金屬裝甲是最成熟的一類裝甲材料，現今仍廣泛用于防彈。目前，金屬裝甲材料已有很大程度的發展，新型金屬裝甲系統正在被用于提高各種武器系統的抗彈性能，同時減輕其重量。歷史上，大多數裝甲是從設計材料使其滿足結構和其它要求演變而來，而非從為防彈而專門設計的材料演變而來。這種設計方式正在發生改變，以便滿足陸軍轉型成更輕、更具生存力的部隊的發展要求。金屬裝甲系統現在正在被設計成具有最佳的質量防護系數、空間防護系數和效費比。本文簡要地回顧了現代被動金屬裝甲材料的發展歷史、測試和類型，重點闡述了滿足未來裝甲要求的復合金屬技術，并論述了現代金屬裝甲材料系統的設計方法。

一、歷史與材料
利用金屬作裝甲可追溯到公元前3000~2000 年青銅的發明。金屬裝甲與皮革和木材這樣的較軟材料相比，優點顯而易見。機動性與生存防護性能之間的平衡，早在大衛(David)與歌利亞(Goliath)之間的戰斗時已有記錄，在那場戰斗中，靈活性、準確性與機動性戰勝了重型裝甲。本文涉及一些傳統和現今的整體金屬裝甲材料，還論述了金屬復合材料裝甲與復合裝甲系統。

二、鋼裝甲的發展
裝甲鋼是過去與現在的裝甲材料、還可能是未來裝甲材料的主體。這是因為，裝甲鋼具有許多不應被忽視的所需屬性。鋼材本身由于原材料與制造成本低以及巨大的工業生產能力并不昂貴。裝甲鋼對各種威脅具有良好的抗彈性能以及優良的抗多發彈丸打擊能力。裝甲鋼易于進行切割、機械加工、成形、焊接、戰場維修，對周圍環境具有良好的抗降解能力。
第二次世界大戰末期以及隨后的十年，是陸軍水城兵工廠實驗室研究高強度鋼的物理冶金與機械性能的強盛時期。業已發現，鋼在最大硬度時還具有在各種情況下抗裂紋的足夠韌性，提供最佳的抗彈性能。利用具有III 階段回火馬氏體顯微結構的中低碳低合金鋼，獲得了最佳的強度與韌性綜合性能。目前，軋制均質裝甲(RHA，MIL-DTL-12560)與鑄造均質裝甲(CHA，MIL-DTL-11356)是兩種主要類型的鋼裝甲。這兩種鋼裝甲自世界大戰期間被采用以來，其技術規格發生了明顯變化。因為工業用鋼提高了質量與產量方面的生產能力，所以，裝甲鋼的技術規格被修改，反映出上述鋼生產能力的變化。裝甲鋼中的夾雜物、硫、磷以及雜質元素的含量已大幅度減少，而強度，特別是韌性獲得了提高。水城兵工廠普及了專用于控制裝甲鋼質量的夏比V 形缺口韌性測定試驗。裝甲鋼的抗絕熱剪切性能隨著鋼的潔凈度和顯微結構的改善而得到提高。
越南戰爭時期，發展了用于抵御實心槍彈的高硬度鋼裝甲(HHA，MIL-DTL- 46100)。該裝甲鋼的成分類似于軋制均質裝甲鋼，但是，具有0.32%(重量)的最大碳含量，被回火成Ⅰ階段回火組織。這種鋼抗實心槍彈具有特別高的質量防護系數，尤其是在大傾斜沖擊角時更是如此。該鋼最初被研制成附加(非結構) 裝甲，但是，由于改進了焊接技術，可利用該合金鋼作結構材料制造車輛，在使用中不會產生裂紋。輕型裝甲車輛的吃水線以上部分用這種鋼制成，而軋制均質裝甲鋼用于吃水線以下部分。

三、鋁裝甲的發展
5083-H131 鋁合金(MIL-DTL-46027)是一種非熱處理應變硬化鋁-鎂合金。該鋁合金對裂紋和應力腐蝕裂紋具有非常高的抗力，易于焊接，耐腐蝕，具有優良的抗破片能力。M113 裝甲人員運輸車、M109 帕拉丁自行榴彈炮以及布雷德利戰車的下半部分由5083 鋁合金制成。
7039-T64 鋁合金(MIL-DTL-46063)是鋁-鎂-鋅合金，可熱處理到高于5083 鋁合金硬度的硬度值。該鋁合金抗實心槍彈與穿甲彈的性能優于5083 鋁合金，抗破片的性能有一些降低。該鋁合金對應力腐蝕裂紋敏感，特別是在短橫縱向更是如此，因此，該鋁合金不被推薦用于未來車輛。布雷德利戰車的上半部分由7039 鋁合金制成。
2519-T87 鋁合金(MIL-DTL-46192)是一種鋁-銅-錳合金，可熱處理到5083 與7039 鋁合金硬度之間的某一硬度值。該鋁合金抗破片的性能優于5083 鋁合金，抗實心槍彈與穿甲彈的性能幾乎與7039 鋁合金相同。該鋁合金具有良好的抗應力腐蝕裂紋能力，但是，抗一般腐蝕的能力差。焊縫附近材料(熱影響區中的金屬強度低得多)的抗彈性能會顯著降低，因此打算把這種鋁合金的焊縫設計成對抗彈性能影響最小。采用2519 鋁合金生產的第一輛裝甲車輛將是美國海軍陸戰隊的遠征戰斗車輛(前身被稱作先進兩棲突擊車，即AAAV)。
未來鋁合金裝甲的發展集中在獲得更高的強度而不犧牲動態延性，同時保持 5083 鋁合金的所有耐腐蝕性能和可焊接性能。5059 鋁合金很象 5083 鋁合金，但是達到了更高的強度水平，現正在鑒定用作鋁合金裝甲的候選材料。

四、鈦合金裝甲的發展
與鋼相比，鈦合金在重量效率比方面的成本高，因而過去限用于重量關系重大的飛機裝甲。然而，最近在低成本鈦合金方面的投入，已經能夠使鈦合金應用于先進地面輕型裝甲車輛。水城兵工廠研制出裝甲用途的Ti-6Al-4V 鈦合金(MIL-DTL-46077)，其成分是6%(重量)鋁，4%釩，其余為鈦。該鈦合金在退火狀態下使用，而不是在硬得多的固溶處理與時效狀態使用。當該合金盡可能軟時，通常獲得最佳的性能。

五、金屬復合裝甲
金屬層壓復合裝甲研究人員研制出了雙硬度裝甲鋼(DHA，MIL-DTL-46099)，以獲得改善的高于高硬度裝甲鋼的性能。通常采用硬面板破碎穿甲彈，然后用較軟的背板捕捉碎片的方法，戰勝穿甲威脅。雙硬度裝甲鋼具有洛氏硬度值為 59~63HRC 的面板(通常是S-7 工具鋼)，以及采用軋制方法復合硬度值為 50~53HRC 的低合金鋼背板。謹慎選擇與馬氏體相變起始溫度相匹配的鋼成分，可避免鋼板在淬火時翹曲。這是抗實心槍彈和穿甲彈等輕武器彈藥性能最好的鋼裝甲，但是該裝甲也是最昂貴的裝甲。雙硬度鋼裝甲難于成形焊接，其大塊板常常具有沒有完全結合的區域。
硬度大約為55HRC 的非常硬鋼背襯2519 鋁合金被證明抗某些穿甲彈具有良好的質量防護系數、空間防護系數和效費比。5083 鋁合金裝甲背襯高硬度鋼裝甲已經用于防實心槍彈與破片。在前面板上裝備鋁合金改變了高硬度鋼背襯的侵徹方式，即從沖塞作用改變為延性撕裂，因而提高了其質量防護系數。
目前，在裝甲系統中，整體金屬裝甲常背襯聚合物基復合材料。復合材料用作防崩落防護內襯，在金屬裝甲被侵徹時把車內的損傷降低為最小。通常，用作增強聚合物基體的纖維材料是Doron 抗彈尼龍、S-2 玻璃或者Kevlar?芳族聚酰胺。幾乎所有的現代裝甲系統都采用了防崩落內襯。UH-60 黑鷹直升機駕駛員與副駕駛員座椅用的昂貴的陶瓷作面板的裝甲已被硬度值為60HRC 的 AISI4350 鋼取代。陶瓷與鋼面板都背襯Kevlar?，以便容納裝甲被彈丸擊中時產生的裝甲崩落碎片。雖然鋼裝甲比陶瓷裝甲重，但是，由于廢除了一些現用的機頭配重材料而不會產生重量負擔。鋼取代陶瓷，在生產過程中使陸軍節省了數百萬美元。
業已證明，用Kevlar?薄層緊緊包裹高硬度鋼裝甲或者鈦裝甲提高了裝甲的抗彈性能。Pinnacle 裝甲公司制造的DragonSkin?柔性人體裝甲就采用了這項研究成果。DragonSkin?柔性人體裝甲背心可抵御11 發7.62mm 槍彈的射擊。單一"尺寸級別"鈦復合材料已經組裝到柔性可呼吸的人體裝甲之中，達到III 級和IV 級防彈性能，成功抵御了***射擊。
金屬-陶瓷復合裝甲典型的金屬-陶瓷復合裝甲由陶瓷面板與金屬支撐背板組成。在用雙硬度鋼裝甲進行證明的一個方案中，抗沖擊硬面板抵御破碎彈丸的威脅非常有效。陶瓷可能具有比最硬的鋼還硬的硬度，因此，它們是彈丸擊中背板前破壞、破碎、侵蝕、阻止或者制約彈丸的有效材料。而金屬背板還可捕捉陶瓷和彈丸的破片。
最近，陸軍研究實驗室的研究工作是發展金屬-封裝陶瓷復合裝甲。在這種裝甲方案中，裝甲陶瓷被嚴格地限定，以便增加駐留狀態。金屬-陶瓷復合增加了剪切強度，減少了界面的阻抗失配，經證明對促進駐留與延遲陶瓷破壞，從而提高抗彈性能具有顯著的影響。目前的一些項目是設計鈦合金和鋁合金裝甲，它們增強了與包封陶瓷的復合效果，提高了結構背襯材料的性能。此外，剛性 金屬背襯通過抗彈過程中抗彎曲，進一步提高了陶瓷的性能。因此，連續陶瓷纖維和陶瓷顆粒增強的金屬基復合材料正在用作裝甲陶瓷與金屬背襯之間的剛性層。
金屬-陶瓷-復合材料復合裝甲雖然一些金屬-陶瓷-復合材料復合裝甲已經投入戰場使用，但還有一些金屬-陶瓷-復合材料復合裝甲處于研究之中。這些復合裝甲系統采用硬陶瓷作抗沖擊面板，破壞彈丸，利用金屬作結構支撐并捕捉陶瓷與彈丸產生的破片。聚合物基復合材料也被用于捕捉金屬背襯的崩落物。斯特賴克(Stryker)過渡裝甲車和遠征戰斗車輛(EFV)就采用這種金屬-陶瓷-復合材料裝甲系統，具有優良的防彈性能。 金
屬裝甲材料系統目前的設計方法歷史上，金屬裝甲的研究以"加熱與敲打、射擊與觀察"試探法為基礎。裝甲設計者依靠經驗數據以及借助于分析模型的工程判斷，設計候選系統。然后，通過試驗候選的裝甲材料，改進或放棄設計方案。然而今天，人們通過已知的基本合金研究(化學組成與化學性質、熱機械處理)以及對彈芯與靶相互作用現象的了解來設計金屬裝甲。 最近的金屬裝甲研究針對復合材料設計中的金屬部件。復合裝甲系統所需的性能常常不同于整體裝甲系統所需的性能。

整體裝甲系統設計的經驗法則是:
(1)越硬越好，應具有"足夠"的硬度，以便破碎彈丸;
?(2)越韌越好，應具有"足夠"的韌性，以便抗裂紋;
(3)越厚越好;
(4)越重越好;
(5)一塊厚板優于兩塊薄的層壓板; (6)傾斜度(沖擊角)越大越好。

而多種材料(復合)裝甲系統設計的經驗法則是:
(1)不一定越硬越好，但通常采用硬面板;
(2)不一定越韌越好，但通常采用韌性背板;
(3)不一定越厚越好;
(4)不一定越重越好;
(5)兩塊薄的層壓板可能優于一塊厚板;
(6)傾斜度越大不一定越好。

六、最近的裝甲研究
2000 年，應特種作戰司令部(SOCOM)技術應用項目辦公室(TAPO)對直升機裝甲的要求，防護材料公司在陸軍研究實驗室的協助下，研究了防彈系統(BPS)。關注的直升機是UH-60 黑鷹(Blackhawk)直升機和MH-47 切努克人(Chinook)直升機，防護區域是乘員區與載貨區。
設計的裝甲采用高質量、高硬度鋼，包裹薄層凱芙拉(Kevlar)材料。涂覆多層漆，使裝甲表面獲得不打滑與耐磨損性能并耐壞境作用。該裝甲系統總厚度小于3/8 英寸，具有優良的空間防護系數，易于安裝。因為鋼可進行高精度激光切割而不必進行進一步的機械加工，所以顯著降低了成本。
該裝甲系統由每架飛機用的一套裝甲板組成，飛機能夠根據特殊的使命以模件方式定制裝甲系統。裝甲系統能夠被快速安裝和除去。因為主要材料是鋼，所以該裝甲系統具有優良的抗多發彈丸打擊能力、耐久性以及高效費比。由于上述原因，該裝甲系統獲得了適航準備證書。最近，這種裝甲系統配置在了美國海軍陸戰隊的CH-53E 超級牡馬(SuperStallion)飛機上。
西北大學材料技術實驗室在海軍研究辦公室的資助下，正在進行一項船體鋼研究項目，研究提高抗炸毀能力的合金。這個特殊的項目利用計算熱動力與強度設計方法，研究新型二次硬化馬氏體鋼用模型，這種新型鋼可達到過去從未獲得的極端的動態斷裂韌性和超高強度等級。這種二次硬化鋼依靠Cr、W、 Mo 和V 等合金元素在回火熱處理期間沉淀微細的彌散合金元素碳化物。這種穩定相成核取代較粗的滲碳體(Fe3C)顆粒，獲得了提高強度和抗斷裂能力的顯微結構。可獲得提高了的抗炸毀能力的這些新方案，通過使化學成分與工藝最佳化，滿足可焊接性與成本要求，將成為下一代海軍船體鋼的基礎。

七、結論
先進的金屬裝甲材料仍然顯示出其它材料不可比擬的性能，其中包括成本、可制造性、耐久性、抗多發彈丸打擊能力以及抵御寬范圍威脅的能力。金屬裝甲演變到起結構裝甲背襯的作用，從而激發研究金屬基復合材料、微-金屬間化合物層壓材料以及復合斷續心部材料。從而有可能使設計出多功能的金屬裝甲成為現實。