка или возникает откол. Образование пробки в броне повышенной твердости облегчается вследствие ее сравнительно низкой вязкости. По этой причине гомогенная броня высокой твердости обладает недостаточной стойкостью к воздействию бронебойной пули.

Существенное повышение стойкости брони по нормали может быть достигнуто сочетанием материалов высокой твердости на ее лицевой поверхности и прочных, и достаточно пластичных материалов с тыльной стороны. В этом случае происходит дробление пули при взаимодействии с высокотвердым лицевым слоем и процесс образования откола и выпрессовывания пробки с тыльной стороны затрудняется или исключается.

Несколько иначе происходит процесс взаимодействия пули с броней при больших углах встречи. В начальной фазе этого процесса на пулю действует момент силы сопротивления брони, вызывающий ее разворот. Вследствие этого увеличивается площадь контакта пули с броней, что, в конечном счете, может привести к рикошету. В этих условиях лучшими защитными свойствами обладают материалы, сочетающие сравнительно высокие прочность и пластичность. При этом определенными преимуществами обладает броня повышенной толщины. Время взаимодействия пули с такой броней возрастает, что способствует ее развороту и рикошету. В этом случае особая твердость внешнего слоя цементованной брони (оказывающая существенное положительное влияние при взаимодействии с бронебойной пулей по нормали) играет даже отрицательную роль.

То есть, цементованная броня по сравнению с гомогенной броней имеет лучшую стойкость при углах встречи бронебойной пули с броней, близких к нормали (до 5-10”), и недостаточно эффективна при больших углах. Именно по этой причине броня данного типа нашла применение только для вертикальных броневых стенок со стороны задней полусферы, а для боковых бронеплит в основном применялась броня гомогенного типа.

Между тем с технологической точки зрения цементованная броня очень сложная и трудоемкая. Она трудно поддается правке и не штампуется. Цементованная броня при сварке имеет большую склонность к трещинообразованию.

Под цементацией понимают процесс поверхностного науглероживания брони. Лицевая поверхность брони насыщается углеродом и становится особо твердой. Науглероживание брони производится газообразными (коксовый газ и т.д.) или твердыми (карбюризатор) веществами. В зависимости от этого процесс цементации называют «газовой» или «твердой цементацией». Карбюризаторы изготовляются из березового угля, к которому примешиваются в определенной пропорции углекислые соли (углекислый барий, поташ, сода).

Штурмовик Ил-2.

Схема бронирования пикирующего бомбардировщика Пе-2.

Для цементации тонкие броневые заготовки или детали собираются в пакеты. Пакеты должны иметь как можно меньше неплотностей, чтобы газы, которые образуются из карбюризатора (без доступа воздуха), не выходили наружу. Цементация заготовок, деталей производится только с одной стороны.

Процесс цементации броневых плит, деталей проходит в железных или чугунных ящиках. Температура цементации находится обычно в пределах 900-950". При такой температуре производится выдержка, зависящая от требуемой глубины цементованного слоя. Продолжительность цементации – от 48 до 120 ч. При закалке цементованная броня дает коробление до 150 мм на 1 погонный метр. Вследствие высокой хрупкости цементованного слоя она чрезвычайно трудно поддается правке и дает большой брак по трещинам.

Производство цементованной брони требует наличия большого количества цементационных печей, специальных правильных вальцов, прессов, приспособлений, длительных сроков освоения и соответствующих кадров – опытных цементовщиков, правильщиков и т.д.

Цементованная броня не может применяться как силовой элемент конструкции самолета. Область ее использования ограничивается только съемными, навесными, отдельными плоскими щитками небольших размеров самой простой конфигурации – без вырезов, перемычек, больших отверстий и т.д.

К середине 1938 г. в ВИАМ под руководством С.Т. Кишкина и Н.М. Склярова разработали рецептуру гомогенной авиационной брони марки АБ-1, сочетавшей высокую стойкость против пуль нормального калибра с весьма высокой технологичностью. Броня имела хорошую ударную вязкость и позволяла изготавливать броневые детали путем горячей штамповки. Бронированные детали штамповались на воздухе, после чего охлаждались в масле, из закалочной ванны подавались обратно в штамп для окончательной доводки размеров. Это позволяло изготавливать детали двойной кривизны, сложных аэродинамических форм.

В отличие от цементованной брони, технология обработки стали АБ-1 никаких особых ограничений не накладывала. Детали могли вырезаться как на гильотинах, так и огнерезом. Форма деталей могла быть любой«при условии закруглений во входящих углах до 3-х кратной толщины». Детали могли быть как гнутыми, так и штампованными двоякой кривизны. Размер деталей ограничивался только размерами прокатанных листов – как правило, 2500х 1200 мм. Допускалась сварка с последующей термообработкой. При этом крепость шва достигала 100-125 кг/мм² . Твердость полностью термически обработанных деталей составляла 2,60-2,70 единиц по диаметру отпечатка Бринелля. После закалки детали сверловка отдельных отверстий была вполне возможна с помощью победитового сверла.