兵器中有色金属的应用

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兵器中有色金属的应用
兵器中有色金属的应用齐丕骧童文俊金属世界 1996.5 在常规兵器用材料中，金属材料约占 80%，其中又以钢铁材料占主导地位。

但是，随着兵器的现代化发展，高性能的有色金属装甲材料、结构特殊功能材料和复合材料的乃是在迅速增加，对处理器战术技术性能的提高超到越来越大的作用。

一、铝合金装甲车体材料为了减轻重量和提高防护性能，国外铝装甲的使用从 50 年代就开始了，到现在已经历了四个发展阶段，即由高韧可焊 Al-Mg 系合金装甲发展成中强可焊 Al-Zn-Mg 系装甲，再发展到铝合金间隙叠层装甲和铝合金装甲附加复合装甲。

使用铝装甲的车辆也由装甲输送车，发展到轻型坦克、步兵战车和中型主战坦克。

英国进行的均质铝装甲材料 D54S(Al-Mg 系)与 IT80 装甲钢（Ni-Cr-Mo 钢）防护性能的实验比较表明：
在相同面密度（板材单位面积上的重时相等）的情况下，对榴弹破片的防护能力铝装甲优于钢，在入射角为 30-45 范围内，对小口径弹（7.62mm 硬芯穿甲弹）铝不如钢，但是随着弹丸走私的增大，入射角的增大或减小，铝装甲防护的优越性就显示出来了。

而且，铝装甲的性还在于它可以大幅度提高国体风度，可在其上采用焊接铝合金构件，以达到减轻重量的连锁反应的效果。

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我国 60 年代中即开始铝装甲材料研究，新型 LC52 铝装甲材料已在部分战车上使用。

铝装甲今后的发展方向，仍是研究抗弹性更好的均质材料和复合装甲材料。

二、铝合金结构材料 1. 变形铝合金为减重，现在几乎所有的兵器都尽可能多的采用铝合金结构件。

在坦克车辆方面，以英国蝎式坦克为例，其使用的变形铝合金除装甲车体外，还有平衡时连杆底座、刹车盘、转向节、履带松紧装置、诱导轮、负重轮、炮塔座圈、烟幕发射器、弹药架、贮藏舱、油箱、座椅、、管路等。

目前，各国的架桥坦克和渡河舟桥的桥体，采用铝合金焊接结构，与原负结构相比，可使桥长由 18m 左右增加到 22-27m，载重量也增加到 50-60t。

在火炮方面，美国 M102 式 105mm 榴弹炮最为典型，它的大架、摇架、前座板、左右耳轴托架、瞄准镜支架、牵引杆和平衡机外筒均是变形铝合金制成。

加之其结构的变化，使此炮重量从其前身（M101 式炮）的3.7t 降到 1.4t，射程提高 35%-40%，可实现全炮空运空投。

对尾翼稳定的各种大中径炮弹、战术导弹和火箭弹，为提高其飞行的稳定性，其尾部零件，如尾翼、尾杆、下弹体弹托、尾翼座等多采用铝合金。

另外，各类弹的引信体也多数是采用铝。

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 2. 铸造铝合金常规兵器中，铸造铝合金主要用于坦克柴油机发机缸盖、缸体、上下曲轴箱、活塞、压气机叶轮、各种泵体、坦克左右传动箱，以及各种仪表和其它兵器的各种结构件等。

为保证产品质量，坦克发动机用铸铝合金，一般要严格控制杂技含量，并在工艺上采取相应措施，如用锶变质、真空或复合气体除气、高压釜或差压铸造等。

近几年迅速发展起来的铝合金挤压铸造，由于其铸件的质量和机械性能接近锻件水平，又适于大批量生产，因而在军品中小型厚壁零件、气密性零件上有望取代部分锻件。

三、钛合金及燃烧合金 1.钛合金装甲材料从综合防护性能来看，钛是很理想的装甲材料。

因此， 50 年代初国外即开始钛装甲研究。

在相同防护条件下，钛装甲可比钢装甲减重 25%。

但是，由于钛合金太贵，直到 70 年代末，钛装甲都没有得到实际应用。

近年来，随着各种复合装甲材料的研制，钛合金作为其复合结构的一部分，取得了很好的技术效果。

2.钛结构材料钛合金用于坦克车辆的结构件方面，如履带板、主动轴、悬挂臂、拖杆扭力轴和负重轮幅等。

由于经济上的原因，未能在生产上使用。

而真正在生产中使用的，目前国内外只限于供特种部队使用的
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迫击炮、无后座炮等轻武器。

3. 弹药燃烧合金发展高燃烧能力的多功能弹药是国内外弹药的发展方向之一。

当前最新地，是在这些弹的战斗部，旋转一定量的燃烧合金，它们是金属锆、钛、稀土及其合金等。

加有燃烧合金的榴弹不仅有杀伤能力，而且有纵火效果，其特点有：
燃烧温度高、火种数目多、覆盖面积大、不用专门引信引燃，只靠炸药爆炸和高速撞击引起的高温即可引燃。

目前国内外均装备了这种弹种。

四、重金属和高密度金属 1. 铜合金在常规兵器中，铜合金主要用于破甲弹药形罩、大口径弹药筒、弹带和各种铜基轴瓦。

破甲弹是利用空心装药的聚能作用，使药形罩材料以高射流速度撞击装甲板，并在装甲板上形成20-200Gpa 的高压力和1000℃以上的高温，将装甲板贯穿的一种弹种。

因此药形罩的材质、形状及工艺状态对破甲性能均有大的影响，各国均选用紫铜材料。

目前国外正发展具有燃烧后效的新材料和流变复合铸造新工艺。

由于铜合金优良的回弹性能和抗腐蚀性能，因而是药筒（弹壳）的理想材料。

为了降低成本，一段时间以来，各国都研制钢质药筒，以节
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 约铜材，目前除少数大口径药筒外，其余均钢质化了。

各国所用轴承材料不尽相同。

我国坦克和火炮所有轴瓦材料大都用钢背ZQPb30 铅青铜，对于坦克发动机主轴瓦和连杆轴瓦是在 ZQPb30 表面镀 Pb-Sn 合金。

目前国外有发展使用 Al-Sn、 Al-Zn 轴瓦并表面镀二元或三元合金趋势。

2. 锌基合金常规兵器中锌合金主要用于某些通信和仪表等零件的压铸件，近年来超塑性良好的 Zn-Al合金，有望在复杂仪表和计算机壳体等零件上使用。

早在二次世界大战期间，英、美、日等国均在小口径炮弹上使用了压铸锌合金引信体，后来美国又在菠萝弹上作了使用。

我国先后在迫击炮弹、 37mm 高炮炮弹、火箭布雷弹上也使用了锌合金引信体，并从技术上较好地解决了锌合金老化和低温脆性等问题。

3. 钨合金和铀合金长杆式穿甲弹弹芯的穿甲深度随弹芯密度、弹丸速度和弹丸长度/直径比的增加而增加，因此高密度金属钨和铀被用于弹芯材料后，使长杆式穿甲弹的威力大幅度提高，形成了对坦克的最大威胁。

提高钨粉纯度、改进粉冶工艺、研制超细钨粉和钨基复合材料是钨弹芯材料的发展方向。

作为弹芯材料的 U-Ti 合金，其密度和机械性能均高于钨合
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金，又有燃烧后效作用，故其成本高，又需解决防腐涂层和长期储存等问题。

目前，铀弹材料是向钨丝增强的复合材料方向发展。

五、金属基复合材料常规兵器中应用纤维增强的金属基复合材料，在国内外都是近十年才开始的。

由于纤维价格的降低和挤压铸造、真空吸铸、真空压渗等复合工艺的出现，使复合材料有可能用于批量大的常规兵器中。

复合材料性能优异，因此一开始就受到各国极大的重视。

1. 颗粒及短纤维增强铝基复合材料向铝合金中添加32OAl、SiC 和石墨等颗粒和短纤维的主要目的是增加材料的耐磨性、耐热性和硬度等。

目前最成功的例子是活塞和履带板。

32OAl短纤维等增强铝基复合材料活塞，是用32OAl短纤维制成高孔隙度的预制件，然后用挤压铸造法将铝液渗入其中，以制成局部增强的复合材料活塞。

此活塞与传统的镶圈活塞相比，其耐磨性相当，活塞顶的工作温度可提高100℃，且活塞总重量和膨胀系数都明显降低。

因此是新一代主战坦克发动机活塞的理想材料。

SiC 晶须和颗粒增强铝基复合材料的制备除上方法外，也可用半固态流变铸造法生产出复合材料铸锭，再进行轧制挤压或铸造等压力加工，以制成管、棒、型材或锻件。

Al/SiC复合材料有优良的机械性能，其耐磨性接近于钢。

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 据称，美国 Alcan 公司生产了近千吨材料，并应用于导弹、导航零件。

美国 AVCO 公司用 SiC 晶须/铝复合材料制成装甲车辆履带板、刹车片、懦弱翼片、离心泵叶片等。

2. 长纤维增强铝基复合材料用作增强剂的长纤维主要有碳、石墨、碳化硅、氧化铝和硼等。

由于其强度高达2019-4000MPa，杨氏达 150-450GPa，用其增强铝合金，按照复合材料的混合律，其对材料的强化效果是非常明显的。

因此，各先进国家投入了大量研究工作，试制了发动机中的连杆、活塞、战术懦弱发动机壳体、制导舵板、战斗部支撑架、军用作战桥梁的拉力弦、架桥坦克桥体和长杆式穿甲弹弹托等。

随着其价格和技术问题的不断解决，此类材料的应用将会是非常广阔的。

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