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【扩大钛应用】钛材料提升坦克和装甲车战斗力
2021-08-13 09:11:11   来源:中国有色金属报    点击:

作者:王祝堂
 
  在坦克和装甲车制造中,无论是过去和现在,还是在可预见的时期内,钢都是占主导地位的关键材料。但如今钛合金也成了一类不可或缺的重要材料,用的合金以TC4、Ti-4Al-4V、Ti-4AI-4Mn、Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si(Ti metal 62S)、Ti-6Al-6V-2Sn-0.5Fe-0.5Cu为主。TC4合金(Ti-6Al-4V)是一种最为成熟的神通广大的万能合金,在每年全世界用的结构钛合金中,TC4合金几乎占了50%。Ti-6Al-6V-2 Sn-0.5 Fe-0.5 Cu合金与中国的TC10合金相当(质量%): Al5.5~6.5,Sn1.5~2.5,V5.5~6.5,Fe0.35~1.0,Cu0.35~1.0,C≤0.10,N≤0.04,B≤0.015,O≤0.20,其他单个≤0.1、合计≤0.4,其余为Ti。
 
  20世纪90年代,美国M1艾布拉姆斯(Abrams)主战坦克和M2布雷德利(Bradley)装甲车用钛合金板装甲(RHA)。对M1A2主战坦克将7个钢制部件改为钛合金的,原来钢制件的质量1591kg,而钛合金件质量1116kg,减轻了475kg,即减轻了29.86%,那7个部件是:回转炮塔板,发动机顶盖和炮塔主轴架,核战、生物和化学武器对抗系统护盖,指挥舱盖和车长热成像观察仪罩,炮手主瞄准罩。
 
  M2战车指挥舱盖和顶部装甲原是铝合金锻造的,后改为Ti-6Al-4V钛合金厚100mm~127mm的板材,1997年首批改装了580辆车。项部装甲板改用钛合金板后,质量减轻了35%。据悉,所用钛合金是用低成本电子束冷床炉熔炼的,同时还研制成功低成本的不含钒的Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si(Time 62S)合金。为了推广钛合金在兵器上的应用,美国水城兵工厂(Water city Works)对钛合金的抗弹性能进行了系统的研究,最终确定:钛合金是一种良好的装甲材料,在与防弹钢等同性能时,钛合金装甲材料的厚度比钢材的厚25%,但由于钛的密度低,相应的钛合金装甲质量却比钢的轻25%。
 
  1953年,美国底特律(Detroit)兵工厂用RC-130AW钛合金板制造T55型装甲车的顶部装甲,板厚16mm,用37mm穿甲弹试射时,各项性能都较好。1956年,美国用Ti-6Al-4V-2Sn-0.5Fe-0.5Cu钛合金锻造坦克履带和负重轮,装于50t坦克上,通过了3380km越野试验,状态良好。
 
  1960年,水城兵工厂用Ti-6Al-4V和Ti-4Al-4V制造了M-21(XM-13)型指挥车的两座指挥塔,用20mm的炮弹进行实弹试验,用了两种弹速,一种为450m/s,没有打穿,但板的背面出现了裂纹;第二种弹速为504m/s,射穿钛板,子弹卡于板上,但裂纹没有扩展,结果令人满意。钢指挥塔重281kg,而钛合金的只有177kg,比钢的轻37%。
 
  此外,美国还用钛合金制造了坦克的一些其它零件,诸如主动轴、悬挂臂、拖杆、扭力轴、前轴,它们的质量比钢制的轻得多。主动轴是一个很重要的零件,是用Ti-4Al-4Mn合金锻造的,进行了9654km的跑车与制动试验,一切都令人满意。
 
  美国陆军用Ti-6AI-4V合金锻造的T109型坦克的履带(含履带板、销钉、中心导块及其边、链等)取得了很好的效果。钛合金履带板与橡胶的粘接性能比钢的好一些,而质量约比钢制的轻40%。经表面处理的这种履带在中型坦克上进行了1352km的野外狂跑试验,取得了设计效果。
 
 
 
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