鎂合金輕量化:鎂合金及其在武器裝備中的應(yīng)用前景
發(fā)布日期:2023-08-30 瀏覽次數(shù):961
鎂合金早在航空和航天領(lǐng)域就開始廣泛應(yīng)用,而且在兵器領(lǐng)域也得到了一定程度的應(yīng)用。據(jù)了解,最早將鎂合金用于軍事工業(yè)的記錄可以追溯到1916年,當時它被用來制造77mm炮彈的引線。然而,由于一些發(fā)達國家面臨資源限制的原因,對于在兵器上使用鎂合金的應(yīng)用一直持謹慎態(tài)度。下面是一些關(guān)于鎂合金在兵器領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)實例:
在火炮及彈藥中的應(yīng)用
法國AMX-30坦克是法國裝甲部隊的主要裝備之一,在二戰(zhàn)后成為法國生產(chǎn)數(shù)量最多的坦克之一。該坦克搭載的CN105F1型105mm線膛炮,其身管熱護套采用了鎂合金材料。這一設(shè)計選擇能夠提供良好的熱傳導(dǎo)性能,有效地降低了身管溫度,提高了火炮的使用壽命。另外,英軍的大口徑120mm BATL6 Wombat無后座力反坦克炮也采用了鎂合金。通過使用鎂合金材料,炮身的重量得到了顯著減輕,結(jié)合配備的M8 0.5英寸步槍,使得整個系統(tǒng)的總重量僅為308公斤。這樣的輕量化設(shè)計使得武器更加便攜,并且有助于提高作戰(zhàn)效率。
在輕武器中的應(yīng)用
美國制造的一種Racegun采用了鎂和鈦合金來制造扳機等零件,這使得其重量減輕了45%,同時擊發(fā)時間也減少了66%。這種輕合金的應(yīng)用可以使戰(zhàn)斗用手槍更加輕便且反應(yīng)更迅速。美國正在研制一種新型的單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)(OICW),該系統(tǒng)具備全面的功能,并且許多零件都采用了輕合金材料。目前,該系統(tǒng)的重量為8.172千克,但軍方仍希望進一步減重1.8千克以上,以提高攜帶和操作的便利性。俄羅斯生產(chǎn)的POSP6×12槍所使用的變焦距觀測鏡殼體采用了鎂合金,這種設(shè)計可以有效地減輕槍支的重量。法國的WK50式反坦克槍榴彈應(yīng)用了鎂合金,這使得整個彈頭的重量僅為800克。鎂合金的輕量化特性對于減輕榴彈負載對士兵的負擔非常有益。這些例子都展示了鎂合金在兵器領(lǐng)域的應(yīng)用,通過使用輕合金材料,可以減輕武器系統(tǒng)的重量并提升性能。需要注意的是,兵器領(lǐng)域的技術(shù)和設(shè)計在不斷發(fā)展和改進,以上信息可能僅代表一定時間段內(nèi)的情況,具體細節(jié)可能有所變化。在戰(zhàn)車中的應(yīng)用
美軍裝備的M274A1型軍用吉普車采用了鎂合金車身及橋殼,大大減輕了重量,具有良好的機動性及越野性能,4個士兵可以抬起來。有的改型還裝上無后座力炮,成了最袖珍的自行火炮。美國水陸兩棲突擊車AAAV采用WE43A鎂合金制造動力傳送艙。
在戰(zhàn)斗機中的應(yīng)用
從鎂合金應(yīng)用歷史上看,在二戰(zhàn)期間,大量的鎂合金應(yīng)用在戰(zhàn)機上。比如圖示的T-38戰(zhàn)斗機使用了292.11kg的鎂合金,60%的鎂合金板材,43%的鑄造鎂合金。
波音開發(fā)的美國 B-52(1952年開始交付)遠程戰(zhàn)略轟炸機(第一代:長48.5m,翼展46.4米,高度12.4米,空重83, 250kg),可執(zhí)行核轟炸和常規(guī)轟炸任務(wù),采用了1,600kg的鎂合金。B-52一共制造744臺,其中美國現(xiàn)役B-52H仍然使用635kg鎂合金板材,200kg鑄件,不過使用部位集中在起落架,操縱系統(tǒng)等非承力或次承力件中。預(yù)計最后一架B-52將于2040年前后退役,屆時服役年限將達到100年。
鎂合金在兵器裝備中的應(yīng)用前景
質(zhì)量是影響兵器裝備實現(xiàn)戰(zhàn)場快速反應(yīng)能力的主要因素之一,所以,現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭對兵器裝備的質(zhì)量指標提出了極為苛刻的要求。發(fā)達國家無一不投入巨資,研究輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料以及與之配套的先進制造技術(shù),以期減輕兵器裝備質(zhì)量,提高兵器裝備的機動性,增加攜彈量和野戰(zhàn)輔助系統(tǒng)用量,提高兵器及士兵戰(zhàn)場生存和作戰(zhàn)能力。鎂合金由于上訴一系列優(yōu)點,成為了兵器輕量化的理想材料。
從兵器零件的使用特點和性能要求分析,槍械武器、裝甲車輛、導(dǎo)彈、火炮、彈藥、光電儀器、武器用計算機及軍用器材中有較大數(shù)量的鋁合金零件和工程塑料件,根據(jù)目前鎂合金材料的性能和使用特點,改用鎂合金材料制造相關(guān)零件,在技術(shù)上是可行的,并且有如下的發(fā)展趨勢。
(1)采用鎂合金及鎂基復(fù)合材料替代武器裝備的中、低強度要求的鋁合金零件和部分黑色金屬零件,實現(xiàn)武器裝備輕量化,主要產(chǎn)品有:
①槍械武器:機匣、彈匣、槍托體、下機匣、提把、前護手、彈托板、瞄具座等。
②裝甲車輛:坦克坐椅骨架、機長鏡、炮長鏡、變速箱箱體、發(fā)動機濾座、進出水管、空氣分配器座、機油泵殼體、水泵殼體、機油熱交換器、機油濾清器殼體、氣門室罩、呼吸器等。
③導(dǎo)彈:導(dǎo)彈艙體、舵體本體、儀表艙體、舵架、飛行翼片等。
④火炮及彈藥:供彈箱、牽引器、腳踏板、炮長鏡、輪轂、引信體、風帽、火藥筒等。
⑤光電產(chǎn)品:鏡頭殼體、紅外成像儀殼體、底座等。
⑥計算機及通信器材:軍用計算機、通訊器材箱體、殼體、板類等零件。
(2)替代工程塑料,解決零件老化、變形和變色的問題。目前,輕武器、光電及通訊器材產(chǎn)品、戰(zhàn)車儀表盤等采用工程塑料制造。工程塑料尤其是纖維增強塑料的比強度最高,但彈性模量小,比剛度遠小于鎂合金,且難以回收,環(huán)境適應(yīng)性差,易磨損和老化變形、變色,既影響兵器戰(zhàn)術(shù)性能,又影響兵器外觀。該類零件采用鎂合金及鎂基復(fù)合材料可以從根本上克服工程塑料的這些缺陷。主要產(chǎn)品有:
①槍械武器:塑料彈匣、護蓋體、附件筒、前護手等。
②光電產(chǎn)品:鏡頭塑料殼體、瞄具塑料殼體、夜視儀塑料殼體等。
③軍用器材:各種儀表盤、通訊器材箱體、殼體零件、軍用頭盔等。
(3)導(dǎo)彈及其他飛行器零部件的鎂合金化。過去鎂合金在導(dǎo)彈上的應(yīng)用較少,只在照明彈中使用鎂粉。近年來鎂合金用于戰(zhàn)術(shù)防空導(dǎo)彈的支座艙段與副翼蒙皮、壁板、加強框、舵面、隔框等零件,材料為MB2、MB3、MB8變形鎂合金。衛(wèi)星上采用ZM5鎂合金制作井字梁與相機架,以及各種儀器支架和殼體等。我國1995年-2000年期間,為了減少脫殼動能穿甲彈重量,開展了高比強鎂合金彈托材料的研究。為滿足導(dǎo)彈、火箭減重及高精度零件(如導(dǎo)彈控制系統(tǒng))對材料高尺寸穩(wěn)定性的需求,發(fā)展高強度、高剛度、低膨脹系數(shù)鎂基復(fù)合材料是重要途徑之一。隨著鎂合金研究的深入及材料性能的提高,鎂合金在兵器裝備中的應(yīng)用會越來越多。
結(jié)語
鎂合金作為一種新型綠色環(huán)保結(jié)構(gòu)材料,在實現(xiàn)產(chǎn)品輕量化技術(shù)方面具有重要的作用。西方工業(yè)發(fā)達國家已將鎂合金作為戰(zhàn)略物資進行研究和開發(fā),并對相關(guān)材料和制造技術(shù)實行嚴格保密。然而,盡管中國是全球鎂資源最豐富的國家,可利用的鎂資源占世界貯量的70%,但我國在鎂產(chǎn)品和鎂合金加工技術(shù)方面仍存在較低水平的情況。目前,我國的鎂產(chǎn)業(yè)往往以犧牲資源和環(huán)境為代價,主要是原料出口型產(chǎn)業(yè)。因此,開展兵器用鎂合金材料及鎂合金零件的研發(fā)并爭取形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鎂合金在兵器上的應(yīng)用集成技術(shù),具有重要意義。這一舉措可以加快和推動國防工業(yè)科技技術(shù)的進步,使我國武器研制和生產(chǎn)能夠達到國外同等先進技術(shù)水平。同時,該技術(shù)的發(fā)展也將為鎂合金在民用領(lǐng)域的應(yīng)用提供先進的制造技術(shù),拓寬鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域,實現(xiàn)軍民兩用的互動,促進鎂合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。將我國豐富的鎂資源轉(zhuǎn)化為鎂技術(shù)優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢對于我國具有重大的戰(zhàn)略意義。這種轉(zhuǎn)變不僅可以推動國防工業(yè)的發(fā)展,還可以為其他領(lǐng)域的鎂合金應(yīng)用提供支持,促進我國的科技進步和經(jīng)濟發(fā)展。