二战期间，纳粹德国的“虎（Tiger）”式、“黑豹（Panther）”式和“虎王（King Tiger）”坦克是坦克制造史上最著名的一些车辆，也一直是广大坦克爱好者的心头之好。特别是在德粉或者德吹眼里，它们巨大的体积，厚实的装甲和强大武器就是其所向披靡、坚不可摧的象征。如果说这些坦克的外形尺寸和武器装备让人一目了然很容易搞清楚的化，那么要确认装甲的防护性能就要困难得多。稀星天外希望通过一系列文章来扒下“虎”式坦克，“虎王”坦克，以及所有型号的“黑豹”式坦克至少在装甲防护上的光环。这些事实和数据都来自苏联、美国和英国对这些坦克装甲进行的试验。今天是第一篇文章。
稀星天外注：本文涉及专业知识较多，非一般科普文。能坚持看完的，才是真军迷，请务必留帖为证。
德国的装甲生产“虎”式坦克和“黑豹”坦克的车体和炮塔几乎完全由轧制装甲组成。德国工业生产两种类型的轧制装甲：中等硬度的均质装甲和表面硬化装甲。在获得生产合同之前，装甲生产公司需要向有关部门提供样品以确认其具有生产一定质量的装甲的技术能力。
而德国坦克装甲的质量标准要求由德国陆军最高司令部（Oberkommando des Heeres，OKH）下属的武器局第六分部（Waffen Prüfen 6，简称Wa Prüf 6，本文后统一使用“武器六部”指代）制订。
对于均质装甲，这些要求包括化学成分、硬度和弹道试验条件，在某些情况下还包括热处理要求。德国武器的装甲根据厚度被分为七个级别：5-14.5毫米，16-30毫米，35-50毫米，50-80毫米，85-120毫米，125-160毫米，165-200毫米。每个级别都有自己的要求。其中，最薄的5-14.5毫米级别有特殊要求，但由于在我们讨论的坦克中没有使用该级别的装甲，因此不在这里叙述。
苏联红军在1943年冬天最早俘获的两辆“虎”式坦克之一。该坦克在苏联炮兵试验场进行了测试。
表面硬化装甲的使用范围被限制在16-30毫米，35-50毫米和50-80毫米这三个级别上。但是这类装甲的大多数厚度都在30-50毫米。随着战局的恶化，为了简化生产，1944年7月发布的要求不再包括表面硬化装甲，其生产也慢慢地停止了。
有趣的是，在对被俘获的“黑豹”D型坦克和费迪南（Ferdinand）坦克歼击车进行检查时，特别关注了表面硬化装甲。苏联专门研究外国装甲车体生产的中央科学研究院第48所（下简称TsNII-48）在1945年发表的报告中指出：
“当前工作中的新发现是德国人在“黑豹”坦克和费迪南坦克歼击车最易受攻击的部位（前部和侧面）使用了表面硬化的轧制装甲。这可能是因为德国人在其装甲钢中添加了大量碳的原因。众所周知，表面硬化装甲对于直径小于或接近装甲厚度的尖头炮弹和子弹的抵抗力更强。考虑到现代军队广泛使用尖头炮弹和反坦克穿甲弹，德国人使用表面硬化装甲的情况值得关注。鉴于上述情况，在我国（苏联）通过使用高频电流来生产表面硬化重型坦克装甲是合理的。
表面硬化装甲是通过对均质装甲进行火焰表面淬火产生的。除了对均质装甲的所有要求外。表面硬化装甲还有表面硬度和硬化深度的要求。弹道试验主要是在未硬化之前做的，表面硬化后的装甲不用进行弹道试验。
硬化厚度的公差为5％。允许在装甲表面上点蚀，其深度不得超过板厚度的3％，并且不得影响表面积的10％以上。
每个装甲生产厂都应进行试验并为每一批装甲获得认证。认证持续两年。如果某一批次中的一块钢板没有通过试验，则该公司需要免费更换整个批次的装甲钢。制造商使用自己的设备，来测量轧制均质装甲的厚度，并检查表面是否有裂纹、气孔和其他缺陷。
“黑豹”坦克是1943年对苏联红军的另一个“惊讶”，它的前装甲能抵御85毫米反坦克炮的射击
然后，检查员将根据武器六部的要求对装甲进行认证。使用布氏硬度法进行硬度测试，通常在一块装甲板上选取五个位置进行硬度检查。
验收试验的最后阶段是弹道测试。在测试中，如果板的背面因炮弹撞击形成凸起，即使有时候凸起带有短裂纹也是可以通过的。但是如果装甲板被穿透，即使炮弹被卡在装甲板上没有穿出，也是不可接受的。对于某些厚度级别的装甲，穿透但不开裂是可以接受的。
化学成分德国轧制装甲含碳和碳化铬的水平很高，分别高达0.26-0.53％和3.2％。在85-120毫米，125-160毫米和165-200毫米范围内，其含量随厚度的增加而减小。英国科学家认为这样做是为了减少淬火过程中的开裂。
很高的碳含量和大量碳化物使得钢板在高回火下可以获得中等硬度的装甲。这确保了其在淬火过程中没有震动，并在焊接过程中能够减少开裂。
轧制均质装甲的化学成分要求，按照厚度级别如下图所示：
德国陆军最高司令部武器局六部对于装甲钢化学成分的标准
德国人首先遇到的是钼的短缺。到1942年底，它已从中小型厚度的装甲成分中移除；到1944年6月，它已在所有厚度的装甲中消失。从1943年开始，镍开始被大量用于装甲钢的生产。即使没有要求，镍仍出现在“虎”式坦克和“黑豹”坦克的装甲中。TsNII-48报告中这样写道：
铬和钼的减少以及镍的添加可能不仅仅是因为合金中各元素的成本问题，而且是增加延展性的一种尝试。TsNII-48报告所进行的实验中发现，“虎”式坦克含铬钼钢甲在被炮弹击中时显得比较脆，容易开裂。
到1944年中，镍被从除125-160毫米和165-200毫米以外的其他所有厚度装甲中移除。到1944年秋天，钒的使用也几乎停止了。在整个战争中使用的主要合金元素是铬。
在马里乌波尔工厂用来获取装甲样品的“黑豹”坦克之一
将德国对于坦克装甲的要求与从被俘获的德国坦克上实际获得的值进行比较很有趣。1945年10月，位于乌克兰的马里乌波尔（Mariupol）工厂和TsNII-48莫斯科分部对德国坦克装甲进行了研究，以确定其防穿甲能力与苏联国产的坦克装甲相比的优缺点。
整个测试使用了两辆“黑豹”A型和两辆“虎”式坦克。装甲板被从坦克上切下来，并通过坦克装甲所经过的常规质量控制。然后从切下的装甲板上取样以测定其断裂性能、硬度和化学组成。取样后，按照特殊程序对装甲板进行射击试验。稀天外向大家重点介绍一下测试结果中这些装甲板的化学成分。
- 35-50毫米级别：“黑豹”坦克后部装甲
- 50-80毫米级别：“黑豹”坦克首上和首下装甲
- 85-120毫米级别：“虎”式坦克首下装甲
- 125-160毫米级别：1944年7月生产的“虎王”坦克150毫米车体装甲
- 165-200毫米级别：1944年7月生产的“虎王”坦克180毫米厚的炮塔正面装甲
苏联实测的德国坦克装甲化学成分
显然，除了最后两个级别之外，没有一块装甲板的化学成分满足德国武器六部的要求，尤其是铬金属的含量。在大多数情况下，装甲中的镍金属含量太多。
TsNII-48专家在其1945年的报告中得出以下结论：
- 四辆被俘获的德国坦克具有多种化学成分和类型的装甲钢。
- 从两辆相同类型的坦克中获得的相同厚度的装甲可以具有不同的化学成分。德国装甲钢中的碳含量范围为0.32至0.57％。100毫米厚的装甲通常碳含量较低。在中等厚度（40-82 毫米）中等硬度的装甲中可以看到碳含量的增加（0.40-0.57％）。
- 众所周知，苏联中等硬度轧制装甲的碳含量不超过0.34％，这与德国装甲钢明显不同。
- 铬含量在1.67％至2.30％的范围内。在60-100毫米厚的装甲中观察到铬含量增加（超过2.0％）。所有检查的样品都没有同时出现镍和钼。40毫米厚的装甲板没有镍或钼中的任何一种，其他所有60到100毫米厚装甲板要么含有0.77-1.73%的镍金属或者0.20-0.30％的钼金属。在所有80毫米的钢板中都没有检测到钼。
- 众所周知，厚度不超过80mm的苏联中等硬度轧制49s型装甲具有诸如镍和钼之类的必要硬化金属材料。而在德国中低硬度100毫米厚装甲中观察到的晶体断裂是由于镍和钼的含量不足或完全不存在所致。样品中也未发现钒和钨的存在。
- 如此多种类型的装甲钢可以用德国冶金工业在生产装甲钢的合金材料获取能力上的波动来解释。德国装甲生产企业的最大目标似乎是在每种厚度下以最小的合金含量进行适当的回火来增强硬度和延展性。
与化学成分相似，武器六部也为每个厚度级别定义了其所需的硬度。对于每个级别，以下硬度是可以接受的：
德国军方对于装甲钢的硬度要求
所需的硬度随厚度增加而降低。1941年，武器六部下达命令，减少用于水平装甲板的5-14.5毫米厚度级别的硬度。1944年7月，对16-30毫米级别也下了类似的命令。
用于测试的一辆“虎”式坦克，上面可以看到为采样装甲板所做的记号
表面硬化装甲要求布氏硬度值达到555。硬化深度取决于总厚度：16-30毫米级别为2.5-4毫米，35-50毫米和55-80毫米级别为4-6毫米。通过切开并测量装甲板的每一侧的硬度来检测硬化深度。对上述坦克进行的硬度测量结果如下：
“黑豹”坦克A型
- 1号首上装甲板，80毫米厚：302-211
- 2号首上装甲板，84毫米厚：241-255
- 1号首下装甲板，60毫米厚：311-320
- 2号首下装甲板，64毫米厚：320
- 1号后装甲板，40毫米厚：311-320
- 2号后装甲板，40毫米厚：302-320
“虎”式坦克
- 1号首下装甲板，100毫米厚：285-302
- 2号首下装甲板，102毫米厚：255-269
1944年7月生产的“虎王”坦克：
- 首上装甲板，150毫米厚：269-241
- 首下装甲板，100毫米厚：269-241
- 炮塔正面装甲板，180毫米厚：255-241
这些检查得出的结论与化学分析的结论相同：同一类型的装甲板可具有多种硬度，并且未满足技术要求。TsNII-48报告显示：
40和60毫米厚的装甲板始终是中等硬度。100毫米厚的装甲板可以具有中等或较低的硬度。在从80毫米厚的装甲中抽取的六个样本中，有三块装甲属于中等硬度，另外三块则是低硬度。在从100毫米厚的装甲中抽取的两个样本中，一块装甲为中等硬度，另一块为低硬度。这种差异不仅发生在两辆相同类型的坦克上，而且发生在名称和功能相同的组件上。
表面硬化装甲的外表面硬度为477-555（布氏硬度），内表面为269-341（布氏硬度）。硬化层具有明显的边界，深度为5毫米。
克虏伯工厂在1944年10月遭到了盟军的轰炸
根据上述检测结果，稀星天外认为德国产装甲钢的机械性能和苏联产装甲钢的机械性能相当。
热处理热处理要求仅针对5-14.5毫米厚的装甲，其余级别则经过常规的淬火和热处理过程。下表列出了克虏伯工厂的淬火和热处理过程温度：
克虏伯工厂的淬火和热处理过程温度
直到1944年6月，除了5-14.5毫米和55-80毫米两个级别，其他的淬火都在油中进行。在1942年6月，首先对55-80毫米级别钢板在水中进行了淬火。这一转变的原因是由于德国的石油化工厂在当年6月遭到了轰炸。10月份又有一些工厂向用水淬火过渡。由于没有遵循规范的制造工艺，导致装甲板在生产过程中经常破裂。为了最大程度地降低破裂风险，一些制造商在装甲板完全冷却之前就将其从淬火槽中取出，这会降低热处理效果。
“虎”式坦克首下部装甲板的断裂，在中间可以看到具有大叠层的晶体断裂
下面就让我们检查在研究俘获坦克时经常发现的德国装甲断裂类型的范围。这显然是由于热处理质量问题造成的。TsNII-48报告中详细说明了对第一辆俘获的“虎”式坦克进行调查：
从100毫米厚的车首装甲板（晶体断裂）和100毫米厚的炮塔正面装甲板（纤维断裂）中取样，在显微镜下检查，以发现62-100毫米厚的装甲的不同特征。显微镜检查表明，产生纤维状断裂的样品的微观结构由沿马氏体排列的薄索氏体组成。产生晶体断裂的样品的微观结构则由排列不齐，粗糙得多的山梨岩甚至珠光体和大量铁素体组成。不同断裂类型的原因之一是热处理质量。基于板状和层状结构分析，德国“虎”式坦克所用的装甲钢质量不高。
对1943-1944年间生产的“黑豹”坦克进行的检查得出了相同的结论，它被发表在1945年出版的《坦克行业先驱》杂志第1期上：
“黑豹”坦克的装甲具有从纤维到纯晶体的各种断裂特性。化学成分和断裂类型之间没有联系。对德国装甲钢进行的许多研究表明，在具有相同厚度和类型的钢板之间，断裂缺乏一致性。这使我们可以自信地说德国人没有进行热处理质量控制的断裂试验。如果有一个很好掌握和严格遵循的热处理工艺，则该质量控制试验可以不要。但是，各种不同的断裂表明这样的热处理工艺流程即使有，也没有被完全遵循。装甲硬度的巨大差异也证实了这一点。
另一辆“虎”式坦克首下装甲板的微组织断裂。显然，断裂的质量是不同的。
弹道试验德国人通常从为25辆坦克生产的一组装甲板中抽取两块进行质量控制测试。但是，每个厚度级别的测试和验收条件都不同。
这种方法引起了苏联专家以及西方盟国的兴趣，因为该过程设计用来避免修改弹药并重新确定其速度，从而简化了过程。武器六部提供了炮弹，在发射前都被保持在一定温度下。每个厚度级别都有不同的测试安装倾角，具体取决于所选炮弹的穿透力。
测试过程如下：首先，将装甲板以一定角度安装，并向其发射3-5发炮弹。如果未实现穿透，则将装甲板的安装倾角减小10度，并进行下一轮射击试验。角度将持续减小，直到装甲板被穿透为止。如果装甲板在垂直位置仍然无法穿透，则换用更大口径的炮弹。
当时德国人使用了以下弹药进行测试：
- 用Flak 30高射炮发射20毫米穿甲弹射击16-30毫米厚度的装甲。
- 用反坦克炮在100米外发射37毫米穿甲弹射击35-50毫米厚的装甲。
- 用Pak 38 L/60反坦克炮在100米外发射PzGr 39型50毫米穿甲弹射击55-80毫米厚的装甲。
- 使用Pak 40反坦克炮在100米外发射PzGr 39型75毫米穿甲弹射击85-120毫米厚的装甲。
- 使用Pak 40反坦克炮在100米外发射PzGr 39型75毫米穿甲弹射击165-200毫米厚的装甲。
由于资料缺失，稀星天外没有找到125-160毫米级别的测试数据。对于180毫米厚的钢板，德国陆军总司令部有一个特殊要求：正常情况下，可接受PzGr 39一次穿透，但不能有裂纹或背面剥落。 稀星天外认为实际中不太可能使用Pak 40反坦克炮，同样75毫米的Pak 42 L/70反坦克炮更有可能。
根据现有数据，在1944年第二季度，超过30％批次的装甲板在第一轮测试中失败，15％在第二轮测试中失败，大约8％的在第三轮测试中失败。失败的最大原因是装甲背面剥落。这一结果迫使德国开发了在生产更早期就检查装甲钢质量的方法，并在几家工厂进行了尝试。
用85毫米尖头炮弹射击“虎”式坦克83毫米侧装甲的结果，从右图可以看到背面的剥落
苏联对德国坦克装甲板进行了多次弹道测试。下面，稀星天外和大家一起研究一下由马里乌波尔工厂和TsNII-48莫斯科分部共同完成的试验结果。
苏联的测试将从俘获坦克上切下的装甲板分别以法线，30度，45度和60度倾角安装。用45毫米火炮测试40毫米厚的装甲，用76毫米师属火炮测试60毫米和80毫米厚的装甲，用85毫米火炮测试80毫米和100毫米厚的装甲。
苏联总共测试了21块装甲板，分别测试了内侧损伤极限（PTP）和完全穿透极限（PSP）。TsNII-48报告中列出的试验结果证实了其他试验中的类似结论。
- 40毫米
PTP和PSP的最大偏差发生在正常射击过程中。PTP的偏差在82米/秒，PSP的偏差为55米/秒。所有三块测试装甲板的化学成分和硬度几乎相同。不同的防护性能可以通过热处理质量来解释。抗弹效果最佳的装甲板是2号“黑豹”坦克的后部装甲板；抗弹效果中等的装甲板是2号“虎”坦克车首上倾斜顶甲；抗弹效果最差的装甲板是1号“黑豹”坦克的后部装甲板。在正常射击下，三块测试装甲板中的两块发生四起内侧剥落，其中一例面积很大，超过了炮弹直径的四倍。
- 60-64毫米
测试装甲板的不同防护性能可以由它们不同的化学成分，厚度和断裂质量解释。与6号测试板（2号“黑豹”坦克首下装甲）相比，具有更低PSP和PTP均值的2号测试板（1号“黑豹”坦克首下装甲）厚度薄了4毫米，断裂特性更差，并且碳含量更少，且其他金属元素的含量也有些许差异。
第二次射击时破裂的14号板（2号“虎”式坦克首上装甲）与上述两个板不同，它的碳含量高得多（0.57％），铬和镍的含量较低，不含钼，并且断裂特性呈小晶体状。
产生裂纹的原因可归因于化学成分的差异（碳含量高，合金元素含量低）并且断裂处没有纤维。
- 80-82毫米
正常射击测试时，除了仅产生裂纹的20号测试板以外，其他所有七块测试装甲板均发生断裂。化学成分和热处理质量对这些板都有影响。15、16和17号测试板（2号“虎”式坦克的右上侧装甲）的合金成分中含有铬，但不含任何镍，在第一次和第二次射击测试中破裂。
18和19号测试板（2号“虎”式坦克的左上侧装甲）中的铬含量大致相同，但含有镍金属，在第三次或第四次射击后破裂。
18号测试板（在30度倾角下进行测试）和20号测试板（2号“虎”式坦克后部装甲）的碳含量和铬含量比18和19号板低，但镍含量更高。在击中3次和4次后，生成了贯穿它们的裂纹。
3号测试板（1号“黑豹”坦克的首上装甲）的化学成分与15-17号测试板相同，但在76毫米火炮的第一次射击中破裂。
18和19号测试板包含镍金属，硬度为3.6-3.7，其断裂中有小晶体，所有其他测试板无论具有或不具有镍含量，硬度都在3.5到3.6之间，呈纤维断裂，而且整个横截面上都带有结晶痕迹。15和16号测试版具有可接受的背面剥落。
稀星天外注：苏联报告使用压痕直径来表示硬度，假设测试球的直径为10毫米，压力为3000公斤。
100毫米厚度装甲板的试验没有结果，因为第一块装甲板在第二次射击后破裂，第二块装甲板在第一次射击后产生了许多裂缝。苏联人测试的最后结论如下：
- 德国40毫米厚的装甲钢板的防护性能高于相同厚度的苏联国产装甲。
- 德国60毫米厚的装甲钢板的防护性能与相同厚度的苏联国产装甲的大致相同，但低于马里乌波尔l工厂生产的装甲。83-84毫米厚的低硬度装甲具有相对较高的防护性能。
- 德国的40、83和100毫米厚的装甲板具有脆性损坏的趋势，尤其是83毫米板。
- 德国40和63毫米中硬度装甲以及83-84毫米低硬度装甲具有良好的耐久性。中硬度82毫米装甲和100毫米中硬度或低硬度装甲的耐用性较低。
- 确认了在苏联国内装甲板生产中观察到的模式——脆性损坏与钢板的断裂性能相关。
研究“虎王”坦克的装甲时，观察到了相同的特性：随着装甲厚度的增加，断裂特性不令人满意，脆性损坏的百分比也增加。根据苏联的报告，他们测试了“虎王”坦克侧面的80毫米装甲板和150毫米厚的前装甲板。由于缺乏相同厚度的国产装甲，作为对照，他们使用了IS-2坦克的90毫米厚侧装甲以及项目701实验坦克首下方的160毫米装甲进行了比较。结论是，德国和苏联的装甲具有相似的防护性能，而苏联装甲在延展性方面具有明显优势。
总体而言，很明显，德国的质量控制体系无法确保生产出质量符合要求的轧制装甲。在生产中将硬度、化学成分和断裂性能的差别很大的装甲安装在同一辆坦克中，使德国根本无法让其生产的坦克保持一个令人满意的防护性能。
