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俄烏沖突進(jìn)行時，讓我們一起來了解一些軍工材料吧

2022-03-18 15:01:37 作者：中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng) 來源：中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng) 分享至：

俄烏戰(zhàn)爭背后，莫斯科的眼淚

引爆在東歐的一場戰(zhàn)爭，牽動著數(shù)十億人的心神。

各種媒體充斥著相關(guān)新聞，拜登又出臺了什么制裁政策，前線戰(zhàn)況激烈，俄烏之間的談判進(jìn)展如何……

看客們或義憤填膺，或熱血沸騰，或冷眼旁觀。

更多真實(shí)的，如你我這般普通人的故事，卻往往看不到。基輔出口，出現(xiàn)長達(dá)數(shù)公里的堵塞，人們正在逃離首都。有人跪在街頭，向上帝乞求和平。邊境線上，多達(dá)104萬烏克蘭難民擁擠著，且正以平均每天新增14萬人的速度迅速增加。

戰(zhàn)火就燃在自己的家園，烏克蘭人民當(dāng)然是最凄慘的。

只是有些媒體，一味宣揚(yáng)烏克蘭方面的傷亡，反過來突出俄羅斯的罪惡。

導(dǎo)致很少有人關(guān)注到，在戰(zhàn)爭中，俄羅斯普通人的日子，同樣不好過。沒有人比當(dāng)?shù)氐睦习傩崭宄约旱奶幘场Ｒ矝]人是傻子。因?yàn)槲鞣降闹撇茫R布在國際市場一度暴跌30%，相當(dāng)于俄羅斯平民手中的現(xiàn)金資產(chǎn)，直接蒸發(fā)掉30%。就算加息到20%，也于事無補(bǔ)。把錢放在銀行，貶值的速度超過發(fā)錢的速度，越來越虧。

別說普京，耶穌來了也罩不住。

無論是哪一國的平民，都是受害者。所以現(xiàn)在，有一個最現(xiàn)實(shí)的問題，俄烏之戰(zhàn)到底要持續(xù)多久？但是這個問題并不是你我小老百姓所能解決和決定的。所以，今天我們不多聊戰(zhàn)爭啦，隨小編來了解一些軍工用材吧。

一、常規(guī)武器用鋼

常規(guī)武器用鋼（steels for conventional weapons）是用于制造槍、炮、坦克和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈等武器主要部件的合金結(jié)構(gòu)鋼的總稱。現(xiàn)代化的常規(guī)武器都具有火力威力大和靈活機(jī)動性好的特點(diǎn)，對槍、炮鋼的技術(shù)要求取決于它們的射擊參量（如火炮的瞠壓，炮彈的初速度，射擊速度，射程等）和炮彈的炸裂參量（如炸片的有效數(shù)量，炸片速度等），而坦克和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈用鋼則取決于武器的自重以及從一個地方運(yùn)動到另一個地方所需要的時間。設(shè)計制造各類常規(guī)武器主要部件所選用的鋼材，必須滿足這些技術(shù)要求。

常規(guī)武器用鋼主要包括厚壁大口徑火炮身管用鋼、炮彈彈體用鋼、均質(zhì)裝甲鋼和導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)殼體用鋼。

厚壁大口徑火炮身管用鋼

在射擊時，火炮身管承受著很復(fù)雜的應(yīng)力。由于要經(jīng)受射擊參量（如炮彈初速度可達(dá)500～3000m/s），高溫、高壓、高速火藥氣體對管壁的作用和沖擊，炮彈對管壁的擠壓，形成了很高的切向應(yīng)力；而且身管表面經(jīng)受著交替地快速加熱（以10℃/s的加熱速率使溫度升高到710℃以上）和快速冷卻（10℃/s），使鋼的組織產(chǎn)生了奧氏體和馬氏體的反復(fù)相變，形成了很大的組織應(yīng)力和熱梯度。苛刻的服役條件對火炮身管用鋼提出了很高的要求，所以炮鋼應(yīng)具有如下性能：高橫向比例極限σp或高屈服強(qiáng)度σ0.1，在射擊時不產(chǎn)生永久變形；高橫向室溫和-40℃的低溫韌性，在射擊時不發(fā)生脆性斷裂；低裂紋擴(kuò)展速率，高的周期疲勞次數(shù)，從而具有很長的使用壽命。為使身管用鋼在射擊條件下不軟化脹膛，還應(yīng)具有高的高溫強(qiáng)度。

為保證大口徑火炮身管用鋼良好的綜合性能，在合金設(shè)計上，世界各國普遍都采用鎳鉻鉬釩系列（見表1）。為保證鋼的淬透性和改善鋼的低溫韌性，都添加較高的鎳，通常為3.O%～3.5%。但從表1可看出，美國的155mm身管用鋼與175mm身管用鋼相比，在合金設(shè)計上是有差異的。155mm身管用鋼的碳含量約降低了O.05%，這有利于韌性的提高；鉻含量約降低了O.6%，有利于細(xì)化晶粒提高韌性；釩含量約增加O.10%，對韌性是不利的。

厚壁大口徑火炮身管用鋼具有高橫向比例極限或高屈服強(qiáng)度和良好的低溫韌性（見表2）。為保證這些性能，在熱處理工藝中，美國175mm身管用鋼和中國相應(yīng)的身管用鋼都采用高溫正火加低溫淬火加回火的熱處理工藝，使鋼的成分和組織均勻化，進(jìn)一步細(xì)化晶粒，以獲得良好的綜合力學(xué)性能。表2大口徑火炮身管用鋼的力學(xué)性能。

炮彈彈體用鋼

為保證炮彈具有很大的殺傷威力，因此炮彈彈體用鋼，通常都采用高強(qiáng)度、低韌性的鋼。在合金設(shè)計中，通常都采用高碳、高錳、高硅和其他脆性元素，使鋼中碳化物數(shù)量增加、回火脆性傾向增大、奧氏體晶粒粗大化，以保證彈體鋼具有很高的破片率，從而增大殺傷威力。彈體鋼的化學(xué)成分示于表3，力學(xué)性能示于表4。

均質(zhì)裝甲鋼

在戰(zhàn)爭中裝甲鋼將受到不同距離、口徑、速度的各種彈丸的沖擊與爆炸物的轟擊，瞬間承受巨大的動能、破片、沖擊波和聚能效應(yīng)，使裝甲鋼在高溫、高壓和高速作用下發(fā)生塑性變形、破裂、甚至部分熔化或氣化。因此要求裝甲鋼具有良好的抗彈性能。裝甲鋼的抗彈性能主要是指其抗彈丸的侵徹能力、抗沖擊能力和抗崩落能力。抗侵徹能力是指在一定裝甲厚度和彈丸著角的條件下，裝甲鋼不被擊穿的最大動能彈著速或能抵御某種標(biāo)準(zhǔn)破甲彈的能力。一般認(rèn)為它隨著裝甲材料的硬度和彈性模量的提高而提高。抗沖能力是指在彈丸的高速沖擊下，裝甲不發(fā)生開裂和崩落等損傷的能力。它與材料的韌性和強(qiáng)度有關(guān)。所以要求裝甲鋼具有良好的抗侵徹、抗沖擊和抗崩落等能力，即要求裝甲鋼應(yīng)具有高強(qiáng)度和良好的韌性，以提高鋼的抗彈性能。在制造裝甲車輛的過程中，還要求裝甲鋼具有良好的冷熱加工性能和焊接性能。典型的均質(zhì)裝甲鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能列于表5和表6。

導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)殼體用鋼

為減輕導(dǎo)彈彈體的重量，要求殼體用鋼應(yīng)具有高的比強(qiáng)度，以增大火箭的推力；為防止低應(yīng)力破壞，要求殼體用鋼應(yīng)具有高的斷裂韌性；為降低制造成本，要求殼體用鋼應(yīng)具有良好的加工性能和焊接性能。

導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)殼體用鋼的合金設(shè)計，通常都采用中碳的鎳、鉻、鉬、釩系列（見表7）。碳可提高鋼的強(qiáng)度，但對鋼的塑性和韌性有害，在保證強(qiáng)度的前提下，其含量應(yīng)盡量低，一般為O.3%～O.4%；為保證鋼的淬透性，應(yīng)加入適量的鎳、鉻和鉬；由于鉻在鋼中能生成Cr7C3碳化物，降低了最大阻力的溫度（或二次硬化溫度），為防止軟化的產(chǎn)生，鋼中的鉻含量應(yīng)受到限制。力學(xué)性能示于表8。從表8可以看出，在熱處理過程中，對硅、鉬含量較高的鋼種，可采用中溫回火，對硅、鉬含量較低的鋼種，可采用低溫回火。

冶煉工藝

制造現(xiàn)代化常規(guī)武器主要構(gòu)件所選用的鋼材，基本上都是高強(qiáng)度鋼或超高強(qiáng)度鋼。這兩類鋼都易于出現(xiàn)低溫（-40℃）脆化和缺口脆化。提高鋼的純凈度，即降低鋼中的硫、磷含量，減少鋼中非金屬夾雜物和氣體含量，是減輕這兩種脆化傾向和提高鋼的韌性的有效途徑。結(jié)構(gòu)材料冶金工藝的發(fā)展，總是在解決“強(qiáng)度高、韌性低”的矛盾中前進(jìn)的。特種冶金的出現(xiàn)，適應(yīng)了這種要求。美國175mm加農(nóng)炮身管用鋼，采用真空碳脫氧工藝冶煉。英國挑戰(zhàn)者坦克裝備的120mm線膛炮采用電渣重熔法冶煉。

20世紀(jì)50年代，采用堿性平爐雙聯(lián)法冶煉了加農(nóng)炮身管；70年代，采用電渣重熔法冶煉了加榴炮身管；80年代中期，采用堿性電爐加噴粉處理加電渣重熔法冶煉了加農(nóng)炮身管；坦克炮身管是用堿性電爐加噴粉處理加真空脫氣工藝冶煉的。超高強(qiáng)度鋼，通常采用真空感應(yīng)爐加真空白耗爐的雙真空冶煉法冶煉。均質(zhì)裝甲鋼，最近采用電爐加鋼包精煉爐冶煉，使鋼中的氧含量達(dá)到20×10、氫含量1.5×10、氮含量56×10。

發(fā)展趨勢

隨著現(xiàn)代冶金技術(shù)的發(fā)展，常規(guī)武器用鋼得到了迅速的發(fā)展。

厚壁大口徑火炮身管用鋼服役條件非常苛刻，要承受高速、高溫、高壓、急冷急熱、反復(fù)交變載荷等的作用，因此要求身管用鋼必須具有高比例極限郎或高屈服強(qiáng)度和良好的沖擊韌性。為達(dá)到這個目的，厚壁大口徑火炮身管用鋼正向追求良好綜合性能方向發(fā)展，主要發(fā)展有兩個。一是以美國為代表。開發(fā)高強(qiáng)度身管用鋼，最高屈服強(qiáng)度σ0.1已達(dá)1240～1310MPa，但該鋼的沖擊韌性比較低，僅為8.3J；二是以中國為代表，重視開發(fā)強(qiáng)韌性匹配好的身管用鋼，把屈服強(qiáng)度適當(dāng)降低到980～1120MPa的水平。通過降低鋼中碳含量和提高鎳含量，提高了身管用鋼的韌性，獲得了良好的綜合性能，延長了身管用鋼的使用壽命。

均質(zhì)裝甲鋼的最新發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個方面。在合金設(shè)計思想上，世界各國普遍采用多元少量的合金設(shè)計方法，開發(fā)中、低碳的低合金裝甲鋼，不但改善了鋼的工藝性能，也降低了鋼的生產(chǎn)和加工成本；在鋼的冶煉技術(shù)上，普遍采用高純化冶煉技術(shù)，大幅度降低鋼中的硫和磷，如爐外精煉、噴射冶金和電渣重熔等，其中以電渣重熔法采用的最多。美國和前蘇聯(lián)采用電渣重熔法冶煉的裝甲鋼，其抗穿甲彈的侵徹能力可提高30%～40%。并已分別列入本國的軍標(biāo)中；在軋制工藝上，普遍采用控制軋制和控制冷卻技術(shù)生產(chǎn)裝甲鋼，進(jìn)一步降低了鋼的焊接碳當(dāng)量，改善了鋼的焊接工藝性，降低了生產(chǎn)成本；在裝甲類型上，普遍采用復(fù)合裝甲。作為復(fù)合裝甲重要組成部分的均質(zhì)裝甲鋼，正向中、薄板方向發(fā)展，一般使用厚度為35mm以下，最厚不超過50mm。為提高裝甲的防護(hù)水平，美國研制成功了貧鈾復(fù)合裝甲，已在美國M1A1型主戰(zhàn)坦克上應(yīng)用，具有很高的防護(hù)水平，防穿甲大于600mm，防破甲大于130mm，成為世界上最先進(jìn)的復(fù)合裝甲之一。因此，積極開展貧鈾裝甲材料的研究是裝甲鋼發(fā)展的另一個新方向。炮彈彈體用鋼，目前正在向高強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度高于1000～1400MPa）、高破片率和低韌性方向發(fā)展，以不斷提高炮彈的殺傷威力和殺傷面積。彈體鋼韌性低、脆性大，可大幅度提高有效破片率，進(jìn)而提高殺傷威力。但是，彈體鋼的低韌性也是有限度的，至少要滿足彈體在制造、運(yùn)輸、儲存和安全使用等方面的要求。因此，炮彈彈體鋼的高強(qiáng)度、高破片率和低韌性的合理匹配，也是重點(diǎn)的研究方向之一。

二、坦克材料系列 —— 工作于最惡劣環(huán)境的炮鋼

坦克的任務(wù)是打擊2000米以外的裝甲，因?yàn)槟繕?biāo)一般為移動目標(biāo)，采用平直低伸的彈道，極高的初速度，眨眼瞬間已經(jīng)擊穿幾公里外的目標(biāo)。想把炮彈在瞬間彈到幾公里以外，需要巨大的爆炸能量，而這一巨大能量作用于炮彈的同時也作用于炮筒上，炮筒必須把這一巨大的爆炸所產(chǎn)生的一切壓力，熱量都要默默承受。

坦克炮管的工作時間只有3秒，是指把所有炮管壽命內(nèi)所發(fā)射的炮彈從引爆到發(fā)射出去的時間加到一起大概真的就幾秒時間，所以您大概可以從側(cè)面理解為什么說“工作于最惡劣環(huán)境的炮鋼”，下面就從以下幾個方面聊一下，炮管在其短暫的壽命瞬間都經(jīng)歷了些什么？及如何從材料的加工角度讓炮管很好的完成其短暫但卻重要的一生？

1、膛壓有多多大？

2、人多力量大么？—— 身管自緊的作用

01 膛壓有多多大？

多大的膛壓能把炮彈瞬間彈到幾公里之外，在網(wǎng)上很容易找到幾知名現(xiàn)代主戰(zhàn)坦克的數(shù)據(jù)：豹2主戰(zhàn)坦克安裝萊茵金屬公司研制的120mm滑膛炮，炮管長5.3m，設(shè)計膛壓為710MPa，實(shí)際使用膛壓為500MPa。

500MPa可能您沒有直觀的認(rèn)識，先解釋一下M Pa 這個單位，M為兆，即一百萬，Pa為壓強(qiáng)單位，每平米一個牛頓的力，一個牛頓力約為0.1公斤重量產(chǎn)生的力，那個500MPa這個壓強(qiáng)就是將5千萬公斤重量均布在1平方米上，或5噸重量均布在1平方厘米上，約為一頭大象壓在1平方厘米上產(chǎn)生的力的效果。

可以再換一個角度解釋一下坦克膛壓有多大，我們在一般平原地區(qū)日常生活承受的大氣壓，稱之為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，約為0.10133MPa。潛水艇每下潛10米，承受的壓力增加一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，美國洛杉磯潛艇能夠下潛的極限深度為530米，也就是53個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即不足5.4兆帕。現(xiàn)在對于坦克炮幾百兆帕的膛壓是不是有了一個大致概念。

下面您可能有進(jìn)一步疑問，那么這么大的工作壓強(qiáng)需要炮鋼擁有多大的強(qiáng)度才能消化的了呢？我們常見的鋼鐵為Q235，Q355，數(shù)字代表強(qiáng)度，是否可以作為炮鋼呢？

我們需要計算在炮管承受500MPa壓強(qiáng)時，在炮管內(nèi)部產(chǎn)生的等效應(yīng)力為多大？在網(wǎng)上找到厚壁圓筒應(yīng)力分析方法，首先介紹一下為什么用厚壁，材料力學(xué)為計算的方便定義外徑/內(nèi)徑比值大于1.1~1.2時稱為厚壁，而小于1.1稱為薄壁，坦克炮管為承受那么大的壓強(qiáng)肯定比較厚，適合用厚壁圓筒應(yīng)力分析方法。

圖 2 厚壁圓筒受壓示意

厚壁圓筒內(nèi)壓為Pi，外壓為Po，分析圓筒壁內(nèi)任一點(diǎn)處的應(yīng)力，用相距dr的兩個同心圓柱面，互成dθ角的兩個相鄰縱截面及相距dz的兩個水平面截取一個微小扇形六面體所受應(yīng)力，如圖2所示，求出徑向應(yīng)力σr，、周向應(yīng)力σθ ，和軸向應(yīng)力σz，結(jié)果如圖3所示。

圖 3 厚壁圓筒管壁內(nèi)應(yīng)力趨勢示意圖

周向應(yīng)力σθ 及軸向應(yīng)力σz均為拉應(yīng)力（正值），徑向應(yīng)力σr為壓應(yīng)力（負(fù)值）。周向應(yīng)力σθ 在內(nèi)壁處最大，外壁處最小。徑向應(yīng)力內(nèi)壁處為-Pi，隨著r增加，徑向應(yīng)力絕對值逐漸減小，在外壁處σr=0；軸向應(yīng)力σz為一常量，沿壁厚均勻分布。我們可以看出內(nèi)壁處的徑向應(yīng)力，及周向應(yīng)力都是最大的，耐軸向應(yīng)力為常值，所以可以得出內(nèi)壁處的等效應(yīng)力肯定也是最大的，等效應(yīng)力是材料力學(xué)中將三個方向的正應(yīng)力和切應(yīng)力折算成一個等效應(yīng)力，再用這一個等效應(yīng)力按材料強(qiáng)度選擇材料。

那么到底等效應(yīng)力有多少大呢，如果按內(nèi)壓為300~550MPa，而忽略較小的外壓，按壁厚系數(shù)k=1.5和2分別計算一下。計算結(jié)果如下表1所示。當(dāng)壁厚系數(shù)k為2時，即外徑為內(nèi)徑的2倍，當(dāng)內(nèi)壓為300MPa時，約為二戰(zhàn)蘇聯(lián)坦克T-62的內(nèi)壓，此內(nèi)壓所引起的內(nèi)壁等效應(yīng)力為693MPa；當(dāng)內(nèi)壓增至500MPa時，引起的內(nèi)壁等效應(yīng)力為1155MPa，我們常見Q355鋼的屈服強(qiáng)度為355MPa，而500MPa膛壓所產(chǎn)生的應(yīng)力約為Q355屈服強(qiáng)度的3-4倍。

表 1 不同膛壓及壁厚系數(shù)時內(nèi)壁應(yīng)力值

02 人多力量大么？—— 身管自緊的作用

人多力量大的么？答案大家估計都知道，因?yàn)槲覀冏怨庞?ldquo;濫竽充數(shù)”的典故，這里從另一個角度來聊一下這個問題，答案也可能是人多可能會增加一點(diǎn)力量，但力量的增加與人數(shù)的增加并不成正比，因?yàn)樵黾拥娜瞬辉谄湮唬赡軐κ虑樨暙I(xiàn)的程度不如在位人那么大。

拿我們本文的主角炮管來說，當(dāng)內(nèi)部受裝藥爆炸壓力時，炮管壁上所受的應(yīng)力并不均勻，我們在上一節(jié)的計算結(jié)果可以看出，內(nèi)壁處的壓力是最大，而隨著位置往外推移，所受的應(yīng)力是下降的，而到最外壁時應(yīng)力達(dá)到最小。用有限元做個簡單的模擬，內(nèi)部膛壓設(shè)為500MPa，內(nèi)徑設(shè)為120mm，壁厚系數(shù)為2時，所得到的等效應(yīng)力結(jié)果為圖4所示，紅色應(yīng)力最大，之后到黃綠逐漸減小，再到藍(lán)色應(yīng)力最小。

圖 4 炮管受力云圖

這種情況下的結(jié)果是，最前沿所受的壓力可能已經(jīng)大到超出其極限而無法承受，但后方的卻沒有體會到有多大的壓力，而產(chǎn)生這樣結(jié)果的原因就是不在其位，我們的古話“不在其位，不謀其政”，從這一結(jié)果也可以得到一種闡釋，你不在其位，你受到壓力的程度及你所擁有的資源都無法使你很好的解決問題。

那么我們會想到新的問題，人多真的就沒用了么？當(dāng)然不是，對于炮管有一種技術(shù)叫身管自緊技術(shù)，可以讓外壁材料貢獻(xiàn)更多的力量。通過機(jī)械或液壓的方法對其膛內(nèi)施以高壓，那么通過前述介紹我們知道炮管壁內(nèi)部受力大，而外部受力小，而所加的力掌握在使內(nèi)壁產(chǎn)生塑性變形（圖中Plastic Zone 區(qū)域）不開裂，但使外壁保留一部分在彈性變形范圍（圖中Elastic Return Zone區(qū)域）。這里解釋一下當(dāng)材料受力由小到大，先是產(chǎn)生彈性變形，就像橡皮筋一樣彈性變形不是永久的變形泄力后會恢復(fù)，當(dāng)力再增加就會產(chǎn)生塑性變形，塑性變形是永久變形，再增加力就會拉斷。這樣當(dāng)自緊過程結(jié)束后，內(nèi)壁由于產(chǎn)生的是塑性變形比初始時增大了，而外壁產(chǎn)生的是彈性變形要恢復(fù)初始大小但內(nèi)壁變大了不讓外壁恢復(fù)，這樣炮管內(nèi)壁產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力（High compressive hoop stress），外壁產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力（Moderate tensile hoop stress）。

圖 5 身管自緊過程及之后的應(yīng)力云圖

經(jīng)過自緊的炮管在承受發(fā)射產(chǎn)生的高膛壓時，炮管內(nèi)壁的殘留壓應(yīng)力將部分抵消火藥爆炸帶來的巨大拉應(yīng)力，從而改善火炮內(nèi)層金屬的受力狀況。但對于炮管來說，身管自緊技術(shù)所帶來的好處卻不僅僅是改善受力情況：

提高了炮管的強(qiáng)度，身管自緊技術(shù)，相當(dāng)于使炮管壁受力更加均勻，壁內(nèi)外一齊抵抗外力，相當(dāng)于增加了炮管的強(qiáng)度。炮管強(qiáng)度增加，意味著所能承受的壓力也會增加。有資料表明，管道最高可達(dá)1.8倍原來壓力。

提高了炮管的壽命，正常情況下炮管是疲勞損傷，就是剛開始是微小裂紋，之后在外力作用下微裂紋一點(diǎn)一點(diǎn)擴(kuò)張成宏觀裂紋，最后至斷裂。產(chǎn)生裂紋相當(dāng)于裂口要張開，受拉力會使裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，而壓力使裂紋閉合的趨勢。而在受力最惡劣的內(nèi)壁由于身管自緊殘留了壓應(yīng)力，在一定程度上減緩裂紋擴(kuò)展的速度，提高了炮管的壽命。

可減少炮管壁厚，前文我們重點(diǎn)講了，坦克不單要求有很強(qiáng)的火力，而且要平衡其機(jī)動性能，即在提高炮口能量、射擊精度和使用壽命的基礎(chǔ)上，要盡可能減輕火炮重量和縮小火炮尺寸。身管自緊技術(shù)可提高炮管的強(qiáng)度，為一定程度上減輕炮管重量提供了可能。

身管自緊工藝廣泛應(yīng)用于先進(jìn)的工業(yè)、汽車、航空航天和國防系統(tǒng)，以增加操作壓力；應(yīng)用自增強(qiáng)工藝來提高零件的疲勞壽命是必要的。該技術(shù)通常用于制造高壓泵缸、柴油發(fā)動機(jī)燃油噴射系統(tǒng)以及艦船和坦克炮筒。同樣，該工藝也用于油氣井中管狀部件的膨脹。

在現(xiàn)實(shí)工程中，還有一些預(yù)應(yīng)力的鋼構(gòu)與身管自緊技術(shù)原理相似，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)（prestressed steel structure）是指在結(jié)構(gòu)工作以前，對鋼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件用特定的方法預(yù)加初應(yīng)力，其應(yīng)力符號與工作荷載引起的應(yīng)力符號相反；當(dāng)工作施加荷載時，預(yù)加的初始應(yīng)力可先抵消一部分工作載荷，這樣可使構(gòu)件承受更大的工作載荷，以保證結(jié)構(gòu)的安全和正常使用。

總結(jié)

炮管在炮彈發(fā)射時承受巨大的膛壓，高達(dá)500MPa，在管壁內(nèi)引起的應(yīng)力達(dá)1000MPa以上，約是普通鋼鐵強(qiáng)度的3-4倍。

身管自緊工藝是一種預(yù)應(yīng)力技術(shù)，可顯著提升炮管承壓能力，還可以顯著提升炮管疲勞壽命。

預(yù)應(yīng)力技術(shù)在現(xiàn)實(shí)的工程鋼構(gòu)中也有應(yīng)用，同樣可提升鋼構(gòu)的承載能力。

上面介紹了坦克炮發(fā)射時的膛壓非常大，對炮管壁產(chǎn)生巨大的沖擊力，但這只是炮鋼惡劣工況之一，本文接著聊火炮身管的另一個嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，高溫?zé)g及磨損，及如何提高炮管耐燒蝕性能。之后總結(jié)火炮這種惡劣的工作環(huán)境對身管材料的要求及炮鋼的發(fā)展。最后簡要介紹炮管如何在帶著裂紋工作時保證可靠性。

1. 炮管的燒蝕

2. 如何提高炮管耐燒蝕性能

3. 炮鋼的材料性能要求及發(fā)展

4. 輕傷不下火線—— 帶著裂紋工作的炮管

01 炮管的燒蝕

自從火炮作為兵器出現(xiàn)以來，人們就不斷改進(jìn)其性能，以期將更重的炮彈更精準(zhǔn)地投射到更遠(yuǎn)的地方，為此，越來越多的發(fā)射藥被裝進(jìn)炮膛。這就使得射擊時火炮身管承受到越來越嚴(yán)重的火藥氣體熱作用和物理化學(xué)作用、高速流動火藥氣體的沖刷以及彈丸對膛壁的磨損作用。大威力火炮身管的燒蝕磨損現(xiàn)象愈來愈嚴(yán)重，已成為降低火炮彈道性能、導(dǎo)致身管報廢的重要因素。

火炮身管燒蝕磨損是一種復(fù)合的作用機(jī)制，由于發(fā)射彈丸引起的熱、機(jī)械、化學(xué)等諸多因素同時作用于膛面所產(chǎn)生的一種使膛面損壞的十分復(fù)雜的現(xiàn)象。

1.1 火藥氣體的熱燒蝕

在影響火炮身管內(nèi)膛燒蝕磨損的諸多因素中，熱是起主導(dǎo)的、控制作用的因素。身管內(nèi)壁的機(jī)械強(qiáng)度由于受到內(nèi)膛溫升的影響，溫度升高，機(jī)械強(qiáng)度急劇下降，內(nèi)膛燒蝕磨損量就越大。在不采用緩蝕添加劑時，內(nèi)膛表面溫度和火焰溫度成正比。射擊時，發(fā)射藥燃燒溫度高達(dá)2500一3700K。燒蝕速度隨發(fā)射藥火焰溫度升高而增加。

溫度是引起內(nèi)膛表面開裂的根本原因，火炮射擊時，在達(dá)到最大膛壓的同時，內(nèi)膛最高溫度可達(dá)1270K，而表面以下0.5m處，溫度只有50K，這種溫度的不均勻會造成極大的動態(tài)壓應(yīng)力。發(fā)射后內(nèi)膛冷卻過程中則產(chǎn)生動態(tài)拉應(yīng)力，這種應(yīng)力循環(huán)，無論是對非鍍鉻身管還是鍍鉻身管，均是造成膛面裂紋產(chǎn)生的直接誘因。在后續(xù)的發(fā)射過程中，裂紋之間會產(chǎn)生貫通，形成燒蝕坑，進(jìn)而會造成大面積的燒蝕磨損。所以，火藥氣體的熱燒蝕對身管內(nèi)膛的破壞起著重要的作用。同時，由溫度引起的熱應(yīng)力也是導(dǎo)致金屬疲勞的內(nèi)在原因，直接影響身管的疲勞壽命。

圖 1 炮管內(nèi)的熱裂紋

1.2 火藥氣體的化學(xué)燒蝕

火炮發(fā)射時會產(chǎn)生高溫、高壓，炮管內(nèi)膛會產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步加劇了火炮身管內(nèi)膛的燒蝕磨損。無論是使用高火焰溫度的雙基發(fā)射藥，還是低火焰溫度的單基發(fā)射藥，火炮身管內(nèi)膛表面都會形成FeO、FeC、FeN等一些鐵基化合物以及奧氏體、馬氏體等等。這些產(chǎn)物的熔點(diǎn)比鋼低250-300K，會在低于鋼熔點(diǎn)下熔化，并被火藥氣體沖刷掉。

此外，火藥氣體中大量的C元素會增加內(nèi)膛表面的C濃度，降低了鋼的固相線溫度和導(dǎo)熱性，導(dǎo)致了鋼的剪切強(qiáng)度降低以及在較低溫度下便會熔化，被火藥氣體沖刷掉。

1.3 炮管的機(jī)械磨損

由于火藥氣體的沖刷，炮膛直徑不斷擴(kuò)大。在陰線部位形成縱向的不斷加寬加深的裂紋網(wǎng)，在陽線的頂部和導(dǎo)轉(zhuǎn)側(cè)受到彈帶的機(jī)械磨損徑向尺寸擴(kuò)大。沿著彈丸前進(jìn)方向運(yùn)動的氣流夾帶著液態(tài)和固態(tài)生成物，還包括未燃完的發(fā)射藥粒子，由于它們的速度很高，對膛壁的機(jī)械磨損也很大。此外，彈丸在膛內(nèi)運(yùn)動時，彈帶及彈體都會對炮膛內(nèi)壁表面產(chǎn)生擠壓力和摩擦力，加劇了炮膛的磨損。

02 如何提高炮管耐燒蝕性能

降低炮管燒蝕磨損的技術(shù)可從兩方面著手，一是從改善發(fā)射藥的熱量散發(fā)角度考慮，不是本文觀注的重點(diǎn)；我們主要討論如何從材料角度來提升炮管內(nèi)膛的耐燒蝕磨損。主要有化學(xué)鍍鉻，激光淬火強(qiáng)化，身管內(nèi)膛涂層等技術(shù)。

2.1 身管鍍鉻技術(shù)

鍍鉻技術(shù)是目前國內(nèi)外唯一能在生產(chǎn)上大規(guī)模用于防止炮管內(nèi)膛燒蝕磨損的方法。美、英、德、瑞士等國已在多種火炮身管上鍍鉻。鍍鉻層雖具有硬度高、耐磨性好、光反射性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但是脆性大，易脫落，在經(jīng)受沖擊負(fù)荷的情況下更為明顯，特別是膛口部陰陽線的交界處鉻層脫落嚴(yán)重。

2.2 激光淬火強(qiáng)化

隨著科技的發(fā)展，用激光技術(shù)處理鍍鉻身管成為新一輪研究的熱點(diǎn)，激光淬火強(qiáng)化技術(shù)從炮膛外激光器發(fā)出的高能密度激光束，經(jīng)置于炮膛內(nèi)的反射鏡轉(zhuǎn)向，快速照射到火炮身管內(nèi)膛表面（圖2），從而使炮膛被照射處瞬間吸收光能并立即轉(zhuǎn)化成熱能，溫度急劇上升到相變溫度以上、熔點(diǎn)溫度以下，從而發(fā)生加熱相變，材料組織變?yōu)閵W氏體：激光束離開后，該處溫度急速下降，發(fā)生冷卻相變。淬火后材料的組織主要為細(xì)化馬氏體M，它不僅硬度高，還有利于阻礙裂紋擴(kuò)展。

對內(nèi)膛鍍鉻的身管，內(nèi)膛鉻層經(jīng)過激光強(qiáng)化后，鉻層表面原始裂紋消失、臨近鉻層的基體金屬硬度增加，提高了其抗熱沖擊性能和基體的防熱能力，且由于熱處理獲得的鐵素體再結(jié)晶組織而提高了延性，鉻層不易脫落。

圖 2 激光淬火強(qiáng)化技術(shù)

2.3 內(nèi)膛涂層技術(shù)

涂層復(fù)合技術(shù)是一種能很好的解決炮管整體具有良好綜合性，但內(nèi)表面又具有優(yōu)異的抗燒蝕磨損能力的技術(shù)，現(xiàn)代科技較發(fā)達(dá)，涂層方法也很多，如化學(xué)方法，熱方法，爆炸方法，磁控濺射等。

熱方法即熱熔覆技術(shù)，是廣泛采用的一種技術(shù)，是采用能量非常集中的熱源來熔化金屬粉末并熔覆到炮管內(nèi)壁的過程，熱源主要有激光，等離子，紅外等。而熔覆的材料主要是高溫合金，如鉬，鈮，錸，鉭。

美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的紅外加工中心利用當(dāng)今世界上功率最大的“燈”（300kW、10000℃）產(chǎn)生高強(qiáng)度紅外能量，直接照射到難熔金屬粉末涂層上，在基體材料上形成冶金結(jié)合涂層，身管涂層首選材料是鉬錸合金類材料。在美國“十字軍”項(xiàng)目的相關(guān)預(yù)研中，開展的身管涂層熱循環(huán)試驗(yàn)，證實(shí)了這種材料在火炮射擊時的耐久性。而現(xiàn)有和預(yù)研的鉻涂層和激光涂層在強(qiáng)熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)后，都顯示有嚴(yán)重的開裂，相比之下，錸涂層樣品沒有任何損壞。

美國貝尼特武器實(shí)驗(yàn)室目前正在研究磁控濺射鍍膜技術(shù)在火炮身管上的應(yīng)用，以取代傳統(tǒng)身管鍍鉻工藝。它既可以在身管上沉積鉻，也可以沉積其它難熔金屬或合金。

03 炮鋼的材料性能要求及發(fā)展

3.1 火炮身管材料的要求

上篇文章有一張圖片顯示坦克炮發(fā)射時的情景，就像是發(fā)射一枚小火箭一樣，從炮筒里噴出幾米的火焰。可以想象出炮筒不但承受著巨大的壓力，而且承受較高的烈焰。所以對火炮身管材料的要求也極為苛刻：

材料有足夠的室溫和中溫（500~750℃）強(qiáng)度，以保證在高溫高壓作用下身管不變形

材料應(yīng)具備較高的常溫和-40℃低溫韌性，以保證不發(fā)生低應(yīng)力脆斷和疲勞破壞

材料應(yīng)當(dāng)有一定的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以抵抗大氣或火藥氣體腐蝕

材料應(yīng)具有較高的回火溫度（>500℃），以充分消除炮身內(nèi)應(yīng)力減低延遲破壞的危害

良好的機(jī)械加工工藝性能，適應(yīng)大量生產(chǎn)的要求

所以炮管用鋼對強(qiáng)度、韌性、耐高溫、耐磨損都有非常高的要求，看有人說用炮管鋼打造刀具，看這軍工要求可想而之用炮鋼打刀具那真是妥妥的。

圖 3 炮管件

3.2 火炮身管材料發(fā)展

火炮的身管材料對火炮的壽命有重要的影響，身管材料的發(fā)展大概經(jīng)歷了以下階段：早期的身管用材料采用鑄鐵（鋼）；自第二次世界大戰(zhàn)以后，世界各國火炮身管都采用以4335V鋼（相當(dāng)于中國的35CrNi2MoV鋼）為代表的中碳Ni-Cr-Mo-V系調(diào)質(zhì)鋼；20世紀(jì)70年代以來，由于采用電渣重熔工藝，火炮身管用鋼的潔凈度和性能大幅提高，在此基礎(chǔ)上形成了身管用鋼ASTM A723（相當(dāng)于中國的PCrNi3MoVA），并一直沿用至今，是最主要的身管用鋼：近年來，人們研究了各種輕質(zhì)材料身管和涂層，但并未全面推廣應(yīng)用。國內(nèi)外常用的槍炮身管用鋼為中碳Cr-Ni-Mo-V鋼，其高性能化的方向是通過提高冶煉潔凈度來保證具有足夠的韌性，同時根據(jù)強(qiáng)度的要求調(diào)整鉻、鉬、釩等二次硬化元素含量。另一方面，為進(jìn)一步提高強(qiáng)韌性和耐腐蝕性能，國外也開展了超高強(qiáng)度鋼AF1410、沉淀硬化不銹鋼P(yáng)H13-8Mo以及奧氏體不銹鋼用作身管用的研究工作（AD-A317919），希望將身管用鋼從中低合金鋼向高合金鋼方向發(fā)展，但在保證加工性能上存在一定難度。身管用鋼的發(fā)展趨勢是高性能化，包括強(qiáng)度、韌性、耐燒蝕、耐磨損等性能的提高。與此同時，還要具有良好的加工性能，從而保證加工尺度精度以及服役時射擊精度。

3.3 火炮身管鋼及標(biāo)準(zhǔn)

隨著世界材料和工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，高強(qiáng)鋼以及新型復(fù)合材料不斷涌現(xiàn)，采用新型材料的火炮身管也在逐漸開發(fā)，但炮鋼仍然是當(dāng)今用來制造加農(nóng)炮、榴彈炮等大口徑厚壁火炮身管的主要材料，炮鋼的性能水平直接關(guān)系到火炮威力及機(jī)動性的提高。目前，世界各國的大口徑厚壁炮鋼基本采用Ni-Cr-Mo-V系中碳低合金鋼，這種鋼具有較高的淬透性，在淬火和調(diào)制處理后獲得較好的強(qiáng)度和塑性配合，有較高的抗脆斷能力，美國、英國炮鋼化學(xué)成分見表1。

表 1 美國、英國炮鋼化學(xué)成分

簡單討論一下炮鋼的化學(xué)成分：

雜質(zhì)：P是一種非常影響鋼鐵韌性的元素，特別是低溫韌性。S降低鋼鐵的塑性。如果你查看一些炮鋼的冶煉，經(jīng)常會看到有提到電渣重熔技術(shù)，電渣重熔鋼（electroslag remelting）是利用電流通過熔渣時產(chǎn)生的電阻熱作為熱源進(jìn)行熔煉的方法。其目的是提高金屬純度，改善鑄錠結(jié)晶。經(jīng)電渣重熔的鋼，純度高、含硫低、非金屬夾雜物少、鋼錠表面光滑、潔凈均勻致密、金相組織和化學(xué)成分均勻。不是說炮鋼非得要用電渣重熔法生產(chǎn)，現(xiàn)代冶煉技術(shù)有了十足進(jìn)步，開發(fā)了很多爐外精煉方法生產(chǎn)潔凈鋼，超凈鋼。但總之，鋼炮對雜質(zhì)控制是非常嚴(yán)格的，只有這樣才能保證炮鋼的壽命及可靠性。

Ni: 金屬鎳是一種非常好用的合金，不但可以提高材料的強(qiáng)度，而且可以改善材料的韌性，所以很多重要、優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度鋼材都少不了的元素，如軍艦的船板；鎳也是不銹鋼的重要元素，如304，316奧氏體不銹鋼。我國中國鎳資源儲量少（3.1%）、且鎳資源稟賦較差，對外依存度高，所以經(jīng)常要研制無鎳鋼。鎳資源豐富的，從國家和地區(qū)來看，印尼（2100 萬噸，占比約 24%）、澳大利亞（2000 萬噸，占比約 23%）、巴西（1100 萬噸，占比約 12%）等國家鎳資源儲量居前，資源類型主要為紅土鎳礦，澳洲兼具紅土鎳礦和硫化鎳礦；但產(chǎn)量方面，2019 年印尼（80 萬噸鎳金屬量）、菲律賓（42 萬噸鎳金屬量）、俄羅斯（27 萬噸鎳金屬量）為前三大鎳資源生產(chǎn)國，印尼與菲律賓主產(chǎn)為紅土鎳礦，俄羅斯則擁有罕見的豐富多金屬伴生硫化鎳礦，這也是為什么近期俄烏沖擊導(dǎo)致鎳價大漲的原因。

Mo: 也是一種很好的重要的元素，它一個顯著的作用就是保持高溫強(qiáng)度的穩(wěn)定性，所以當(dāng)高強(qiáng)度材料需要很高的韌性時，一般需要進(jìn)行高溫回火，為在高溫回火時保持強(qiáng)度不下降太多，加一些鉬，一般0.3%。

火炮身管用鋼一般為鍛件，主要的標(biāo)準(zhǔn)也一般為軍工標(biāo)準(zhǔn)，下面幾個代表：

A723/A723M-02 Standard specification for alloy steel forging for high-strengthpressure component application [S]. UnitedStates:ASTM Committee on Standards.2002.

Defence Standard 10-13/Issue 4 Steel Forgings for Guns [S].Britian:Ministryof Defence.8 April 2005.

MIL-S-46119C（MR）Steel Forgings,Tubular Parts for Cannon [S].United States:Military of Refence.26October 1988.

GB1237一91, 炮身管件用鋼鍛件規(guī)范[S]. 國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會。1991.

GB5207一2003, 火炮炮身零件用鍛件規(guī)范[S]. 國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會，2003

圖 4 炮管鍛造

04 輕傷不下火線—— 帶著裂紋工作的炮管

看前文介紹可知，炮彈發(fā)射產(chǎn)生的高溫?zé)g及不均勻溫度場造成的拉壓應(yīng)力循環(huán)，很快在炮管內(nèi)表面引起表面裂紋。近代火炮通常在發(fā)射100~200發(fā)時，即脫離完全彈性變形狀態(tài)。而在內(nèi)膛表面不可避免地產(chǎn)生細(xì)小裂紋，此后，火炮身管將一直帶著裂紋在裂紋擴(kuò)展過程中進(jìn)行工作。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定程度后，即迅速進(jìn)入失穩(wěn)狀態(tài)，直至發(fā)生斷裂。為避免發(fā)生嚴(yán)重的炸管事故，需要研制和選用韌性盡可能高的材料制成炮管。

圖 5 孔鏡下的新舊膛線炮管

對于普通鋼構(gòu)產(chǎn)品的設(shè)計，設(shè)計人員按照沖擊夏比韌性指標(biāo)來決定材料的韌性是否滿足應(yīng)用，沖擊韌性試件是小試件，加工出缺口來引起應(yīng)力集中，加以高速沖擊使裂紋在應(yīng)力集中處產(chǎn)生并斷裂。而對于火炮這一戰(zhàn)爭中重要的武器，沖擊韌性指標(biāo)的指導(dǎo)就不那么足夠及準(zhǔn)確了。需要借助斷裂力學(xué)理論，斷裂力學(xué)在分析材料力學(xué)性能時不但考慮材料內(nèi)部的應(yīng)力，而且考慮材料內(nèi)部的裂紋大小對材料失效的影響，而且斷裂力學(xué)中的平面應(yīng)力及平變應(yīng)變是考慮構(gòu)件尺寸效應(yīng)對斷裂的影響。今天，低溫KIC （斷裂韌度值）已列為衡量高強(qiáng)度炮鋼低周疲勞性能的重要指標(biāo)。

斷裂力學(xué)研究炮鋼裂紋的發(fā)生、擴(kuò)展過程，并且重要的是確定裂紋擴(kuò)展安全門檻值，裂紋超過安全門檻值前是可控，即在每一次炮彈的發(fā)射會稍微擴(kuò)展，但不會自動像玻璃一樣一裂到底，而一旦超過門檻值，裂紋就會變?yōu)樽詣訑U(kuò)展直到完全斷裂。所以鐵匠鋪可以打個大門柵欄鐮刀斧頭之類的冷兵器時代的用品，但對于現(xiàn)代武器必須是建立在高科技積累之上的。圖6為裂紋發(fā)生、擴(kuò)展和門檻值的示意圖。

圖6 隨射擊發(fā)數(shù)炮管裂紋發(fā)生、擴(kuò)展和門檻值的示意圖

圖6中示出初始裂紋出現(xiàn)后，在連續(xù)射擊過程中裂紋以極低速度擴(kuò)展。裂紋發(fā)展到深度變?yōu)?~6mm時，擴(kuò)展速率急速增加：通常高強(qiáng)度炮鋼的裂紋擴(kuò)展安全門檻值均通過模擬試驗(yàn)及實(shí)彈射擊確證而定，多分布在4~5m之間。實(shí)驗(yàn)過程或服役中的火炮裂紋跟蹤和測定問題，已由計算機(jī)控制的專用窺膛儀解決。

三、軍事工業(yè)用新材料大盤點(diǎn)，總結(jié)得很全了

一、前言

新材料，又稱先進(jìn)材料（Advanced Materials），是指新近研究成功的和正在研制中的具有優(yōu)異特性和功能，能滿足高技術(shù)需求的新型材料。人類歷史的發(fā)展表明，材料是社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，而新材料則是社會進(jìn)步的里程碑。

材料技術(shù)一直是世界各國科技發(fā)展規(guī)劃之中的一個十分重要的領(lǐng)域，它與信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)一起，被公認(rèn)為是當(dāng)今社會及今后相當(dāng)長時間內(nèi)總攬人類全局的高技術(shù)。材料高技術(shù)還是支撐當(dāng)今人類文明的現(xiàn)代工業(yè)關(guān)鍵技術(shù)，也是一個國家國防力量最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。國防工業(yè)往往是新材料技術(shù)成果的優(yōu)先使用者，新材料技術(shù)的研究和開發(fā)對國防工業(yè)和武器裝備的發(fā)展起著決定性的作用。

二、軍用新材料的戰(zhàn)略意義

軍用新材料是新一代武器裝備的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是當(dāng)今世界軍事領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。而軍用新材料技術(shù)則是用于軍事領(lǐng)域的新材料技術(shù)，是現(xiàn)代精良武器裝備的關(guān)鍵，是軍用高技術(shù)的重要組成部分。世界各國對軍用新材料技術(shù)的發(fā)展給予了高度重視，加速發(fā)展軍用新材料技術(shù)是保持軍事領(lǐng)先的重要前提。

三、軍用新材料的現(xiàn)狀與發(fā)展

軍用新材料按其用途可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類，主要應(yīng)用于航空工業(yè)、航天工業(yè)、兵器工業(yè)和船艦工業(yè)中。

1、軍用結(jié)構(gòu)材料

1.1 鋁合金

鋁合金一直是軍事工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的金屬結(jié)構(gòu)材料。鋁合金具有密度低、強(qiáng)度高、加工性能好等特點(diǎn)，作為結(jié)構(gòu)材料，因其加工性能優(yōu)良，可制成各種截面的型材、管材、高筋板材等，以充分發(fā)揮材料的潛力，提高構(gòu)件剛、強(qiáng)度。所以，鋁合金是武器輕量化首選的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

鋁合金在航空工業(yè)中主要用于制造飛機(jī)的蒙皮、隔框、長梁和珩條等；在航天工業(yè)中，鋁合金是運(yùn)載火箭和宇宙飛行器結(jié)構(gòu)件的重要材料，在兵器領(lǐng)域，鋁合金已成功地用于步兵戰(zhàn)車和裝甲運(yùn)輸車上，最近研制的榴彈炮炮架也大量采用了新型鋁合金材料。

近年來，鋁合金在航空航天業(yè)中的用量有所減少，但它仍是軍事工業(yè)中主要的結(jié)構(gòu)材料之一。鋁合金的發(fā)展趨勢是追求高純、高強(qiáng)、高韌和耐高溫，在軍事工業(yè)中應(yīng)用的鋁合金主要有鋁鋰合金、鋁銅合金（2000系列）和鋁鋅鎂合金（7000系列）。

新型鋁鋰合金應(yīng)用于航空工業(yè)中，預(yù)測飛機(jī)重量將下降8~15%；鋁鋰合金同樣也將成為航天飛行器和薄壁導(dǎo)彈殼體的候選結(jié)構(gòu)材料。隨著航空航天業(yè)的迅速發(fā)展，鋁鋰合金的研究重點(diǎn)仍然是解決厚度方向的韌性差和降低成本的問題。

1.2鎂合金

鎂合金作為最輕的工程金屬材料，具有比重輕、比強(qiáng)度及比剛度高、阻尼性及導(dǎo)熱性好，電磁屏蔽能力強(qiáng)、以及減振性好等一系列獨(dú)特的性質(zhì)，極大的滿足了航空航天、現(xiàn)代武器裝備等軍工領(lǐng)域的需求。

鎂合金在軍工裝備上有諸多應(yīng)用，如坦克座椅骨架、車長鏡、炮長鏡、變速箱箱體、發(fā)動機(jī)機(jī)濾座、進(jìn)出水管、空氣分配器座、機(jī)油泵殼體、水泵殼體、機(jī)油熱交換器、機(jī)油濾清器殼體、氣門室罩、呼吸器等車輛零部件；戰(zhàn)術(shù)防空導(dǎo)彈的支座艙段與副翼蒙皮、壁板、加強(qiáng)框、舵板、隔框等彈箭零部件；殲擊機(jī)、轟炸機(jī)、直升機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、機(jī)載雷達(dá)、地空導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星等飛船飛行器構(gòu)件。鎂合金重量輕、比強(qiáng)度和剛度好、減振性能好、電磁干擾、屏蔽能力強(qiáng)等特點(diǎn)能滿足軍工產(chǎn)品對減重、吸噪、減震、防輻射的要求。在航空航天和國防建設(shè)中占有十分重要的地位，是飛行器，衛(wèi)星，導(dǎo)彈，以及戰(zhàn)斗機(jī)和戰(zhàn)車等武器裝備所需的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。

1.3鈦合金

鈦合金具有較高的抗拉強(qiáng)度（441~1470MPa），較低的密度（4.5g/cm3），優(yōu)良的抗腐蝕性能和在300~550℃溫度下有一定的高溫持久強(qiáng)度和很好的低溫沖擊韌性，是一種理想的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。鈦合金具有超塑性的功能特點(diǎn)，采用超塑成形－擴(kuò)散連接技術(shù)，可以以很少的能量消耗和材料消耗將合金制成形狀復(fù)雜和尺寸精密的制品。

鈦合金在航空工業(yè)中的應(yīng)用主要是制作飛機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)件、起落架、支撐梁、發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)盤、葉片和接頭等；在航天工業(yè)中，鈦合金主要用來制作承力構(gòu)件、框架、氣瓶、壓力容器、渦輪泵殼、固體火箭發(fā)動機(jī)殼體及噴管等零部件。50年代初，在一些軍用飛機(jī)上開始使用工業(yè)純鈦制造后機(jī)身的隔熱板、機(jī)尾罩、減速板等結(jié)構(gòu)件；60年代，鈦合金在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用擴(kuò)大到襟翼滑軋、承力隔框、起落架梁等主要受力結(jié)構(gòu)中；70年代以來，鈦合金在軍用飛機(jī)和發(fā)動機(jī)中的用量迅速增加，從戰(zhàn)斗機(jī)擴(kuò)大到軍用大型轟炸機(jī)和運(yùn)輸機(jī)，它在F14和F15飛機(jī)上的用量占結(jié)構(gòu)重量的25%，在F100和TF39發(fā)動機(jī)上的用量分別達(dá)到25%和33%；80年代以后，鈦合金材料和工藝技術(shù)達(dá)到了進(jìn)一步發(fā)展，一架B1B飛機(jī)需要90402公斤鈦材。現(xiàn)有的航空航天用鈦合金中，應(yīng)用最廣泛的是多用途的a+b型Ti-6Al-4V合金。近年來，西方和俄羅斯相繼研究出兩種新型鈦合金，它們分別是高強(qiáng)高韌可焊及成形性良好的鈦合金和高溫高強(qiáng)阻燃鈦合金，這兩種先進(jìn)鈦合金在未來的航空航天業(yè)中具有良好的應(yīng)用前景。

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭的發(fā)展，陸軍部隊需求具有威力大、射程遠(yuǎn)、精度高、有快速反應(yīng)能力的多功能的先進(jìn)加榴炮系統(tǒng)。先進(jìn)加榴炮系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一是新材料技術(shù)。自行火炮炮塔、構(gòu)件、輕金屬裝甲車用材料的輕量化是武器發(fā)展的必然趨勢。在保證動態(tài)與防護(hù)的前提下，鈦合金在陸軍武器上有著廣泛的應(yīng)用。155火炮制退器采用鈦合金后不僅可以減輕重量，還可以減少火炮身管因重力引起的變形，有效地提高了射擊精度；在主戰(zhàn)坦克及直升機(jī)－反坦克多用途導(dǎo)彈上的一些形狀復(fù)雜的構(gòu)件可用鈦合金制造，這既能滿足產(chǎn)品的性能要求又可減少部件的加工費(fèi)用。

在過去相當(dāng)長的時間里，鈦合金由于制造成本昂貴，應(yīng)用受到了極大的限制。近年來，世界各國正在積極開發(fā)低成本的鈦合金，在降低成本的同時，還要提高鈦合金的性能。在我國，鈦合金的制造成本還比較高，隨著鈦合金用量的逐漸增大，尋求較低的制造成本是發(fā)展鈦合金的必然趨勢。

1.4 復(fù)合材料

先進(jìn)復(fù)合材料是比通用復(fù)合材料有更高綜合性能的新型材料，它包括樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和碳基復(fù)合材料等，它在軍事工業(yè)的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。先進(jìn)復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度、高的比模量、耐燒蝕、抗侵蝕、抗核、抗粒子云、透波、吸波、隱身、抗高速撞擊等一系列優(yōu)點(diǎn)，是國防工業(yè)發(fā)展中最重要的一類工程材料。

1.4.1 樹脂基復(fù)合材料

樹脂基復(fù)合材料具有良好的成形工藝性、高的比強(qiáng)度、高的比模量、低的密度、抗疲勞性、減震性、耐化學(xué)腐蝕性、良好的介電性能、較低的熱導(dǎo)率等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軍事工業(yè)中。樹脂基復(fù)合材料可分為熱固性和熱塑性兩類。熱固性樹脂基復(fù)合材料是以各種熱固性樹脂為基體，加入各種增強(qiáng)纖維復(fù)合而成的一類復(fù)合材料；而熱塑性樹脂則是一類線性高分子化合物，它可以溶解在溶劑中，也可以在加熱時軟化和熔融變成粘性液體，冷卻后硬化成為固體。樹脂基復(fù)合材料具有優(yōu)異的綜合性能，制備工藝容易實(shí)現(xiàn)，原料豐富。在航空工業(yè)中，樹脂基復(fù)合材料用于制造飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身、鴨翼、平尾和發(fā)動機(jī)外涵道；在航天領(lǐng)域，樹脂基復(fù)合材料不僅是方向舵、雷達(dá)、進(jìn)氣道的重要材料，而且可以制造固體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室的絕熱殼體，也可用作發(fā)動機(jī)噴管的燒蝕防熱材料。近年來研制的新型氰酸樹脂復(fù)合材料具有耐濕性強(qiáng)，微波介電性能佳，尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于制作宇航結(jié)構(gòu)件、飛機(jī)的主次承力結(jié)構(gòu)件和雷達(dá)天線罩。

1.4.2金屬基復(fù)合材料

金屬基復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度、高的比模量、良好的高溫性能、低的熱膨脹系數(shù)、良好的尺寸穩(wěn)定性、優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性在軍事工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。鋁、鎂、鈦是金屬基復(fù)合材料的主要基體，而增強(qiáng)材料一般可分為纖維、顆粒和晶須三類，其中顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料已進(jìn)入型號驗(yàn)證，如用于F－16戰(zhàn)斗機(jī)作為腹鰭代替鋁合金，其剛度和壽命大幅度提高。碳纖維增強(qiáng)鋁、鎂基復(fù)合材料在具有高比強(qiáng)度的同時，還有接近于零的熱膨脹系數(shù)和良好的尺寸穩(wěn)定性，成功地用于制作人造衛(wèi)星支架、L頻帶平面天線、空間望遠(yuǎn)鏡、人造衛(wèi)星拋物面天線等；碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有良好的高溫性能和抗磨損的特點(diǎn)，可用于制作火箭、導(dǎo)彈構(gòu)件，紅外及激光制導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)件，精密航空電子器件等；碳化硅纖維增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料具有良好的耐高溫和抗氧化性能，是高推重比發(fā)動機(jī)的理想結(jié)構(gòu)材料，目前已進(jìn)入先進(jìn)發(fā)動機(jī)的試車階段。在兵器工業(yè)領(lǐng)域，金屬基復(fù)合材料可用于大口徑尾翼穩(wěn)定脫殼穿甲彈彈托，反直升機(jī) / 反坦克多用途導(dǎo)彈固體發(fā)動機(jī)殼體等零部件，以此來減輕戰(zhàn)斗部重量，提高作戰(zhàn)能力。

1.4.3 陶瓷基復(fù)合材料

陶瓷基復(fù)合材料是以纖維、晶須或顆粒為增強(qiáng)體，與陶瓷基體通過一定的復(fù)合工藝結(jié)合在一起組成的材料的總稱，由此可見，陶瓷基復(fù)合材料是在陶瓷基體中引入第二相組元構(gòu)成的多相材料，它克服了陶瓷材料固有的脆性，已成為當(dāng)前材料科學(xué)研究中最為活躍的一個方面。陶瓷基復(fù)合材料具有密度低、比強(qiáng)度高、熱機(jī)械性能和抗熱震沖擊性能好的特點(diǎn)，是未來軍事工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵支撐材料之一。陶瓷材料的高溫性能雖好，但其脆性大。改善陶瓷材料脆性的方法包括相變增韌、微裂紋增韌、彌散金屬增韌和連續(xù)纖維增韌等。陶瓷基復(fù)合材料主要用于制作飛機(jī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)噴嘴閥，它在提高發(fā)動機(jī)的推重比和降低燃料消耗方面具有重要的作用。

1.4.4 碳－碳復(fù)合材料

碳－碳復(fù)合材料是由碳纖維增強(qiáng)劑與碳基體組成的復(fù)合材料。碳－碳復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、抗熱震性好、耐燒蝕性強(qiáng)、性能可設(shè)計等一系列優(yōu)點(diǎn)。碳－碳復(fù)合材料的發(fā)展是和航空航天技術(shù)所提出的苛刻要求緊密相關(guān)。80年代以來，碳－碳復(fù)合材料的研究進(jìn)入了提高性能和擴(kuò)大應(yīng)用的階段。在軍事工業(yè)中，碳－碳復(fù)合材料最引人注目的應(yīng)用是航天飛機(jī)的抗氧化碳－碳鼻錐帽和機(jī)翼前緣，用量最大的碳－碳產(chǎn)品是超音速飛機(jī)的剎車片。碳－碳復(fù)合材料在宇航方面主要用作燒蝕材料和熱結(jié)構(gòu)材料，具體而言，它是用作洲際導(dǎo)彈彈頭的鼻錐帽、固體火箭噴管和航天飛機(jī)的機(jī)翼前緣。目前先進(jìn)的碳－碳噴管材料密度為1.87~1.97克/厘米3，環(huán)向拉伸強(qiáng)度為75~115兆帕。近期研制的遠(yuǎn)程洲際導(dǎo)彈端頭帽幾乎都采用了碳－碳復(fù)合材料。

隨著現(xiàn)代航空技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)裝載質(zhì)量不斷增加，飛行著陸速度不斷提高，對飛機(jī)的緊急制動提出了更高的要求。碳－碳復(fù)合材料質(zhì)量輕、耐高溫、吸收能量大、摩擦性能好，用它制作剎車片廣泛用于高速軍用飛機(jī)中。

1.5 超高強(qiáng)度鋼

超高強(qiáng)度鋼是屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別超過1200兆帕和1400兆帕的鋼，它是為了滿足飛機(jī)結(jié)構(gòu)上要求高比強(qiáng)度的材料而研究和開發(fā)的。超高強(qiáng)度鋼大量用于制造火箭發(fā)？？壓容器和一些常規(guī)武器。由于鈦合金和復(fù)合材料在飛機(jī)上應(yīng)用的擴(kuò)大，鋼在飛機(jī)上用量有所減少，但是飛機(jī)上的關(guān)鍵承力構(gòu)件仍采用超高強(qiáng)度鋼制造。目前，在國際上有代表性的低合金超高強(qiáng)度鋼300M，是典型的飛機(jī)起落架用鋼。此外，低合金超高強(qiáng)度鋼D6AC是典型的固體火箭發(fā)動機(jī)殼體材料。超高強(qiáng)度鋼的發(fā)展趨勢是在保證超高強(qiáng)度的同時，不斷提高韌性和抗應(yīng)力腐蝕能力。

1.6先進(jìn)高溫合金

高溫合金是航空航天動力系統(tǒng)的關(guān)鍵材料。高溫合金是在600~1200oC高溫下能承受一定應(yīng)力并具有抗氧化和抗腐蝕能力的合金，它是航空航天發(fā)動機(jī)渦輪盤的首選材料。按照基體組元的不同，高溫合金分為鐵基、鎳基和鈷基三大類。發(fā)動機(jī)渦輪盤在60 年代前一直是用鍛造高溫合金制造，典型的牌號有A286和Inconel 718。70年代，美國GE公司采用快速凝固粉末Rene95合金制作了CFM56發(fā)動機(jī)渦輪盤，大大增加了它的推重比，使用溫度顯著提高。從此，粉末冶金渦輪盤得以迅速發(fā)展。最近美國采用噴射沉積快速凝固工藝制造的高溫合金渦輪盤，與粉末高溫合金相比，工序簡單，成本降低，具有良好的鍛造加工性能，是一種有極大發(fā)展?jié)摿Φ闹苽浼夹g(shù)。

1.7 鎢合金

鎢的熔點(diǎn)在金屬中最高，其突出的優(yōu)點(diǎn)是高熔點(diǎn)帶來材料良好的高溫強(qiáng)度與耐蝕性，在軍事工業(yè)特別是武器制造方面表現(xiàn)出了優(yōu)異的特性。在兵器工業(yè)中它主要用于制作各種穿甲彈的戰(zhàn)斗部。鎢合金通過粉末預(yù)處理技術(shù)和大變形強(qiáng)化技術(shù)，細(xì)化了材料的晶粒，拉長了晶粒的取向，以此提高材料的強(qiáng)韌性和侵徹威力。我國研制的主戰(zhàn)坦克125Ⅱ型穿甲彈鎢芯材料為W-Ni-Fe，采用變密度壓坯燒結(jié)工藝，平均性能達(dá)到抗拉強(qiáng)度1200兆帕，延伸率為15%以上，戰(zhàn)技指標(biāo)為2000米距離擊穿600毫米厚均質(zhì)鋼裝甲。目前鎢合金廣泛應(yīng)用于主戰(zhàn)坦克大長徑比穿甲彈、中小口徑防空穿甲彈和超高速動能穿甲彈用彈芯材料，這使各種穿甲彈具有更為強(qiáng)大的擊穿威力。

1.8 金屬間化合物

金屬間化合物具有長程有序的超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，保持很強(qiáng)的金屬鍵結(jié)合，使它們具有許多特殊的理化性質(zhì)和力學(xué)性能。金屬間化合物具有優(yōu)異的熱強(qiáng)性，近年來已成為國內(nèi)外積極研究的重要的新型高溫結(jié)構(gòu)材料。在軍事工業(yè)中，金屬間化合物已被用于制造承受熱負(fù)荷的零部件上，如美國普奧公司制造了JT90燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)葉片，美國空軍用鈦鋁制造小型飛機(jī)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子葉片等，俄羅斯用鈦鋁金屬間化合物代替耐熱合金作活塞頂，大幅度地提高了發(fā)動機(jī)的性能。在兵器工業(yè)領(lǐng)域，坦克發(fā)動機(jī)增壓器渦輪材料為K18鎳基高溫合金，因其比重大、起動慣量大而影響了坦克的加速性能，應(yīng)用鈦鋁金屬間化合物及其由氧化鋁、碳化硅纖維增強(qiáng)的復(fù)合輕質(zhì)耐熱新材料，可以大大改善坦克的起動性能，提高戰(zhàn)場上的生存能力。此外，金屬間化合物還可用于多種耐熱部件，減輕重量，提高可靠性與戰(zhàn)技指標(biāo)。

1.9 結(jié)構(gòu)陶瓷

陶瓷材料是當(dāng)今世界上發(fā)展最快的高技術(shù)材料，它已經(jīng)由單相陶瓷發(fā)展到多相復(fù)合陶瓷。結(jié)構(gòu)陶瓷材料因其耐高溫、低密度、耐磨損及低的熱膨脹系數(shù)等諸多優(yōu)異性能，在軍事工業(yè)中有著良好的應(yīng)用前景。

近年來，國內(nèi)外對軍用發(fā)動機(jī)用結(jié)構(gòu)陶瓷進(jìn)行了內(nèi)容廣泛的研究工作，如發(fā)動機(jī)增壓器小型渦輪已經(jīng)實(shí)用化；美國將陶瓷板鑲嵌在活塞頂部，使活塞的使用壽命大幅度提高，同時也提高了發(fā)動機(jī)的熱效率。德國在排氣口鑲嵌陶瓷構(gòu)件，提高了排氣口的使用效能。國外紅外熱成像儀上的微型斯特林制冷機(jī)活塞套和氣缸套用陶瓷材料制造，其壽命長達(dá)2000小時；導(dǎo)彈用陀螺儀的動力靠火藥燃?xì)夤┙o，但燃?xì)庵械幕鹚帤堅鼘ν勇輧x有嚴(yán)重?fù)p傷，為消除燃?xì)庵械臍堅⑻岣邔?dǎo)彈的命中精度，需研究適于導(dǎo)彈火藥氣體在2000oC下工作的陶瓷過濾材料。在兵器工業(yè)領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)陶瓷廣泛應(yīng)用于主戰(zhàn)坦克發(fā)動機(jī)增壓器渦輪、活塞頂、排氣口鑲嵌塊等，是新型武器裝備的關(guān)鍵材料。目前，20~30毫米口徑機(jī)關(guān)槍的射頻要求達(dá)到1200發(fā)/分以上，這使炮管的燒蝕極為嚴(yán)重。利用陶瓷的高熔點(diǎn)和高溫化學(xué)穩(wěn)定性能有效地抑制了嚴(yán)重的炮管燒蝕，陶瓷材料具有高的抗壓和抗蠕變特性，通過合理設(shè)計，使陶瓷材料保持三向壓縮狀態(tài)，克服其脆性，保證陶瓷襯管的安全使用。

2 軍用功能材料

2.1 光電功能材料

光電功能材料是指在光電子技術(shù)中使用的材料，它能將光電結(jié)合的信息傳輸與處理，是現(xiàn)代信息科技的重要組成部分。光電功能材料在軍事工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。碲鎘汞、銻化銦是紅外探測器的重要材料；硫化鋅、硒化鋅、砷化鎵主要用于制作飛行器、導(dǎo)彈以及地面武器裝備紅外探測系統(tǒng)的窗口、頭罩、整流罩等。氟化鎂具有較高的透過率、較強(qiáng)的抗雨蝕、抗沖刷能力，它是較好的紅外透射材料。激光晶體和激光玻璃是高功率和高能量固體激光器的材料，典型的激光材料有紅寶石晶體、摻釹釔鋁石榴石、半導(dǎo)體激光材料等。

2.2 貯氫材料

某些過渡簇金屬，合金和金屬間化合物，由于其特殊的晶格結(jié)構(gòu)的原因，氫原子比較容易透入金屬晶格的四面體或八面體間隙位中，形成了金屬氫化物，這種材料稱為貯氫材料。

在兵器工業(yè)中，坦克車輛使用的鉛酸蓄電池因容量低、自放電率高而需經(jīng)常充電，此時維護(hù)和搬運(yùn)十分不便。放電輸出功率容易受電池壽命、充電狀態(tài)和溫度的影響，在寒冷的氣候條件下，坦克車輛起動速度會顯著減慢，甚至不能起動，這樣就會影響坦克的作戰(zhàn)能力。貯氫合金蓄電池具有能量密度高、耐過充、抗震、低溫性能好、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在未來主戰(zhàn)坦克蓄電池發(fā)展過程中具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.3 阻尼減震材料

阻尼是指一個自由振動的固體即使與外界完全隔離，它的機(jī)械性能也會轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿默F(xiàn)象。采用高阻尼功能材料的目的是減震降噪。因此阻尼減震材料在軍事工業(yè)中具有十分重要的意義。

國外金屬阻尼材料的應(yīng)用主要集中在船舶、航空、航天等工業(yè)部門。美國海軍已采用Mn-Cu高阻尼合金制造潛艇螺旋槳，取得了明顯的減震效果。在西方，阻尼材料及技術(shù)在武器上的應(yīng)用研究工作受到了極大的關(guān)注，一些發(fā)達(dá)國家專門成立了阻尼材料在武器裝備上應(yīng)用的研究機(jī)構(gòu)。80年代后，國外阻尼減震降噪技術(shù)有了更大的發(fā)展，他們借助CAD/CAM在減震降噪技術(shù)中的應(yīng)用，把設(shè)計－材料－工藝－試驗(yàn)一體化，進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)的阻尼減震降噪設(shè)計。我國在70年代前后進(jìn)行了阻尼減震降噪材料的研究工作，并取得了一定的成果，但與發(fā)達(dá)國家相比，仍有一定的差距。阻尼材料在航空航天領(lǐng)域主要用于制造火箭、導(dǎo)彈、噴氣機(jī)等控制盤或陀螺儀的外殼；在船舶工業(yè)中，阻尼材料用于制造推進(jìn)器、傳動部件和艙室隔板，有效地降低了來自于機(jī)械零件嚙合過程中表面碰撞產(chǎn)生的振動和噪聲。在兵器工業(yè)中，坦克傳動部分（變速箱，傳動箱）的振動是一個復(fù)雜振動，頻率范圍較寬，高性能阻尼鋅鋁合金和減振耐磨表面熔敷材料技術(shù)的應(yīng)用，大大減輕了主戰(zhàn)坦克傳動部分產(chǎn)生的振動和噪聲。

2.4 隱身材料

現(xiàn)代攻擊武器的發(fā)展，特別是精確打擊武器的出現(xiàn)，使武器裝備的生存力受到了極大的威脅，單純依靠加強(qiáng)武器的防護(hù)能力已不實(shí)際。采用隱身技術(shù)，使敵方的探測、制導(dǎo)、偵察系統(tǒng)失去功效，從而盡可能地隱蔽自己，掌握戰(zhàn)場的主動權(quán)。搶先發(fā)現(xiàn)并消滅敵人，已成為現(xiàn)代武器防護(hù)的重要發(fā)展方向。隱身技術(shù)的最有效手段是采用隱身材料。國外隱身技術(shù)與材料的研究始于第二次世界大戰(zhàn)期間，起源在德國，發(fā)展在美國并擴(kuò)展到英、法、俄羅斯等先進(jìn)國家。目前，美國在隱身技術(shù)和材料研究方面處于領(lǐng)先水平。在航空領(lǐng)域，許多國家都已成功地將隱身技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)的隱身；在常規(guī)兵器方面，美國對坦克、導(dǎo)彈的隱身也已開展了不少工作，并陸續(xù)用于裝備，如美國M1A1坦克上采用了雷達(dá)波和紅外波隱身材料，前蘇聯(lián)T－80坦克也涂敷了隱身材料。

隱身材料有毫米波結(jié)構(gòu)吸波材料、毫米波橡膠吸波材料和多功能吸波涂料等，它們不僅能夠降低毫米波雷達(dá)和毫米波制導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)、跟蹤和命中的概率，而且能夠兼容可見光、近紅外偽裝和中遠(yuǎn)紅外熱迷彩的效果。

近年來，國外在提高與改進(jìn)傳統(tǒng)隱身材料的同時，正致力于多種新材料的探索。晶須材料、納米材料、陶瓷材料、手性材料、導(dǎo)電高分子材料等逐步應(yīng)用到雷達(dá)波和紅外隱身材料，使涂層更加薄型化、輕量化。納米材料因其具有極好的吸波特性，同時具備了寬頻帶、兼容性好、厚度薄等特點(diǎn)，發(fā)達(dá)國家均把納米材料作為新一代隱身材料加以研究和開發(fā)；國內(nèi)毫米波隱身材料的研究起步于80年代中期，研究單位主要集中在兵器系統(tǒng)。經(jīng)過多年的努力，預(yù)研工作取得了較大進(jìn)展，該項(xiàng)技術(shù)可用于各類地面武器系統(tǒng)的偽裝和隱身，如主戰(zhàn)坦克、155毫米先進(jìn)加榴炮系統(tǒng)及水陸兩用坦克。

目前，世界上正在研制的第四代超音速殲擊機(jī)，其機(jī)體結(jié)構(gòu)采用復(fù)合材料、翼身融合體和吸波涂層，使其真正具有了隱身功能，而電磁波吸收型涂料、電磁屏蔽型涂料已開始在隱身飛機(jī)上涂裝；美國和俄羅斯的地對空導(dǎo)彈正在使用輕質(zhì)、寬頻帶吸收、熱穩(wěn)定性好的隱身材料。可以預(yù)見，隱身技術(shù)的研究和應(yīng)用已成為世界各國國防技術(shù)中最重要的課題之一。

四、我國軍用新材料的產(chǎn)業(yè)化趨勢

應(yīng)用于軍事工業(yè)中的新材料均具有較高的技術(shù)含量，因而軍用新材料的產(chǎn)業(yè)化速度普遍比較緩慢。世界范圍內(nèi)的軍用新材料正向功能化、超高能化、復(fù)合輕量和智能化的方向發(fā)展。由此看來，鈦合金、復(fù)合材料和納米材料在軍事工業(yè)中具有十分良好的產(chǎn)業(yè)化前景。

1、鈦合金

鈦是20世紀(jì)五十年代發(fā)展起來的一種性能優(yōu)異、資源豐富的金屬。隨著軍事工業(yè)對高強(qiáng)低密度材料需求的日益迫切，鈦合金的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程顯著加快。在國外，先進(jìn)飛機(jī)上鈦材重量已達(dá)到飛機(jī)結(jié)構(gòu)總重的30~35%。我國在“九五”期間，為滿足航空、航天、艦艇等部門需要，國家把鈦合金作為新材料的發(fā)展重點(diǎn)之一，預(yù)計“十五”將成為我國鈦合金新材料新工藝的高速發(fā)展時期。

2、復(fù)合材料

軍事高技術(shù)的發(fā)展要求材料不再是單一的結(jié)構(gòu)材料，在這種條件下？？國在先進(jìn)復(fù)合材料的研制和應(yīng)用方面取得了很大的成績，它在“十五”期間的發(fā)展會更加引人注目。21世紀(jì)復(fù)合材料的發(fā)展方向是低成本、高性能、多功能和智能化。

3、納米材料

納米技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它不僅涉及到現(xiàn)有的一切基礎(chǔ)性科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，而且在軍事工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著未來戰(zhàn)爭突然性的急劇增大，各種探測手段越來越先進(jìn)。為適應(yīng)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的需要，隱身技術(shù)在軍事領(lǐng)域占有十分重要的地位。納米材料對雷達(dá)波的吸收率較高，從而為兵器隱身技術(shù)的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

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