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      【擴大鈦應用】鈦:兵器不可或缺的材料
      2021-10-01 08:45:31   來源:中國有色金屬報    點擊:

      作者:王祝堂
       
        鈦合金在兵器工業中獲得了廣泛的應用,成為一種不可或缺的材料,兵器有了鈦,如虎添翼,更顯神通。鈦合金武器不但質量輕、機動性好,而且威力上升,特別適合空降部隊和突擊部隊使用,鈦合金迫擊炮座板比鋼板輕50%以上,鈦合金是制造迫擊炮管、座板、槍管、炮架等的上乘材料,也是制備防護服和頭盔的好材料。
       
        鈦及鈦合金自上世紀40年代中期工業化生產以來,美國及蘇聯就開始關注和研究它們在兵器中的應用,美國沃特敦(Watertown)軍械廠對鈦合金在兵器中的應用做了許多開拓性的工作,是全世界研究鈦合金在武器領域應用最大與最先進的單位。1955年美國兵器工業用鈦57噸,1961年281噸,1971年1040噸,估計2020年已達2100噸,因為是非戰爭時期,所以增長速度并不快。
       
        在火炮中的應用
       
        鈦及鈦合金是制造火炮結構件的重要材料,自上世紀50年代以來,在一些舉世聞名的火炮中有所應用。美國1950年制造的M28型120mm克羅克特(Crockett)無后坐力炮的炮管、藥室、噴管與發射活塞是用Ti-6Al-6V-2Sn-0.5Fe-0.5Cu合金鍛造與擠壓而成,全炮質量68kg,比鋼炮的104.4kg輕了34.9%,拆分后5個人可輕松地背走,1961年,開始批量生產,裝備步兵營、傘兵營、機械化步兵營、坦克營與空降師,具有體積小、質量輕、威力大、機動性高和易偽裝等優點。TI-6Al-6V-2Sn-0.5Fe-0.5Cu是一種(α+β)型合金,退火狀態的力學性能:抗拉強度1098MPa,屈服強度1030MPa,伸長率13%,斷面收縮率37%,布氏硬度34。
       
        上世紀70年代,改用Ti-6Al-4V-2Sn鈦合金制造炮管,用Ti-6Al-4V、Ti-7Al-4Mo與Ti-5Al-1.5Fe-1.4Cr-1.2Mo鈦合金制造藥室、噴管和發射活塞,全炮質量僅49kg,4人可抗著跑步前進。T66型76mm炮的尾架、炮架改用鈦合金后,比鋼的輕93.55kg,僅142.9kg。野炮的鈦合金大架,比鋼的輕42%。爾后,美國用工業純鈦制造T227型81mm迫擊炮的座板,比鋼板的輕50%,只有10.9kg。該炮的炮塞也是鈦合金的,用以連接炮管和座板,在土地面上和碎石地面上進行了數百發試射,均取得了好的效果。T227型81mm迫擊炮改用鈦座板后,質量下降到34kg,射程上升到4500m,而鋼制炮的質量42.25kg,射程3600m,不但質量減輕了20%,射程上升了,而且機動性大為提高。
       
        日本的155mm追擊炮座板改用神戶鋼鐵公司的鈦合金后,質量下降約50%,使用5mm及8mm的Ti-6Al-4V合金板材焊的,試驗表明,焊接質量良好,可完全滿足作戰需要。日本采用TA7合金整體沖壓的100mm迫擊炮座板比鋼制的輕10kg,1981年設計定型,1983年生產列裝。1984年列裝的82mm迫擊炮的炮身、底座和支架改用鈦合金,比鋼制的輕16.6kg。
       
        2007年 1月31日美國《陸軍時報》稱,155mm的M777型新式榴彈炮,是首種使用鈦合金制造的地面作戰系統,比淘汰的M198型火炮約輕3150kg,質量下降近50%?;鹋谙到y質量的下降,并未影響其射程和精度,但機動性卻大大提高。
       
        頭盔、防彈衣等裝備
       
        1959年-1961年美國用Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn鈦合金旋壓M-1型標準頭盔未獲成功,后來改用Ti-4Al-3Mn鈦合金與爆炸成型工藝獲得成功,質量只有0.794kg-1.02kg,在防彈效果方面,鈦盔與鋼盔相同,但鈦盔比標準鋼盔輕0.45kg。
       
        美國用25.4mm厚的由10層尼龍和1層Ti-5Al-2.5Sn鈦合金薄板組成的板材制造防彈背心,其質量僅3.86kg,可以防炮彈、手榴彈、地雷碎片,但不能防7.62mm的槍彈。
       
        俄羅斯聯盟152mm雙管自行炮的炮口制動器是用鈦合金制的,它有兩支炮管,發射時交替使用,發射速度快,火力強,達每分鐘15-18發;機動靈活,越野能力強,還有很強的生存能力。
       
        中國自上世紀70年代開始研究鈦合金在兵器制造中的應用,成效顯著。用TC9鈦合金制造反坦克導彈舵機與架體,它是一種Ti-0.2Pd的α合金,在退火狀態應用;用TC4鈦合金制造的85式高射機槍制退器取得了非常好的效果,后來,用精鑄ZTC4合金取代TC4合金擠壓棒材取得了更好的成效,材料利用率由18%上升到94%,還節省了大量切削加工費,一舉兩得。TC4是一種常用的性能優秀的Ti-6Al-4V合金,α+β型,在退火狀態應用。鈦制的輕型噴火器射程可達70m,是一種近距離輕武器,比鋼制的輕3kg以上,可用工業純鈦、Ti-3Al-2.5V等合金制備。
       
        在此應提到西安莊信新材料科技有限公司、寶雞拓普達鈦業有限公司、寶鈦集團有限公司、寶雞巨成鈦業股份有限公司等,他們對擴大鈦合金在中國兵器領域的應用都作出了貢獻。例如,西安莊信新材料科技有限公司是首家將TC9合金用于國產航空發動機的企業,第一個取得適航證將鈦緊固件用于國產飛機,開中國生產鈦-鋼復合板的先河。
       
       
       
      本文經「原本」原創認證,作者中國有色金屬報社,訪問yuanben.io查詢【4RGJT7UF】獲取授權信息。
       
       
       

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