金属材料在近代军事中的运用
一、金属材料简介
金属材料是最重要的工程材料之一。按冶金工艺，金属材料可以分为铸锻材料、粉末冶金材料和金属基复合材料。铸锻材料又分为黑色金属材料和有色金属材料。黑色金属材料包括钢、铸铁和各种铁合金。有色金属是指除黑色金属以外的所有金属及其合金，如铝及铝合金、铜及铜合金等。工程结构中所用的金属材料90%以上是钢铁材料，其资源丰富、生产简单、价格便宜、性能优良、用途广泛。钢有分为碳钢和合金钢，铸铁又分为灰口铸铁和白口铸铁。金属材料的结构及其性能决定了它的应用。而金属材料的性能包括工艺性能和使用性能。工艺性能是指在加工制造过程中材料适应加工的性能，如铸造性、锻造性、焊接性、淬透性、切削加工性等。使用性能是指材料在使用条件和使用环境下所表现出来的性能，包括力学性能（如强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等）、物理性能（如熔点、密度热容、电阻率、磁性强度等）和化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等）。
二、由于近代对黑色金属的研究已经很透彻几近极致，所以以下将主要讨论两种较为重要的有色金属（镁合金及钛合金）在近代军事中的运用。
1、镁合金在兵器装备中应用的有关情况及前景
镁合金在航空、航天较早得到应用, 在兵器上也得到一定应用,最早应用于军事工业领域是在1916 年,被用于制造77mm 炮弹引线。国外一些发达国家由于资源原因,对镁合金在兵器上的应用还持谨慎态度。镁合金在兵器上应用的有关实例如下所述。
1.1 在火炮及弹药中的应用
法国AMX - 30 坦克为法国装甲部队的主要装备之一,是二次世界大战后法国生产数量最多的坦克,AMX - 30 坦克的CN105F1 型105mm 线膛炮的身管热护套采用了镁合金。英军的大口径120mmBATL6Wombat 无后座力反坦克炮采用了镁合金,大大减轻了重量,加上所配的M8 0. 5in 步枪,总重才308kg。 1. 2 在轻武器中的应用
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美国制造的一种Racegun (强装药,运用了先进技术的战斗用手枪) , 其扳机等零件采用镁、钛合金, 重量减轻45 % ,击发时间减少66 %。美国研制中的新式单兵作战系统(OICW) ,功能齐全,很多零件采用了轻合金,重量仅8. 172kg ,但军方仍希望进一步减重1. 8kg 以上。俄罗斯生产的POSP6 ×12 枪用变焦距观测镜壳体采用镁合金;法国WK50 式反坦克枪榴弹应用了镁合金,全弹质量仅800g。 1. 3 在战车中的应用
美军装备的M274A1 型军用吉普车采用了镁合金车身及桥壳,大大减轻了重量,具有良好的机动性及越野性能,4个士兵可以抬起来。有的改型还装上无后座力炮,成了最袖珍的自行火炮。美国水陆两栖突击车AAAV 采用WE43A 镁合金制造动力传送舱。
1.4 镁合金在兵器装备中的应用前景分析
质量是影响兵器装备实现战场快速反应能力的主要因素之一,所以,现代高技术战争对兵器装备的质量指标提出了极为苛刻的要求。发达国家无一不投入巨资,研究轻质结构材料以及与之配套的先进制造技术,以期减轻兵器装备质量,提高兵器装备的机动性,增加携弹量和野战辅助系统用量,提高兵器及士兵战场生存和作战能力。镁合金由于上诉一系列优点,成为了兵器轻量化的理想材料。从兵器零件的使用特点和性能要求分析,枪械武器、装甲车辆、导弹、火炮、弹药、光电仪器、武器用计算机及军用器材中有较大数量的铝合金零件和工程塑料件,根据目前镁合金材料的性能和使用特点,改用镁合金材料制造相关零件,在技术上是可行的,并且有如下的发展趋势。
(1) 采用镁合金及镁基复合材料替代武器装备的中、低强度要求的铝合金零件和部分黑色金属零件,实现武器装备轻量化,主要产品有:
①枪械武器: 机匣、弹匣、枪托体、下机匣、提把、前护手、弹托板、瞄具座等。
②装甲车辆:坦克坐椅骨架、机长镜、炮长镜、变速箱箱体、发动机滤座、进出水管、空气分配器座、机油泵壳体、水泵壳体、机油热交换器、机油滤清器壳体、气门室罩、呼吸器等。
③导弹:导弹舱体、舵体本体、仪表舱体、舵架、飞行翼片等。
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④火炮及弹药:供弹箱、牵引器、脚踏板、炮长镜、轮毂、引信体、风帽、火药筒等。
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部件。另外美国钛金属公司Timet分部研制的一种新型抗氧化、超高强钛合金β21S在690℃具有良好的抗氧化性能，可在540℃下长期工作。冷、热加工性能优良，可制成0.064mm的箔材。已被美国国家宇航局确定用作硅/钛复合材料的基体材料，并将用于美国航天飞机的机身和机翼壁板。（2）耐高温性，这项工作开始于20世纪50年代初期，英国、美国和俄罗斯在这方面具有先进水平，英国的IMI829、IMI834钛合金，美国的Ti100、俄罗斯的BT18Y、BT36、BT37已经用在了军用飞机发动机上。（3）阻燃性，20世纪80年代美国的两家公司研制出对持续燃烧不敏感的钛合金Alloy C（Ti-1270），它具有较高的室温强度，并具有良好的室温和高温塑性、蠕变和疲劳性能，已用于F119发动机。我国研制的Ti-40阻燃性能与美国的Ti-1270相当，也用于我国新型的战斗机发动机上。我国的600℃高温钛合金TI60还处于研制阶段。我国航天飞行器上应用的钛及钛合金未来的发展方向是: ①高性能化。即研制具有良好的强度和塑性相配合的高强韧钛合金和耐温性能更优异的钛合金; ②低成本化。即发展不含或少含贵重金属元素的钛合金和易加工成形、易切削加工的钛合金等; ③高加工率。即发展粉末冶金、超 塑成形－ 扩散连接( SPF-DB) 、精密铸造等技术。
三、结语
镁合金及钛合金材料作为21 世纪新型绿色环保结构材料,将在实现产品轻量化技术领域起到越来越重要的作用,西方工业发达国家已将镁合金材料作为重要的战略物资进行研究开发,对其相关材料和制造技术的研究实行严格保密。而我国是镁资源最丰富的国家,可利用的镁资源占世界贮量的70 % ,是世界上原镁生产和出口量最大的国家。但是,我国镁，钛产品和镁合金及钛合金加工技术水平较低,属于典型的以牺牲资源和环境为代价的原料出口性产业。开展兵器用镁合金材料及镁合金及钛合金零件的研发,争取形成具有自主知识产权的镁合金及钛合金在兵器上应用的集成技术,即可加快和推动国防工业科技技术进步,使我国武器研制和生产达到国外同等先进技术水平,同时,也为镁合金及钛合金在民品上的应用提供先进制造技术,拓宽镁合金的应用领域,实现军民品双向互动,带动镁合金产业发展,将我国的镁资源优势转化为镁技术优势和产业优势都具有重大战略意义。
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