第一章 制造弹箭零件用的材料及毛坯种类的选择

1.3 高密度材料
a. 碳化钨 制作方法：碳化钨弹芯由碳化钨粉等粉末 冶金方法加工而成，即配比后加润滑剂压 型、烧结，使其具有一定的强度和硬度。 （HRC≥55） 特点：密度大（19.3g/cm3），高强度、高 硬度；缺点韧性差，易发生断裂，长细比 不可太大。
b. 钨基合金材料 1.钨合金 特点：韧性比碳化钨好，密度大。 制作方法：钨-镍-铁微末混合后烧结，经真空 热处理和型锻，在经机械加工而成。 国内两种大口径钨合金性能水平为：σb＝ 1147MPa，1127MPa； σs＝1107MPa， 1068MPa；A＝11.4％，6.8％；Z＝26％， 14.1％。
c. 铸铁 主要用途：迫击炮弹体。 1.刚性铸铁 原材料：优质原生铁和废钢。 废钢降低原生铁碳、硅量，获得珠光体基 体，使游离石墨呈细片状，提高力学性能。 刚性铸铁强度低，脆性大，弹体爆破后有效 破片数少。
2. 球墨铸铁 球铁是利用球化剂（镁、稀土元素或稀土镁 合金）对铁水进行炉前处理，以得到在铸态 呈球状或团状的游离石墨和致密的金属基 体，从而使铸铁具有较高的强度和一定的延 伸率。 球化处理：加球化剂使石墨呈球形析出。 孕育处理：加孕育剂——强烈促进石墨化， 防止产生白口组织。 基体组织：铁素体、珠光体及二者混合。 我国所使用的是稀土球铁。
3.聚碳酸脂 性能：高冲击韧性，成型精度高，尺寸稳定 性好，耐磨性好，工作温度范围宽（-100～ 130 ℃ ）。 主要用途：验电器、片簧盖、电机底盖、弹 带、闭气环等。 4.氟塑料（含有氟原子的塑料总称） 聚四氟乙烯：极高的化学稳定性和耐高温、 低温能力以及极低的摩擦系数。“塑料王” 缺点：成型性较差，价格较贵。 主要用途：制作弹带。
2.钨基复合材料 制作方法： 英国以钨或铀为基相，以金属、合金或陶瓷 纤维、颗粒为增强相，采用高温烧结或浇注 制造； 德国用环氧树脂、丙烯酸酯等作黏结剂，将 高强度钨、钽或其它合金材料薄板卷制黏结 成复合弹芯； 美国研制液体烧结钨或钨合金的钨基复合弹 芯材料金属基体，增强材料可以是添加铪元 素碳化钨丝或其类似的金属丝。
c. 铀基合金材料 特点：铀密度大（ 平均18.7g/cm3 ），制成合 金后机械性能得到改善，可通过热压力加工和 热处理进一步提高物理机械性能。 目前美国应用的铀合金：铀钼合金和铀钛合金。 利：密度大，穿甲能力强；与钨比，韧性好、 塑性高；可制成大长细比，高断面比的弹芯； 与目标撞击不会脆裂；可普通熔炼，加工性比 碳化钨好。 弊：放射性，粉尘对内脏有害；易氧化、自 燃，给加工、使用、保管带来不便。
2. 添加剂 （1）填料和增强塑料：改善性能； （2）固化剂：定形； （3）增塑剂：提高可塑性和柔软性； （4）润滑剂：防止成型粘模具和提高表面光 洁度； （5）稳定剂：防止受热或光的作用性能变坏 。 另外还有着色剂、阻燃剂和发泡剂等。
b. 塑料的分类 按加工性能分：热塑性和热固性 热塑性树脂：反复受热软化（或熔化）和冷 却凝固的树脂； 热固性树脂：一次受热软化（或熔化）和冷 却凝固的树脂，由于在热和催化剂或热和压 力的作用下发生化学反应而变得坚硬。 按使用角度分：通用塑料和工程塑料。
1.4 工程塑料及模压成型
a. b. c. d. e. f. g. 塑料的组成； 塑料的分类； 工程塑料和金属材料性能的比较； 热塑性塑料； 热固性塑料； 材料成型及加工方法； 弹箭零件的模压成型。
a. 塑料的组成 主要成分合成树脂。 1.合成树脂 用化学的方法人工地将低分子物质合成为 各种高分子聚合物，即为合成树脂。 原料：煤、电石、石油、天然气及农副产 品。
1.2 有色金属材料
a. 铜及铜合金 主要用途：弹带和药型罩、高导电性零件等。 弹带使用性能和加工性能要求：一定的强度、 高的塑性和较低的硬度。 目前制造弹带的金属材料：工业纯铜、铜镍 合金和黄铜。 铜板的机械性能：抗拉强度＞196MPa，延伸 率 ＞30％。 替代品：陶铁弹带、塑料弹带和复铜弹带。
弹箭制造工艺学
第一章 材料及毛坯的选择
制造炮弹和火箭弹零件的材料主要根据两大 性能来选择 使用性能 工艺性能 a) 热冲压：高碳钢 b) 冷挤压：深冲钢 c) 冷冲压：塑性好，变形抗力低 d) 压力铸造：熔点低 此外，选择材料还要根据我国资源情况
1.1 黑色金属材料
a. 碳素结构钢（按用途和性能分） 1. 炮弹钢（热轧碳素钢） 主要用途：榴弹、特种弹以及杀爆火箭弹 战斗部弹体，头螺、底螺等。 材料性能：强度屈服点314～588MPa，塑性 断面收缩率＞15％ 加工方法：热压力加工（先制造毛坯）和机械 加工。 常用弹体材料：D60，58SiMn，60Si2Mn
d. 钼合金 性能：熔点高（2610℃），良好的高温强度、高温 延展性。最高使用温度可达2000 ℃。可制成板、棒 、 丝、管、带等各种形状。 主要用途：配气阀体、火箭喷管、喷管喉衬等。 e. 钽合金 性能：高强度、高熔点（ 2985℃ ）、高冲击阻抗 材料。 典型钽合金为钽钨合金：Ta4W和Ta8W。 主要用途：高性能电容器、核反应堆及EFP药型罩 。
c. 工程塑料和金属材料性能的比较 工程塑料的主要优点： （1）制品质量轻：密度0.83～2.2g/cm3 ； （2）比强度高； （3）化学稳定性好：良好的抗腐蚀能力； （4）电气绝缘性能优良； （5）减摩、耐磨性能优良； （6）良好的成型加工性和经济性：一次成型。 缺点：刚性差、成型收缩率大、温度变化时 尺寸稳定性差，易老化。
2. 优质碳素结构钢 按含碳量分类： 高碳钢：经调制处理后，有较好的综合机械性能， 用于承受负荷较大的零件，如中间底，防滑帽等。 中碳钢：经调质或正火使用，用于承受负荷较大而 要求有较高韧性的零件，如喷管，航空炮弹弹体， 曳光管、曳光管螺帽等。 低碳钢：塑性好和变形抗力低，适合于冷压力加 工，常用制作冲裁件、弯曲件、拉伸件等成型零 件，如药包夹、风帽、弹体、支持架、尾翼架等。 另焊接性能好，代替铆接或螺纹连接。
按品种分类： 热轧钢材：圆钢、圆角方钢和钢管； 冷拉钢材：尺寸精度较高，表面粗糙度较 低，便于直接进行机械加工，适用于小口径 弹体和小尺寸零件； 薄钢板：厚度＜4mm，按冷变形性能分三级 ZF——拉延最复杂； HF——拉延较复杂； F ——拉延复杂。
3. 深冲钢 深冲钢属于低碳钢范畴，但和优质碳素结构钢中的 低碳钢不同： （1）含碳量波动范围小； （2）锰、硫、磷允许含量及波动范围小，硅（硬化 现象）含量低，增加塑性和降低变形抗力； （3）加少量铝，抑制应变时效，提高钢低温韧性。 应用范围：冷挤压弹体、深度较大的传爆管、尾杆 等。 4. 普通碳素钢 主要用途：性能要求不太高的零件。
主要钢种：35Cr3NiMoA（油淬）、 60Cr2MoA、60Cr2Ni2MoA、35CrMnSiA 不含铬镍的合金钢（Si-Mn-Mo-V系）： 钒：细化奥氏体晶粒、消除锰钢过热倾向、 消除第二类回火脆性倾向、提高淬透性和回 火稳定性。 钢种：60SiMn2MoVA 高淬透性、高硬度，高强度和足够韧性； 退火硬度不易下降、切削性能差，塑性韧性 不如60Cr2Ni2MoA钢，疏松等级不易控制。
2. 制造火箭发动机的合金钢 关键零件：燃烧室和喷管； 性能要求：较高的机械性能，淬透性要求 （壁薄）低，强度高，高冲击韧性，高温下 的机械性能。 主要钢种： 30CrMnSi：调质或等温淬火后使用，具有一 定的冷变形性能和较好的焊接性能，可用于 强力旋压和焊接组合结构的零件；
40Mn2：调质后使用，锰增加了钢过热敏感 性和回火脆性倾向，热处理工艺严格控制； 40MnB：B含量0.001％～0.005％，明显提 高淬透性，但冶炼及热处理困难。 14MnNi：较好的塑性和低变形抗力，适合冷 拔伸和强力旋压工艺，通过冷压力加工提高 钢的机械性能（锰增加钢对加工硬化的敏感 性）。 28Cr3SiNiMoWVA：超高强度钢，红硬性 好（弥散强化），不同回火温度1372～ 1764MPa的强度极限，良好的焊接性能和 冷加工性能。
2.贫铀三元素合金 U-0.75Ti-0.25V：加入钒细化碳化钛杂质，提 高强度； U-0.4Ti-0.3Nb：铌代替部分钛，改善淬透 性，避免淬火中心缩孔； U-0.75Ti-3.0Hf：加入不与铀生成金属间相的 铪，进一步强化合金； U-Nb-Zr：添加铌有利于提高合金抗腐蚀能力 。
3.铀钨合金 通常浇铸温度下，钨在铀中的溶解度为1.4 ％，钨丝与贫铀金属一起置于坩锅中进行感 应加热，可浇铸成钨含量高达35％的铀钨合 金。加入2％的钨粉即可大大提高合金的强度 和弹性模量，弥补了贫铀合金作为穿甲材料 的不足。 4.贫铀基复合材料 钨丝增强铀合金复合材料， σs＝1300MPa。
玻璃纤维增强塑料：以玻璃纤维及其制品 （玻璃布、玻璃带、玻璃毡等）为增强材料 。 性能：强度高、质地硬、比强度可超过高级 合金钢，故得名“玻璃钢”。 另有碳纤维、硼纤维、石墨纤维增强塑料。 玻璃纤维增强塑料是由合成树脂、玻璃纤维 及其制品以及其他辅助材料组成。 合成树脂：黏结剂； 玻璃纤维：玻璃液拉丝而成。
b. 铝及铝合金 特点：密度小，一定的机械性能，良好的工 艺性能和高的耐腐蚀性。 应用领域：燃烧室、喷管等。 1.包括工业纯铝的热处理不强化型铝合金： 塑性较高，焊接性良好，耐蚀性强，用于载 荷不大的零件； 2.热处理强化型变形铝合金：制造负荷较大 的零件； 3.铸造铝合金：强度、塑性较低，制造负荷 不大、形状复杂的零件。
d. 铸钢 主要应用于强度和韧性要求较高的零件，如 喷管和挡药板等。 选用铸钢要考虑材料的铸造性能：流动性和 收缩性等。 提高破片飞散速度：提高炸药威力和装药 量的同时，要提高弹体材料的强度。 提高破片数量的的两种途径：增加钢中脆性 合金元素；铸造孕育方法、控制掺杂元素含 量、形变热处理、产生网状晶界的热处理。
e. 热固性塑料 按填料不同，有增强和不增强之分。 填料为粉状时，非增强塑料（如电木），强 度和韧性较低，作一些受力较小的零件，如 防潮塞、隔板等。 用各种纤维如玻璃、碳纤维为填料时，塑料 的拉伸、弯曲、压缩和冲击等强度均提高， 同时，脆性降低，收缩减小，并可防开裂， 称之为增强塑料，主要用于受力较大的构件 。