Hispanopedia WikiEl Laboratorio de Tecnología de Materiales ( MTL ) era un centro de investigación dependiente del Comando de Materiales del Ejército de los EE. UU. especializado en metalurgia , ciencia e ingeniería de materiales para armamento y otros fines militares. Ubicado en Watertown, Massachusetts , el MTL se conocía originalmente como los Laboratorios del Arsenal de Watertown (WAL) y representaba uno de los muchos edificios de laboratorios erigidos en el Arsenal de Watertown . Sin embargo, a pesar de su nombre y su función de albergar el equipo de laboratorio mecánico y metalúrgico del arsenal, el WAL operaba independientemente del arsenal. [ 1 ] [ 2 ] El centro permaneció en funcionamiento incluso después del cierre del Arsenal de Watertown en 1967. El WAL pasó a llamarse Agencia de Investigación de Materiales del Ejército (AMRA) en 1962 y luego Centro de Investigación de Materiales y Mecánica del Ejército (AMMRC) en 1967, antes de convertirse en el Laboratorio de Tecnología de Materiales en 1985. [ 3 ] En 1992, el MTL fue disuelto y la mayor parte de sus operaciones y personal se incorporaron al recién creado Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU. (ARL). [ 4 ]
Historia
A lo largo de su dilatada historia, el Arsenal de Watertown mantuvo varias instalaciones de laboratorio que realizaban ensayos mecánicos, así como investigaciones sobre el desarrollo de materiales y la física del estado sólido . [ 5 ] El primer laboratorio conocido en el Arsenal de Watertown fue un edificio de madera de una sola planta construido en 1842. Este primer laboratorio no se especializaba en experimentación científica, sino que apoyaba la misión del Arsenal de Watertown como depósito de suministros militares. [ 1 ] El laboratorio realizaba una amplia gama de tareas especiales, desde impermeabilizar cartuchos de papel hasta preparar ingredientes para pirotecnia, como bengalas, espoletas y cohetes de señales. Sin embargo, con el tiempo, el edificio se reconvirtió en almacén y posteriormente fue demolido en 1917. [ 5 ]
El primer ejemplo notable de experimentación científica en el arsenal tuvo lugar bajo el liderazgo del mayor Thomas J. Rodman , comandante y superintendente del arsenal de 1859 a 1865. Reconocido por inventar un proceso de fundición que extendió significativamente la vida útil de los cañones de hierro fundido, Rodman promovió la investigación científica en el Arsenal de Watertown durante su mandato. Durante la Guerra Civil Estadounidense , supervisó la construcción de un segundo laboratorio en 1862 y realizó experimentos metalúrgicos y pruebas de equipos para determinar la mejor calidad de hierro para la fundición de cañones. Este segundo laboratorio era un edificio de madera de una sola planta con dos alas, cada una de 175 pies por 25 pies. Utilizado principalmente para la fabricación de cartuchos de armas pequeñas, la instalación fue posteriormente trasladada al extremo este del arsenal y reconvertida en almacén de cureñas de cañones de campaña en 1871. La instalación fue trasladada de nuevo en 1911 y utilizada para el almacenamiento de madera. [ 1 ] [ 3 ] [ 5 ]
En los años posteriores a la Guerra Civil, el trabajo de Rodman en el Arsenal de Watertown atrajo la atención del Departamento de Artillería del Ejército de los EE. UU. hacia el complejo como un sitio para futuras pruebas de materiales. Durante la década de 1870, el interés del Ejército en el acero como material para la fabricación de armas llevó al presidente Ulysses S. Grant a lanzar una investigación científica nacional para probar las ventajas del hierro fundido frente al acero en términos de su resistencia. Como parte de esta investigación, el gobierno de los EE. UU. contrató al ingeniero Albert Hamilton Emery en 1875 para diseñar y construir una máquina que realizara pruebas de precisión sobre la resistencia de los materiales de ingeniería constructiva. [ 1 ] [ 6 ] La máquina, llamada Máquina de Pruebas Emery, era capaz de probar con precisión 800 000 libras de tensión y un millón de libras de compresión. [ 3 ] Su precisión para probar la resistencia a la tracción y a la compresión de cualquier cosa, desde una barra de hierro hasta un alambre delgado, fue celebrada como una innovación sin precedentes en la ingeniería y la ciencia militar estadounidenses. [ 1 ]
Tras su finalización en 1879, la máquina de ensayo Emery se instaló en el Edificio 71 del Arsenal de Watertown, que pasó a llamarse Laboratorio de Ensayos Físicos. Construido en 1821, el Edificio 71 era originalmente una herrería que albergaba un horno de reverbero de 18 toneladas, así como otros equipos para la producción de hierro. La instalación de la máquina de ensayo Emery transformó las instalaciones en un laboratorio de ensayos que no solo atendía las necesidades del Ejército y la Armada de los Estados Unidos , sino también las de clientes civiles que pagaban por utilizar la máquina para sus propios fines. Fabricantes comerciales de hierro y acero, construcción de puentes, construcción, ferrocarriles e industrias de calderas aprovecharon los servicios de ensayo que ofrecía el laboratorio para obtener datos sobre diversos materiales estructurales. De 1882 a 1918, los resultados de los ensayos de precisión realizados por el laboratorio bajo la dirección del Departamento de Artillería de los Estados Unidos se publicaron anualmente en una publicación titulada Tests of Metals . La gama de materiales probados durante este período de 36 años incluyó hierro, acero, latón, bronce, madera, piedra y hormigón, así como artículos diversos como manila, hilo de algodón, cáñamo y patines. En total, se realizaron 87.062 pruebas para el gobierno, mientras que 27.096 se llevaron a cabo para empresas privadas. [ 1 ] [ 5 ]
A partir de la década de 1890, el Arsenal de Watertown centró su atención en la investigación y el desarrollo, ampliando sus laboratorios e instalaciones de ensayo. [ 1 ] A principios del siglo XX, el arsenal estableció dos laboratorios más en los edificios cercanos al Laboratorio de Ensayos Físicos. El Edificio 72, construido originalmente en 1821 y utilizado como taller mecánico, albergó el Laboratorio de Química en el segundo piso en 1896. Para 1917, el Laboratorio de Química se había expandido hasta ocupar todo el edificio. De manera similar, el Edificio 73 también fue construido originalmente en 1821 para ser utilizado como taller de cureñas de armas , pero se convirtió en el Laboratorio de Rayos X del arsenal en 1923. Para 1927, los laboratorios de los Edificios 71, 72 y 73 habían obtenido una amplia variedad de equipos nuevos, desde la primera máquina de ensayo de impacto Charpy del país hasta un aparato de rayos X de difracción para estudiar la estructura atómica de los metales. La estrecha relación del complejo de laboratorios con las instalaciones industriales del arsenal permitió que este último aplicara los hallazgos científicos del primero para mejorar las prácticas de fabricación de las segundas. [ 1 ]
En 1923, se fundó en el Arsenal de Watertown el Consejo Asesor de Metalurgia Ferrosa para promover actividades de investigación y desarrollo cooperativas entre el arsenal, la industria privada y los laboratorios universitarios. El consejo asesor colaboró con 45 empresas industriales privadas para desarrollar placas de blindaje fundidas y laminadas para aeronaves, cascos y chalecos antibalas . El arsenal también llevó a cabo estudios sobre la erosión de los cañones con el Instituto Bahelle Memorial, desarrolló cerámicas refractarias mejoradas con el Instituto Tecnológico de Massachusetts , desarrolló cuarzo pirométrico mejorado con la Universidad Estatal de Ohio y mejoró los aceros de forja con el Instituto Tecnológico Carnegie . [ 1 ]
Cuando la actividad en el arsenal se disparó durante la Segunda Guerra Mundial , el Arsenal de Watertown expandió rápidamente no solo sus instalaciones industriales, sino también sus instalaciones de investigación y pruebas. En 1941, el arsenal adquirió siete acres de terreno al oeste, que incluían un gran edificio de fábrica propiedad de la Simmons Mattress Company . Conocido como Edificio 39, este edificio se utilizó para albergar varias divisiones de agencias gubernamentales, incluyendo la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos y el Laboratorio de Geofísica de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos . En 1953, el arsenal convirtió la totalidad del Edificio 39 en los Laboratorios del Arsenal de Watertown (WAL), que lideraron la investigación en metales y cerámica, materiales orgánicos y mecánica, e integridad estructural. [ 1 ] [ 7 ]
En 1954, el Jefe de Artillería trasladó la Oficina de Investigación de Materiales de Artillería (OMRO) al Arsenal de Watertown, donde no solo administraba la investigación de materiales en otros laboratorios del Ejército, sino que también realizaba investigación interna. Ese mismo año, el arsenal estableció un nuevo laboratorio de procesamiento de metales llamado Laboratorio General Thomas J. Rodman (sin relación con la instalación del mismo nombre en el Arsenal de Rock Island ). Nombrado en honor al antiguo comandante del arsenal durante la Guerra Civil, el Laboratorio Rodman se centró en mejorar la calidad de los productos del Ejército y reducir sus costos de fabricación, además de crear nuevos materiales y métodos para la fabricación de recursos estratégicos. Sin embargo, el Laboratorio Rodman fue posteriormente absorbido por los Laboratorios del Arsenal de Watertown. Con la disolución del Cuerpo de Artillería en 1962, el recién creado Comando de Material del Ejército combinó WAL y OMRO para formar la Agencia de Investigación de Materiales del Ejército (AMRA). Como laboratorio corporativo del Ejército, AMRA desarrolló y mejoró materiales para armas y equipos del Ejército, además de establecer especificaciones y estándares de materiales. Además de llevar a cabo investigación básica y aplicada en materiales estructurales, la instalación también operaba y mantenía el reactor Horace Hardy Lester del arsenal, el primer y único reactor nuclear de investigación del Ejército, en lugar de OMRO. [ 8 ]
Cuando el Arsenal de Watertown cesó sus operaciones en 1967, AMRA se convirtió en el Centro de Investigación de Materiales y Mecánica del Ejército (AMMRC) y permaneció en el mismo lugar. Tras el fin de la Guerra de Vietnam , las restricciones presupuestarias y la congelación de contrataciones que afectaron al Ejército amenazaron con el cierre del AMMRC en 1984 debido a la antigüedad de sus instalaciones. En su lugar, el AMMRC se convirtió en el Laboratorio de Tecnología de Materiales (MTL) en 1985. A pesar de este intento de renovar su imagen, el MTL siguió enfrentándose a la posibilidad de cierre durante la década de 1980. Finalmente, la decisión de establecer el ARL en 1989 llevó a una recomendación del Departamento de Defensa en 1991 para consolidar los laboratorios corporativos del Ejército, incluido el MTL, en Adelphi y Aberdeen , Maryland. [ 8 ] Como resultado de la Reorganización y Cierre de Bases de 1991, la mayor parte de MTL fue reubicada en Aberdeen Proving Ground para formar parte de la Dirección de Materiales del Laboratorio de Investigación del Ejército de los Estados Unidos (ARL), mientras que el componente de estructuras de MTL fue transferido al Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton , Virginia, para formar parte de la Dirección de Estructuras de Vehículos del ARL. [ 2 ]
Investigación
Gran parte de la actividad científica que se llevó a cabo en el Arsenal de Watertown estaba diseñada para apoyar la función de la instalación como depósito de municiones y planta de fabricación. Los trabajadores del arsenal realizaban regularmente pruebas y experimentos para mejorar los procesos de producción metalúrgica que impulsaban las instalaciones industriales del complejo. [ 1 ] Con la instalación de la máquina de ensayo Emery en 1881, el arsenal amplió el alcance de sus pruebas más allá de los productos y materiales relacionados con la fabricación del Ejército. Las pruebas privadas encargadas por ciudadanos y empresas descubrieron las propiedades de innumerables materiales, desde planchas de calderas hasta neumáticos de locomotoras, y los datos publicados anualmente en Tests of Metals reforzaron la reputación nacional del arsenal como una instalación de pruebas de primer nivel. [ 3 ] [ 5 ] Sin embargo, no fue hasta 1906 que el Congreso autorizó formalmente las "pruebas de investigación" en el Arsenal de Watertown en su ley de asignaciones. Cuando se promulgó este cambio, el comandante, el mayor Charles B. Wheeler, aumentó la cantidad de trabajo de investigación realizado en el arsenal hasta que se convirtió en un elemento principal de su funcionamiento. [ 1 ]
Las instalaciones de laboratorio del Arsenal de Watertown y sus sucesores llevaron a cabo investigación básica y aplicada en una amplia variedad de disciplinas a lo largo del siglo XXI. En general, estas investigaciones se centraron principalmente en el campo de la ciencia de los materiales y la metalurgia . Las áreas de interés incluían aceros de alta resistencia , materiales de blindaje, armamento , tecnología de motores, materiales electroópticos , defensa química, investigación sobre corrosión y ensayos no destructivos . A continuación se enumeran algunas de las actividades de investigación más destacadas. [ 8 ]
Laboratorios del Arsenal de Watertown (1842–1953)
Radiografía industrial
Durante la Primera Guerra Mundial , los defectos invisibles ocultos en las piezas de acero fundido no solo provocaron el descarte de trabajos parcialmente terminados, sino que también causaron accidentes cuando dichos defectos pasaron desapercibidos. Tras la guerra, los investigadores del Arsenal de Watertown estudiaron el uso de rayos X para detectar mejor estos defectos. En aquel entonces, las pruebas radiográficas se consideraban únicamente una herramienta de inspección. Sin embargo, los investigadores del Arsenal de Watertown descubrieron que era más rentable utilizar los rayos X para mejorar el proceso de fabricación que para evaluar el producto terminado. Posteriormente, la radiografía se empleó para resolver problemas de producción y desarrollar nuevos procedimientos en la industria de la soldadura in situ . El uso de la radiografía permitió más tarde al Arsenal de Watertown ser pionero en la aplicación de la soldadura en la fabricación de componentes para afustes de cañones. [ 8 ] [ 9 ]
Fundición centrífuga de armas
El Arsenal de Watertown lideró el desarrollo de la fundición centrífuga para la fabricación de armas a finales de la década de 1930. En la fundición centrífuga , el acero fundido se vierte en un molde que gira rápidamente hasta que el metal se solidifica. Este proceso no solo redujo la cantidad de defectos de fundición, sino que también disminuyó significativamente el tiempo de fabricación y la cantidad de materia prima necesaria para producir un cañón . Las armas producidas mediante fundición centrífuga también eran más ligeras sin que su resistencia se viera afectada. Tras los ataques a Pearl Harbor , el Arsenal de Watertown inicialmente llevó a cabo la mayor parte de la fabricación de tubos de artillería del Ejército utilizando esta técnica hasta que las contribuciones de la industria privada alcanzaron niveles aceptables en 1942. En 1944, el arsenal instaló la máquina de fundición centrífuga más grande del mundo, que produjo tubos de artillería ultrapesados mediante fundición centrífuga por primera vez. [ 1 ] [ 8 ]
Proyectiles que simulan fragmentos
Durante la Segunda Guerra Mundial , el Arsenal de Watertown desarrolló pequeños proyectiles de acero que imitaban el comportamiento de los proyectiles de granadas de mano para realizar pruebas de blindaje. Anteriormente, evaluar la capacidad de los materiales de blindaje para bloquear la fragmentación de municiones resultaba prohibitivamente caro debido a la frecuencia con la que los fragmentos no alcanzaban la muestra de blindaje durante las pruebas. Investigadores del Arsenal de Watertown fabricaron proyectiles que simulaban fragmentos en varios tamaños, los cuales fueron disparados contra muestras de blindaje de armas ligeras. Incluso después de la guerra, el Ejército continuó utilizando los proyectiles del arsenal para pruebas de blindaje durante más de 50 años. [ 8 ]
endoscopio de registro magnético
Tras una serie de fallos en los cañones del Ejército durante la Segunda Guerra Mundial, el Arsenal de Watertown se convirtió en la primera instalación estadounidense en detectar y registrar grietas en las superficies internas de los tubos de los cañones de forma no destructiva. En su búsqueda de un método no destructivo, los investigadores inventaron el boroscopio de registro magnético , una herramienta que utiliza una cinta magnética para identificar grietas por fatiga. Años después, AMRA y, posteriormente, AMMRC actualizaron y perfeccionaron el proceso de inspección con el boroscopio de registro magnético para apoyar la producción de tubos de cañones de 175 mm durante la Guerra de Vietnam . En 1971, un estudio de evaluación realizado por personal del Campo de Pruebas de Aberdeen concluyó que el boroscopio de registro magnético superaba a los métodos de inspección por ultrasonidos y por luz ultravioleta. [ 8 ] [ 10 ]
Ensayo de impacto Charpy con entalla en V
En 1914, se instaló una máquina de ensayo de impacto Charpy en el Arsenal de Watertown, convirtiéndose así en la primera instalación de Estados Unidos en poseer una. [ 1 ] El ensayo de impacto Charpy permitió a los investigadores del arsenal verificar que los aceros para blindaje habían recibido el tratamiento térmico adecuado para exhibir la tenacidad suficiente para su uso en blindaje. Si bien la industria dudaba de la fiabilidad de los resultados del ensayo Charpy, los investigadores del Arsenal de Watertown creían que este ensayo podría ayudar a determinar la idoneidad para el servicio de aceros para cañones, placas de blindaje, anillos de cierre y otros componentes de munición. Para convencer a los productores de acero y a los fabricantes de maquinaria de la fiabilidad del ensayo de impacto Charpy, los investigadores diseñaron un ensayo que estandarizaba y controlaba todas las variables que podían causar discrepancias en los resultados. Cuando los investigadores demostraron que se podían obtener resultados precisos y reproducibles, su procedimiento fue aceptado por la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales como estándar militar . [ 8 ] [ 11 ]
Proyectiles de carburo de tungsteno
El Arsenal de Watertown fue el lugar donde se realizaron las primeras pruebas experimentales de carburo de tungsteno como proyectil perforante durante la década de 1930. Debido a su dureza y densidad significativamente mayores que las del acero, el carburo de tungsteno demostró ser un penetrador más eficaz que los proyectiles perforantes de acero estándar, además de ser más ligero. Estos proyectiles de carburo de tungsteno fueron utilizados posteriormente por las Fuerzas Aliadas durante la Segunda Guerra Mundial, donde perforaron el blindaje frontal de los tanques alemanes . Tras la guerra, el Arsenal de Watertown desarrolló composiciones mejoradas de carburo de tungsteno, así como portadores desechables de plástico para el lanzamiento de los penetradores de carburo de tungsteno. En una prueba comparativa, esta nueva versión del proyectil, denominada T89E3, podía dispararse a una velocidad de 5000 pies por segundo, en comparación con la velocidad del original de 3200 pies por segundo. Sin embargo, el Ejército nunca adoptó el T89E3 debido a que el portador de plástico se derretía en la recámara de un cañón caliente. [ 8 ]
parámetro de Zener-Hollomon
A mediados de la década de 1940, investigadores del Arsenal de Watertown lograron avances significativos en la comprensión del comportamiento general de deformación de los metales a altas temperaturas. Estos avances fueron liderados en gran medida por Clarence Zener y John H. Hollomon Jr. , quienes publicaron artículos que permitieron que la teoría moderna del comportamiento micromecánico de los metales tomara forma. Uno de los resultados más notables que surgieron de esta investigación fue el parámetro de Zener-Hollomon , que describe la relación entre los cambios de temperatura y el comportamiento tensión-deformación de un material. [ 8 ] [ 12 ]
aleación de titanio Ti-6Al-4V
El Arsenal de Watertown lideró el Programa de Titanio del Ejército, que investigó el desarrollo, análisis y tratamiento de aleaciones de titanio para fines de fabricación. Trabajando con más de 40 contratistas diferentes, el arsenal vio el desarrollo de varias patentes de aleaciones de titanio. Una aleación producida conjuntamente por la Fundación de Investigación de Armamento y el arsenal en 1951, denominada Ti-6Al-4V , se convirtió en una de las aleaciones de titanio comerciales más utilizadas en la industria. [ 8 ] [ 13 ] Inventada por Stanley Abkowitz mientras trabajaba en el Arsenal de Watertown, la Ti-6Al-4V fue aclamada por su alta resistencia específica y su excelente resistencia a la corrosión . Abkowitz publicó el primer artículo técnico sobre la aleación Ti-6Al-4V el 10 de junio de 1954. [ 14 ] [ 15 ]
Laboratorios del Arsenal de Watertown (1953–1962)
Prototipado de municiones nucleares
Desde 1958 hasta 1990, WAL y sus sucesores brindaron apoyo continuo al director del programa de municiones nucleares en el Arsenal Picatinny de diversas maneras. Los investigadores de Watertown realizaron análisis de diseño de proyectiles nucleares en desarrollo y colaboraron en la fabricación de prototipos de componentes, proyectiles y accesorios para probar municiones tanto experimentales como operativas. Esta colaboración permitió al laboratorio acceder a nuevas instalaciones para el procesamiento de materiales cruciales para el desarrollo de municiones nucleares, como el uranio empobrecido y el berilio . Como parte de sus servicios, los investigadores del laboratorio rediseñaron los proyectiles nucleares defectuosos T-5096 y XM-785, desarrollaron un nuevo proceso de forjado para componentes de espoletas de titanio y llevaron a cabo la creación rápida de prototipos de proyectiles de prueba que simulaban las municiones nucleares M454. [ 8 ]
sistema de misiles HAWK
Cuando un cilindro de gas de un misil HAWK explotó repentinamente en 1960 mientras estaba almacenado en el Depósito del Ejército de Red River , el Ejército solicitó a WAL que ayudara a identificar la causa. Una investigación rápida y exhaustiva determinó que la causa de la explosión fue una falla por corrosión bajo tensión , y que el material del que estaba hecho el cilindro de gas fue en parte responsable. Posteriormente, los investigadores de WAL se asociaron con Raytheon , el contratista principal del sistema de misiles HAWK, para mejorar los procedimientos de procesamiento e inspección del misil HAWK, así como para encontrar un nuevo acero más resistente para fabricar el cilindro de gas. Este incidente llevó a Raytheon a establecer una estrecha relación de trabajo con WAL, y ambas instalaciones continuaron trabajando juntas para resolver problemas relacionados con el sistema de misiles HAWK durante los siguientes 16 años. Los temas de colaboración abarcaron desde el tratamiento térmico del cilindro de gas hasta problemas de soldadura fuerte y soldadura blanda . [ 8 ]
Agencia de Investigación de Materiales del Ejército de los Estados Unidos (1962-1967)
Coche oficial presidencial
Poco después del asesinato del presidente John F. Kennedy en 1963, AMRA colaboró estrechamente con el Servicio Secreto de los Estados Unidos para diseñar y blindar la limusina presidencial con el fin de protegerla contra futuras amenazas. Tan solo 13 semanas después del asesinato, se entregó al presidente Lyndon B. Johnson una nueva limusina capaz de proteger contra munición de armas pequeñas, explosiones de dinamita y gas venenoso . Desde entonces, AMRA y sus sucesores han actuado como consultores para el blindaje de los vehículos presidenciales, y cada versión sucesiva ha proporcionado mayor protección que la anterior a medida que avanzaba la tecnología. Como resultado de esta colaboración con el Servicio Secreto, los investigadores de Watertown también contribuyeron al diseño y desarrollo de kits de blindaje para limusinas comerciales utilizadas por embajadores y diplomáticos, así como componentes de blindaje para el helicóptero presidencial. [ 8 ]
Armadura cerámica de carburo de boro
Durante la Guerra de Vietnam , la amenaza de las municiones de armas pequeñas contra los helicópteros que volaban a baja altitud llevó al Ejército a buscar materiales de alta dureza y baja densidad para emplearlos como blindaje ligero. En 1964, investigadores de AMRA demostraron el primer sistema de blindaje compuesto con revestimiento de carburo de boro , que demostró ser el sistema de blindaje ligero más eficiente balísticamente de la época. Reforzado con plástico reforzado con fibra de vidrio , el material de carburo de boro del blindaje podía proteger contra municiones de armas pequeñas de 7,62 mm con un peso de tan solo una cuarta parte del de su contraparte de acero. Posteriormente, AMRA colaboró con los Laboratorios Natick y la industria privada para desarrollar un nuevo proceso industrial de fabricación de escudos para el torso y asientos de las tripulaciones aéreas, tras determinar que la capacidad de producción nacional de carburo de boro era insuficiente. El desarrollo del blindaje compuesto de carburo de boro progresó rápidamente desde la demostración en laboratorio hasta la producción a gran escala y su despliegue en aproximadamente dos años, y se enviaron más de 30 000 conjuntos de escudos para el torso de las tripulaciones aéreas a las fuerzas aliadas en Vietnam. [ 8 ]
Armadura de acero de doble dureza
AMRA fue responsable del desarrollo y la comercialización del blindaje de acero de doble dureza, que alcanzaba altos niveles de dureza sin fracturarse al impacto, a diferencia de la mayoría de los aceros monolíticos. Tras concebir un método para producir compuestos laminados de doble dureza a principios de la década de 1960, AMRA se asoció con Philco Corporation y Republic Steel Corporation en 1964, lo que permitió desplegar el sistema de blindaje en el sudeste asiático. Posteriormente, un contrato con Jessop Steel Company convirtió a este socio industrial en el primer productor comercial estadounidense de blindaje de acero de doble dureza laminado y termotratable. Desde entonces, el blindaje de acero de doble dureza se ha utilizado en la producción de vehículos de combate, soportes de armas, equipos de apoyo terrestre y componentes esenciales de aeronaves. [ 8 ]
Centro de Investigación de Materiales y Mecánica del Ejército de los Estados Unidos (1967-1985)
Sistema de blindaje personal para tropas terrestres (PASGT)
A partir de finales de la década de 1960, AMMRC apoyó a los Laboratorios Natick en el desarrollo del Sistema de Armadura Personal para Tropas Terrestres (PASGT) mediante el desarrollo de materiales ligeros para la armadura. Tras investigar diversos materiales ligeros de alta resistencia, como el titanio, los investigadores de AMMRC se decantaron por el Kevlar al reconocer su potencial como material de armadura poco después de su comercialización inicial como material para cordones de neumáticos. AMMRC se asoció con DuPont para desarrollar tejidos, acabados de fibra y sistemas de resina que demostraran este potencial, y los primeros paneles compuestos de Kevlar se sometieron a pruebas balísticas en AMMRC en 1971. Posteriormente, Natick y AMMRC colaboraron con el Laboratorio de Investigación Balística para evaluar con mayor profundidad las propiedades balísticas del Kevlar y determinaron conjuntamente que su implementación podría reducir las bajas en un 25 % sin aumentar el peso de la armadura. Tras crear el primer prototipo de casco de Kevlar, AMMRC continuó trabajando junto con Natick para desarrollar el nuevo casco y chaleco de Kevlar para PASGT, que se desplegaron a finales de la década de 1970. [ 8 ] [ 16 ]
Pruebas de inflamabilidad
En respuesta a la creciente importancia de los compuestos de matriz orgánica en los sistemas de blindaje, el AMMRC se hizo responsable de las pruebas y evaluaciones de inflamabilidad a partir de principios de la década de 1970. Los investigadores realizaron pruebas como análisis termogravimétrico , determinaciones del índice de oxígeno límite, mediciones de densidad de humo y análisis de toxicidad de efluentes para comprender cómo se comporta un material en un incendio. El AMMRC realizó estas evaluaciones de inflamabilidad en varios sistemas, incluyendo el refugio táctico GUARDRAIL, el obús M109 y varios blindajes compuestos y revestimientos antiesquirlas, con fines de seguridad contra incendios. Los investigadores también realizaron pruebas en los compuestos de matriz de resina del M2 Bradley para verificar que presentaran un riesgo mínimo de incendio en caso de que el vehículo sufriera daños en el campo de batalla. [ 8 ]
refundición por electroescoria
A principios de la década de 1970, el AMMRC inició una investigación científica a gran escala sobre el proceso de refundición por electroescoria (ESR) para abordar el alto costo de varios aceros duros que el Ejército consideraba candidatos potenciales para blindaje. El proceso ESR requería equipos sencillos y arrojaba resultados metalúrgicos favorables, lo que llevó al AMMRC a considerarlo un método para producir acero de alta calidad a bajo costo. Mediante esta campaña de investigación, el AMMRC introdujo mejoras significativas en el procedimiento y demostró que los aceros ESR podían alcanzar niveles de rendimiento balístico comparables a los del blindaje de acero de doble dureza a un costo significativamente menor. Cuando la noticia de la investigación del AMMRC sobre el proceso ESR llegó a la industria, los fabricantes de los helicópteros Apache y Black Hawk aplicaron el nuevo enfoque ESR del AMMRC para mejorar la durabilidad de sus respectivas aeronaves. [ 8 ]
Cerámica de nitruro de silicio
Durante la década de 1970, el AMMRC contaba con el mayor laboratorio de investigación de cerámica del Departamento de Defensa de los Estados Unidos, lo que permitió a los investigadores realizar importantes contribuciones al desarrollo de la tecnología de motores basada en nitruro de silicio . Entre ellas, destacó el descubrimiento de que el óxido de itrio podía utilizarse como aditivo de sinterización para aumentar la temperatura de funcionamiento útil del nitruro de silicio por encima de los 1300 °C. Este descubrimiento condujo al desarrollo de un nuevo tipo de cerámica que tuvo aplicaciones comerciales en rotores de turbocompresores, componentes de motores diésel , rodamientos de bolas y herramientas de corte. Los investigadores del AMMRC también desarrollaron una técnica de sinterización que les permitió procesar nitruro de silicio a temperaturas superiores a los 1800 °C para lograr mayores densidades. Este procedimiento se utilizó posteriormente para fabricar la mayoría de los rotores de turbocompresores de nitruro de silicio en todo el mundo. [ 8 ]
uranio empobrecido
El AMMRC participó activamente en la investigación de aleaciones de uranio y a menudo abordó problemas relacionados con el uranio empobrecido (UE). En 1977, investigadores del AMMRC colaboraron en la investigación del fallo de disparo a baja temperatura de un proyectil M774 . Gracias a su colaboración con el Arsenal de Picatinny , los investigadores descubrieron que el enfriamiento direccional de los penetradores de UE durante el tratamiento térmico producía una mayor tenacidad a la fractura que el método de enfriamiento convencional. Este descubrimiento llevó al AMMRC a establecer, por primera vez, un requisito mínimo de tenacidad a la fractura para los penetradores de UE. Los investigadores del AMMRC también estudiaron exhaustivamente las características de corrosión del UE y desarrollaron numerosas técnicas, como un recubrimiento de aluminio-zinc , para prevenir daños por corrosión, especialmente en penetradores almacenados a largo plazo. [ 8 ]
Oxinitruro de aluminio
A finales de la década de 1970, AMMRC fue la primera en crear una aleación de óxido de aluminio cúbico policristalino estabilizado con nitrógeno, conocida como ALON . Su producción inicial se produjo cuando investigadores de AMMRC estudiaban el nitruro de silicio para aplicaciones en turbinas de gas y descubrieron la oportunidad de crear un material de óxido de aluminio 100 % estabilizado con nitrógeno. AMMRC colaboró con Raytheon para evaluar el potencial de ALON en aplicaciones de guiado de misiles infrarrojos, y Raytheon posteriormente desarrolló su propia tecnología de procesamiento patentada para fabricar materiales y componentes de ALON. Tras la comercialización de ALON, el Ejército aprobó las cúpulas de guiado de ALON para al menos un sistema de misiles del Ejército. [ 8 ] [ 17 ]
Armadura de metal compuesto laminado
AMMRC impulsó el desarrollo de blindajes laminados de metal-compuesto a finales de la década de 1970 en respuesta al agrietamiento y la obstrucción de los sistemas de blindaje debido al cizallamiento adiabático. Los sistemas de materiales de blindaje diseñados por AMMRC presentaban una placa frontal metálica, ya fuera de aluminio o acero endurecido, respaldada por un compuesto de matriz orgánica reforzado con fibra, a menudo Kevlar . Si bien los laminados de aluminio-Kevlar ofrecían una mayor protección contra fragmentos, los laminados de acero-Kevlar proporcionaban una protección superior contra proyectiles perforantes de armas pequeñas y fragmentos. Estos sistemas de blindaje laminado de metal-compuesto se desplegaron posteriormente en el lanzador M220 TOW del M901ITV en 1978, en los asientos de la tripulación del helicóptero UH-60 Black Hawk en 1980, en el M9 Armored Combat Earthmover en 1983 y en la modernización del obús M109 en 1985. [ 8 ]
M712 Copperhead
AMMRC apoyó el desarrollo del Copperhead de 155 mm, un proyectil guiado lanzado desde un cañón y diseñado como arma antitanque. Cuando el Copperhead presentó grietas en su estructura al inicio de su desarrollo, se le asignó a AMMRC la asistencia de Martin Marietta Corporation en el proyecto. Durante siete años, los investigadores de AMMRC brindaron asistencia periódica en la selección del acero y los métodos de procesamiento para la carcasa de control del Copperhead, así como en el análisis de la mecánica de fractura del proyectil. En un momento dado, los investigadores de AMMRC tuvieron que convencer a los contratistas de la industria para que reemplazaran el acero 4340 convencional de calidad aeronáutica utilizado en el proyectil por un material más resistente. Un análisis completo de esfuerzos realizado por AMMRC reveló la presencia de alta resistencia a la tracción en puntos irregulares y condujo a un rediseño del Copperhead.
Laboratorio de Tecnología de Materiales (1985–1992)
MIM-104 Patriot
A principios de la década de 1980, MTL contribuyó al desarrollo del misil de defensa aérea Patriot, asistiendo al Comando de Misiles del Ejército de los EE. UU. y a su contratista principal, Raytheon , en la evaluación del material cerámico utilizado para la cúpula del radar del misil. Los investigadores de MTL también ayudaron a establecer los requisitos de propiedades de la cerámica y crearon una nueva variante del material cerámico que mejoró significativamente la tenacidad y la resistencia a la erosión por lluvia. Durante la fase de evaluación del prototipo del misil Patriot, MTL identificó problemas críticos en la fabricación de la cúpula del radar, que Raytheon pudo resolver. [ 8 ]
Blindaje modular para aeronaves
En 1986, investigadores del MTL desafiaron la filosofía tradicional del diseño de blindaje para aeronaves e investigaron un diseño modular de paneles de blindaje que pudieran instalarse o retirarse rápidamente, además de adaptarse a las necesidades específicas de cada misión. La principal ventaja del blindaje modular radica en la rapidez con la que puede instalarse para operaciones hostiles y reemplazarse cuando resulta dañado en combate. Esta filosofía de diseño resultó especialmente atractiva para las aeronaves militares, ya que facilitaba el refuerzo del blindaje al volar en zonas de alta densidad de amenazas, al tiempo que permitía retirar los módulos de blindaje en zonas más seguras para ahorrar combustible. Posteriormente, el Ejército de los EE. UU. lanzó el Programa de Blindaje Modular para Aeronaves, que constaba de dos fases. La primera fase, finalizada en 1990, incluyó la introducción de varios prototipos de blindaje modular. La segunda fase concluyó en 1993, después de que los responsables del programa probaran con éxito un nuevo sistema de blindaje modular capaz de resistir tanto proyectiles perforantes B32 de 12,7 mm como amenazas con espoleta MG25 de 23 mm. [ 8 ]
Gas de protección utilizado para la soldadura
A partir de 1986, los investigadores de MTL colaboraron con la División de Sistemas Terrestres de General Dynamics para encontrar una mezcla de gas de protección de soldadura más rentable para el tanque M1 Abrams . En ese momento, General Dynamics dependía de una mezcla de gas de protección patentada para fabricar los cascos y torretas del M1 Abrams, lo que resultaba costoso. Los investigadores de MTL probaron una amplia variedad de mezclas de gases hasta que identificaron una mezcla de 95 % de argón y 5 % de oxígeno que era menos costosa pero no sacrificaba el rendimiento de la soldadura. Posteriormente, General Dynamics cambió a esta mezcla de gas de protección para la producción del tanque Abrams. [ 8 ] [ 18 ]
Prueba de profundidad de penetración
En 1988, investigadores de MTL desarrollaron la prueba balística de penetración residual para estandarizar el proceso de evaluación de las cerámicas de blindaje. También conocida como prueba de profundidad de penetración (DOP), estableció una configuración de prueba específica que designaba un valor específico para medir el rendimiento balístico. En ese momento, las variaciones en los métodos de prueba dificultaban la comparación de los sistemas de blindaje cerámico, por lo que la prueba DOP rápidamente ganó aceptación dentro de la comunidad de blindaje después de ser presentada en una conferencia de investigación en 1989. Para 1993, la prueba de penetración residual de MTL fue reconocida oficialmente como un estándar militar bajo MIL-STD-376. [ 8 ] [ 19 ]
Véase también
Referencias
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- Instalaciones del Ejército de los Estados Unidos en Massachusetts
- Antiguas instalaciones del Ejército de los Estados Unidos
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