兵器中有色金屬的應用

 
樓主  收藏   舉報   帖子創建時間:  2010-04-19 14:55 回復：0 關注量：316
 
  • 兵器中有色金屬的應用 ??
    在常規兵器用材料中，金屬材料約占80%，其中又以鋼鐵材料占主導地位。但是，隨著兵器的現代化發展，高性能的有色金屬裝甲材料、結構特殊功能材料和復合材料的乃是在迅速增加，對處理器戰術技術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性能，國外鋁裝甲的使用從50年代就開始了，到現在已經歷了四個發展階段，即由高韌可焊Al-Mg系合金裝甲發展成中強可焊Al-Zn-Mg系裝甲，再發展到鋁合金間隙疊層裝甲和鋁合金裝甲附加復合裝甲。使用鋁裝甲的車輛也由裝甲輸送車，發展到輕型坦克、步兵戰車和中型主戰坦克。
    英國進行的均質鋁裝甲材料D54S(Al-Mg系)與IT80裝甲鋼（Ni-Cr-Mo鋼）防護性能的實驗比較表明：在相同面密度（板材單位面積上的重時相等）的情況下，對榴彈破片的防護能力鋁裝甲優于鋼，在入射角為30-45°范圍內，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，鋁裝甲防護的優越性就顯示出來了。而且，鋁裝甲的性還在于它可以大幅度提高國體風度，可在其上采用焊接鋁合金構件，以達到減輕重量的“連鎖反應“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車上使用。鋁裝甲今后的發展方向，仍是研究抗彈性更好的均質材料和復合裝甲材料。
    二、鋁合金結構材料
    1. 變形鋁合金
    為減重，現在幾乎所有的兵器都盡可能多的采用鋁合金結構件。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，還有平衡時連桿底座、剎車盤、轉向節、履帶松緊裝置、誘導輪、負重輪、炮塔座圈、煙幕發射器、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，采用鋁合金焊接結構，與原負結構相比，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、瞄準鏡支架、牽引桿和平衡機外筒均是變形鋁合金制成。加之其結構的變化，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%，可實現全炮空運空投。
    對尾翼穩定的各種大中徑炮彈、戰術導彈和火箭彈，為提高其飛行的穩定性，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是采用鋁。
    2. 鑄造鋁合金
    常規兵器中，鑄造鋁合金主要用于坦克柴油機發機缸蓋、缸體、上下曲軸箱、活塞、壓氣機葉輪、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構件等。為保證產品質量，坦克發動機用鑄鋁合金，一般要嚴格控制雜技含量，并在工藝上采取相應措施，如用鍶變質、真空或復合氣體除氣、高壓釜或差壓鑄造等。
    近幾年迅速發展起來的鋁合金擠壓鑄造，由于其鑄件的質量和機械性能接近鍛件水平，又適于大批量生產，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際應用。
    近年來，隨著各種復合裝甲材料的研制，鈦合金作為其復合結構的一部分，取得了很好的技術效果。
    2.鈦結構材料
    鈦合金用于坦克車輛的結構件方面，如履帶板、主動軸、懸掛臂、拖桿扭力軸和負重輪幅等。由于經濟上的原因，未能在生產上使用。而真正在生產中使用的，目前國內外只限于供特種部隊使用的迫擊炮、無后座炮等輕武器。
    3.彈藥燃燒合金
    發展高燃燒能力的多功能彈藥是國內外彈藥的發展方向之一。當前最新 地，是在這些彈的戰斗部，旋轉一定量的燃燒合金，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，其特點有：燃燒溫度高、火種數目多、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、形狀及工藝狀態對破甲性能均有大的影響，各國均選用紫銅材料。目前國外正發展具有燃燒后效的新材料和流變—復合鑄造新工藝。
    由于銅合金優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，一段時間以來，各國都研制鋼質藥筒，以節約銅材，目前除少數大口徑藥筒外，其余均鋼質化了。
    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，對于坦克發動機主軸瓦和連桿軸瓦是在ZQPb30表面鍍Pb-Sn合金。目前國外有發展使用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，有望在復雜儀表和計算機殼體等零件上使用。
    早在二次世界大戰期間，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、改進粉冶工藝、研制超細鎢粉和鎢基復合材料是鎢彈芯材料的發展方向。
    作為彈芯材料的U-Ti合金，其密度和機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的復合材料方向發展。
    五、金屬基復合材料
    常規兵器中應用纖維增強的金屬基復合材料，在國內外都是近十年才開始的。由于纖維價格的降低和擠壓鑄造、真空吸鑄、真空壓滲等復合工藝的出現，使復合材料有可能用于批量大的常規兵器中。復合材料性能優異，因此一開始就受到各國極大的重視。
    1.顆粒及短纖維增強鋁基復合材料
    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。
    短纖維等增強鋁基復合材料活塞，是用短纖維制成高孔隙度的預制件，然后用擠壓鑄造法將鋁液滲入其中，以制成局部增強的復合材料活塞。此活塞與傳統的鑲圈活塞相比，其耐磨性相當 ，活塞頂的工作溫度可提高100℃，且活塞總重量和膨脹系數都明顯降低。因此是新一代主戰坦克發動機活塞的理想材料。
    SiC晶須和顆粒增強鋁基復合材料的制備除上方法外，也可用半固態流變鑄造法生產出復合材料鑄錠，再進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復合材料有優良的機械性能，其耐磨性接近于鋼。據稱，美國Alcan公司生產了近千噸材料，并應用于導彈、導航零件。美國AVCO公司用SiC晶須/鋁復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.長纖維增強鋁基復合材料
    用作增強劑的長纖維主要有碳、石墨、碳化硅、氧化鋁和硼等。由于其強度高達2000-4000MPa，楊氏達150-450GPa，用其增強鋁合金，按照復合材料的混合律，其對材料的強化效果是非常明顯的。因此，各先進國家投入了大量研究工作，試制了發動機中的連桿、活塞、戰術懦弱發動機殼體、制導舵板、戰斗部支撐架、軍用作戰橋梁的拉力弦、架橋坦克橋體和長桿式穿甲彈彈托等。隨著其價格和技術問題的不斷解決，此類材料的應用將會是非常廣闊的。