兵器中有色金屬的應(yīng)用

 
樓主  收藏   舉報(bào)   帖子創(chuàng)建時(shí)間:  2010-04-19 14:55 回復(fù)：0 關(guān)注量：316
 
  • 兵器中有色金屬的應(yīng)用 ??
    在常規(guī)兵器用材料中，金屬材料約占80%，其中又以鋼鐵材料占主導(dǎo)地位。但是，隨著兵器的現(xiàn)代化發(fā)展，高性能的有色金屬裝甲材料、結(jié)構(gòu)特殊功能材料和復(fù)合材料的乃是在迅速增加，對處理器戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的提高超到越來越大的作用。
    一、鋁合金裝甲車體材料
    為了減輕重量和提高防護(hù)性能，國外鋁裝甲的使用從50年代就開始了，到現(xiàn)在已經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，即由高韌可焊Al-Mg系合金裝甲發(fā)展成中強(qiáng)可焊Al-Zn-Mg系裝甲，再發(fā)展到鋁合金間隙疊層裝甲和鋁合金裝甲附加復(fù)合裝甲。使用鋁裝甲的車輛也由裝甲輸送車，發(fā)展到輕型坦克、步兵戰(zhàn)車和中型主戰(zhàn)坦克。
    英國進(jìn)行的均質(zhì)鋁裝甲材料D54S(Al-Mg系)與IT80裝甲鋼（Ni-Cr-Mo鋼）防護(hù)性能的實(shí)驗(yàn)比較表明：在相同面密度（板材單位面積上的重時(shí)相等）的情況下，對榴彈破片的防護(hù)能力鋁裝甲優(yōu)于鋼，在入射角為30-45°范圍內(nèi)，對小口徑彈（7.62mm硬芯穿甲彈）鋁不如鋼，但是隨著彈丸走私的增大，入射角的增大或減小，鋁裝甲防護(hù)的優(yōu)越性就顯示出來了。而且，鋁裝甲的性還在于它可以大幅度提高國體風(fēng)度，可在其上采用焊接鋁合金構(gòu)件，以達(dá)到減輕重量的“連鎖反應(yīng)“的效果。
    我國60年代中即開始鋁裝甲材料研究，新型LC52鋁裝甲材料已在部分戰(zhàn)車上使用。鋁裝甲今后的發(fā)展方向，仍是研究抗彈性更好的均質(zhì)材料和復(fù)合裝甲材料。
    二、鋁合金結(jié)構(gòu)材料
    1. 變形鋁合金
    為減重，現(xiàn)在幾乎所有的兵器都盡可能多的采用鋁合金結(jié)構(gòu)件。在坦克車輛方面，以英國“蝎“式坦克為例，其使用的變形鋁合金除裝甲車體外，還有平衡時(shí)連桿底座、剎車盤、轉(zhuǎn)向節(jié)、履帶松緊裝置、誘導(dǎo)輪、負(fù)重輪、炮塔座圈、煙幕發(fā)射器、彈藥架、貯藏艙、油箱、座椅、、管路等。目前，各國的架橋坦克和渡河舟橋的橋體，采用鋁合金焊接結(jié)構(gòu)，與原負(fù)結(jié)構(gòu)相比，可使橋長由18m左右增加到22-27m，載重量也增加到50-60t。
    在火炮方面，美國M102式105mm榴彈炮最為典型，它的大架、搖架、前座板、左右耳軸托架、瞄準(zhǔn)鏡支架、牽引桿和平衡機(jī)外筒均是變形鋁合金制成。加之其結(jié)構(gòu)的變化，使此炮重量從其前身（M101式炮）的3.7t降到1.4t，射程提高35%-40%，可實(shí)現(xiàn)全炮空運(yùn)空投。
    對尾翼穩(wěn)定的各種大中徑炮彈、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈和火箭彈，為提高其飛行的穩(wěn)定性，其尾部零件，如尾翼、尾桿、下彈體彈托、尾翼座等多采用鋁合金。另外，各類彈的引信體也多數(shù)是采用鋁。
    2. 鑄造鋁合金
    常規(guī)兵器中，鑄造鋁合金主要用于坦克柴油機(jī)發(fā)機(jī)缸蓋、缸體、上下曲軸箱、活塞、壓氣機(jī)葉輪、各種泵體、坦克左右傳動箱，以及各種儀表和其它兵器的各種結(jié)構(gòu)件等。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，坦克發(fā)動機(jī)用鑄鋁合金，一般要嚴(yán)格控制雜技含量，并在工藝上采取相應(yīng)措施，如用鍶變質(zhì)、真空或復(fù)合氣體除氣、高壓釜或差壓鑄造等。
    近幾年迅速發(fā)展起來的鋁合金擠壓鑄造，由于其鑄件的質(zhì)量和機(jī)械性能接近鍛件水平，又適于大批量生產(chǎn)，因而在軍品中小型厚壁零件、氣密性零件上有望取代部分鍛件。
    三、鈦合金及燃燒合金
    1.鈦合金裝甲材料
    從綜合防護(hù)性能來看，鈦是很理想的裝甲材料。因此，50年代初國外即開始鈦裝甲研究。在相同防護(hù)條件下，鈦裝甲可比鋼裝甲減重25%。但是，由于鈦合金太貴，直到70年代末，鈦裝甲都沒有得到實(shí)際應(yīng)用。
    近年來，隨著各種復(fù)合裝甲材料的研制，鈦合金作為其復(fù)合結(jié)構(gòu)的一部分，取得了很好的技術(shù)效果。
    2.鈦結(jié)構(gòu)材料
    鈦合金用于坦克車輛的結(jié)構(gòu)件方面，如履帶板、主動軸、懸掛臂、拖桿扭力軸和負(fù)重輪幅等。由于經(jīng)濟(jì)上的原因，未能在生產(chǎn)上使用。而真正在生產(chǎn)中使用的，目前國內(nèi)外只限于供特種部隊(duì)使用的迫擊炮、無后座炮等輕武器。
    3.彈藥燃燒合金
    發(fā)展高燃燒能力的多功能彈藥是國內(nèi)外彈藥的發(fā)展方向之一。當(dāng)前最新 地，是在這些彈的戰(zhàn)斗部，旋轉(zhuǎn)一定量的燃燒合金，它們是金屬鋯、鈦、稀土及其合金等。加有燃燒合金的榴彈不僅有殺傷能力，而且有縱火效果，其特點(diǎn)有：燃燒溫度高、火種數(shù)目多、覆蓋面積大、不用專門引信引燃，只靠炸藥爆炸和高速撞擊引起的高溫即可引燃。目前國內(nèi)外均裝備了這種彈種。
    四、重金屬和高密度金屬
    1.銅合金
    在常規(guī)兵器中，銅合金主要用于破甲彈藥形罩、大口徑彈藥筒、彈帶和各種銅基軸瓦。
    破甲彈是利用空心裝藥的聚能作用，使藥形罩材料以高射流速度撞擊裝甲板，并在裝甲板上形成20-200Gpa的高壓力和1000℃以上的高溫，將裝甲板貫穿的一種彈種。因此藥形罩的材質(zhì)、形狀及工藝狀態(tài)對破甲性能均有大的影響，各國均選用紫銅材料。目前國外正發(fā)展具有燃燒后效的新材料和流變—復(fù)合鑄造新工藝。
    由于銅合金優(yōu)良的回彈性能和抗腐蝕性能，因而是藥筒（彈殼）的理想材料。為了降低成本，一段時(shí)間以來，各國都研制鋼質(zhì)藥筒，以節(jié)約銅材，目前除少數(shù)大口徑藥筒外，其余均鋼質(zhì)化了。
    各國所用軸承材料不盡相同。我國坦克和火炮所有軸瓦材料大都用鋼背——ZQPb30鉛青銅，對于坦克發(fā)動機(jī)主軸瓦和連桿軸瓦是在ZQPb30表面鍍Pb-Sn合金。目前國外有發(fā)展使用Al-Sn、Al-Zn軸瓦并表面鍍二元或三元合金趨勢。
    2.鋅基合金
    常規(guī)兵器中鋅合金主要用于某些通信和儀表等零件的壓鑄件，近年來超塑性良好的Zn-Al合金，有望在復(fù)雜儀表和計(jì)算機(jī)殼體等零件上使用。
    早在二次世界大戰(zhàn)期間，英、美、日等國均在小口徑炮彈上使用了壓鑄鋅合金引信體，后來美國又在菠蘿彈上作了使用。我國先后在迫擊炮彈、37mm高炮炮彈、火箭布雷彈上也使用了鋅合金引信體，并從技術(shù)上較好地解決了鋅合金老化和低溫脆性等問題。
    3.鎢合金和鈾合金
    長桿式穿甲彈彈芯的穿甲深度隨彈芯密度、彈丸速度和彈丸長度/直徑比的增加而增加，因此高密度金屬鎢和鈾被用于彈芯材料后，使長桿式穿甲彈的威力大幅度提高，形成了對坦克的最大威脅。提高鎢粉純度、改進(jìn)粉冶工藝、研制超細(xì)鎢粉和鎢基復(fù)合材料是鎢彈芯材料的發(fā)展方向。
    作為彈芯材料的U-Ti合金，其密度和機(jī)械性能均高于鎢合金，又有燃燒后效作用，故其成本高，又需解決防腐涂層和長期儲存等問題。目前，鈾彈材料是向鎢絲增強(qiáng)的復(fù)合材料方向發(fā)展。
    五、金屬基復(fù)合材料
    常規(guī)兵器中應(yīng)用纖維增強(qiáng)的金屬基復(fù)合材料，在國內(nèi)外都是近十年才開始的。由于纖維價(jià)格的降低和擠壓鑄造、真空吸鑄、真空壓滲等復(fù)合工藝的出現(xiàn)，使復(fù)合材料有可能用于批量大的常規(guī)兵器中。復(fù)合材料性能優(yōu)異，因此一開始就受到各國極大的重視。
    1.顆粒及短纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料
    向鋁合金中添加、SiC和石墨等顆粒和短纖維的主要目的是增加材料的耐磨性、耐熱性和硬度等。目前最成功的例子是活塞和履帶板。
    短纖維等增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料活塞，是用短纖維制成高孔隙度的預(yù)制件，然后用擠壓鑄造法將鋁液滲入其中，以制成局部增強(qiáng)的復(fù)合材料活塞。此活塞與傳統(tǒng)的鑲?cè)钊啾龋淠湍バ韵喈?dāng) ，活塞頂?shù)墓ぷ鳒囟瓤商岣?00℃，且活塞總重量和膨脹系數(shù)都明顯降低。因此是新一代主戰(zhàn)坦克發(fā)動機(jī)活塞的理想材料。
    SiC晶須和顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備除上方法外，也可用半固態(tài)流變鑄造法生產(chǎn)出復(fù)合材料鑄錠，再進(jìn)行軋制擠壓或鑄造等壓力加工，以制成管、棒、型材或鍛件。Al/SiC復(fù)合材料有優(yōu)良的機(jī)械性能，其耐磨性接近于鋼。據(jù)稱，美國Alcan公司生產(chǎn)了近千噸材料，并應(yīng)用于導(dǎo)彈、導(dǎo)航零件。美國AVCO公司用SiC晶須/鋁復(fù)合材料制成裝甲車輛履帶板、剎車片、懦弱翼片、離心泵葉片等。
    2.長纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料
    用作增強(qiáng)劑的長纖維主要有碳、石墨、碳化硅、氧化鋁和硼等。由于其強(qiáng)度高達(dá)2000-4000MPa，楊氏達(dá)150-450GPa，用其增強(qiáng)鋁合金，按照復(fù)合材料的混合律，其對材料的強(qiáng)化效果是非常明顯的。因此，各先進(jìn)國家投入了大量研究工作，試制了發(fā)動機(jī)中的連桿、活塞、戰(zhàn)術(shù)懦弱發(fā)動機(jī)殼體、制導(dǎo)舵板、戰(zhàn)斗部支撐架、軍用作戰(zhàn)橋梁的拉力弦、架橋坦克橋體和長桿式穿甲彈彈托等。隨著其價(jià)格和技術(shù)問題的不斷解決，此類材料的應(yīng)用將會是非常廣闊的。