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【扩大钛应用】钛:兵器不可或缺的材料
2021-10-01 08:45:31   来源:中国有色金属报    点击:

作者:王祝堂
 
  钛合金在兵器工业中获得了广泛的应用,成为一种不可或缺的材料,兵器有了钛,如虎添翼,更显神通。钛合金武器不但质量轻、机动性好,而且威力上升,特别适合空降部队和突击部队使用,钛合金迫击炮座板比钢板轻50%以上,钛合金是制造迫击炮管、座板、枪管、炮架等的上乘材料,也是制备防护服和头盔的好材料。
 
  钛及钛合金自上世纪40年代中期工业化生产以来,美国及苏联就开始关注和研究它们在兵器中的应用,美国沃特敦(Watertown)军械厂对钛合金在兵器中的应用做了许多开拓性的工作,是全世界研究钛合金在武器领域应用最大与最先进的单位。1955年美国兵器工业用钛57吨,1961年281吨,1971年1040吨,估计2020年已达2100吨,因为是非战争时期,所以增长速度并不快。
 
  在火炮中的应用
 
  钛及钛合金是制造火炮结构件的重要材料,自上世纪50年代以来,在一些举世闻名的火炮中有所应用。美国1950年制造的M28型120mm克罗克特(Crockett)无后坐力炮的炮管、药室、喷管与发射活塞是用Ti-6Al-6V-2Sn-0.5Fe-0.5Cu合金锻造与挤压而成,全炮质量68kg,比钢炮的104.4kg轻了34.9%,拆分后5个人可轻松地背走,1961年,开始批量生产,装备步兵营、伞兵营、机械化步兵营、坦克营与空降师,具有体积小、质量轻、威力大、机动性高和易伪装等优点。TI-6Al-6V-2Sn-0.5Fe-0.5Cu是一种(α+β)型合金,退火状态的力学性能:抗拉强度1098MPa,屈服强度1030MPa,伸长率13%,断面收缩率37%,布氏硬度34。
 
  上世纪70年代,改用Ti-6Al-4V-2Sn钛合金制造炮管,用Ti-6Al-4V、Ti-7Al-4Mo与Ti-5Al-1.5Fe-1.4Cr-1.2Mo钛合金制造药室、喷管和发射活塞,全炮质量仅49kg,4人可抗着跑步前进。T66型76mm炮的尾架、炮架改用钛合金后,比钢的轻93.55kg,仅142.9kg。野炮的钛合金大架,比钢的轻42%。尔后,美国用工业纯钛制造T227型81mm迫击炮的座板,比钢板的轻50%,只有10.9kg。该炮的炮塞也是钛合金的,用以连接炮管和座板,在土地面上和碎石地面上进行了数百发试射,均取得了好的效果。T227型81mm迫击炮改用钛座板后,质量下降到34kg,射程上升到4500m,而钢制炮的质量42.25kg,射程3600m,不但质量减轻了20%,射程上升了,而且机动性大为提高。
 
  日本的155mm追击炮座板改用神户钢铁公司的钛合金后,质量下降约50%,使用5mm及8mm的Ti-6Al-4V合金板材焊的,试验表明,焊接质量良好,可完全满足作战需要。日本采用TA7合金整体冲压的100mm迫击炮座板比钢制的轻10kg,1981年设计定型,1983年生产列装。1984年列装的82mm迫击炮的炮身、底座和支架改用钛合金,比钢制的轻16.6kg。
 
  2007年 1月31日美国《陆军时报》称,155mm的M777型新式榴弹炮,是首种使用钛合金制造的地面作战系统,比淘汰的M198型火炮约轻3150kg,质量下降近50%。火炮系统质量的下降,并未影响其射程和精度,但机动性却大大提高。
 
  头盔、防弹衣等装备
 
  1959年-1961年美国用Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn钛合金旋压M-1型标准头盔未获成功,后来改用Ti-4Al-3Mn钛合金与爆炸成型工艺获得成功,质量只有0.794kg-1.02kg,在防弹效果方面,钛盔与钢盔相同,但钛盔比标准钢盔轻0.45kg。
 
  美国用25.4mm厚的由10层尼龙和1层Ti-5Al-2.5Sn钛合金薄板组成的板材制造防弹背心,其质量仅3.86kg,可以防炮弹、手榴弹、地雷碎片,但不能防7.62mm的枪弹。
 
  俄罗斯联盟152mm双管自行炮的炮口制动器是用钛合金制的,它有两支炮管,发射时交替使用,发射速度快,火力强,达每分钟15-18发;机动灵活,越野能力强,还有很强的生存能力。
 
  中国自上世纪70年代开始研究钛合金在兵器制造中的应用,成效显著。用TC9钛合金制造反坦克导弹舵机与架体,它是一种Ti-0.2Pd的α合金,在退火状态应用;用TC4钛合金制造的85式高射机枪制退器取得了非常好的效果,后来,用精铸ZTC4合金取代TC4合金挤压棒材取得了更好的成效,材料利用率由18%上升到94%,还节省了大量切削加工费,一举两得。TC4是一种常用的性能优秀的Ti-6Al-4V合金,α+β型,在退火状态应用。钛制的轻型喷火器射程可达70m,是一种近距离轻武器,比钢制的轻3kg以上,可用工业纯钛、Ti-3Al-2.5V等合金制备。
 
  在此应提到西安庄信新材料科技有限公司、宝鸡拓普达钛业有限公司、宝钛集团有限公司、宝鸡巨成钛业股份有限公司等,他们对扩大钛合金在中国兵器领域的应用都作出了贡献。例如,西安庄信新材料科技有限公司是首家将TC9合金用于国产航空发动机的企业,第一个取得适航证将钛紧固件用于国产飞机,开中国生产钛-钢复合板的先河。
 
 
 
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