如何改进钨合金穿甲弹穿杆性能
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- 发布于 2014年7月21日 星期一 16:35
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目前,国外对穿甲弹芯材料技术的研究热点主要集中在改进工艺技术提高钨合金强韧性、研制新型绝热剪切钨合金、新型钨纤维或晶须、增强复合弹芯材料及集束式钨弹芯材料等方面。
1. 改进工艺提高材料性能
近 年来,美、英、法等国采用大变形强化技术有效地提高了钨弹芯材料综合性能。如美国陆军研究实验室(ARL)的 Wendy Leonard等人对成分分别是96W3.2Ni0.8Fe和93W4.5Ni1.5Co1Fe的两种经烧结和热处理的钨合金坯料,用热机械加工方法进行 了大变形强化处理,不但大幅度提高了材料的强度,并且保持了较好的延伸率。两种材料在热机械加工态的屈服强度、拉伸强度和延伸率分别为: 1399MPa、1454MPa、15%和1447MPa、1640MPa、13%。其具体工艺步骤是:将用不锈钢包套密封的钨合金坯料在空气炉内加热到 1000℃,然后拿到常规挤压机上进行多次挤压处理,变形量达到96%;经挤压的坯料再经过一系列的中间锻造和退火的循环热处理过程,使最终变形量达到 97.5%。材料最终显微组织主要是沿轴向平行排列的高度拉长的钨晶粒,这种组织的存在被认为是使材料力学性能大幅度提高的原因。
最 近,英、法两国也对钨合金大变形强化技术进行了研究。英国防务研究署(DERA)的研究人员采用烧结后经过热处理的92.5%W- Ni-Fe-Co合金进行了约90%以上大变形量锻造加工,获得了具有纤维状显微组织的钨合金,其屈服强度、拉伸强度和延伸率分别为1330MPa、 1510MPa、19%,性能远远超过常规工艺钨合金。法国研究人员对由粒径1~15μm的钨、镍和铁混合粉末烧结而成的并经过真空热处理的 93W5Ni2Fe棒坯进行了多次循环加工,每次循环加工由变形加工和热处理组成,变形可采用锻锤来完成。经过多次这种循环加工过程,使钨合金棒坯的显微 组织发生了很大的改变,如产生了纤维状和网状组织,钨合金的强度大幅度提高,并保持了一定的延伸率。当变形量约为30~50%,热处理温度为500或 900℃,热处理时间为6~20小时时,该钨合金的力学性能指标分别为:屈服强度1810MPa,拉伸强度1850MPa,延伸率5%。
2. 新型绝热剪切钨合金
有研究表明,相同质量和相同几何形状的贫铀弹、钨合金弹冲击均质装甲钢板时,贫铀合金的极限速度较钨合金的低100m/sec,贫铀合金的这种优异性能源于 贫铀合金弹芯在侵彻过程中的绝热剪切和自锐化行为。因此,研制能实现自锐型绝热剪切破坏的新型钨合金材料也是目前穿甲弹芯材料研究的主要方向之一。目前研究的有:
(1)钨铀合金,即70W30U,该合金密度可达100%,屈服强度达1183兆帕,在侵彻时发生绝热剪切,侵彻性能与U- 0.75Ti相近;
(2)钨铪合金,有二种,即50W50Hf和74W26Hf,可采用流化床化学汽相沉积加固态固结工艺制成,准静态压缩力学性能与 90W7Ni3Fe合金相当;
(3)钨-金属间化合物,目前合成的有W-7%NiFeAl,该合金烧结密度达96%,平均晶粒尺寸为7μm,在动态压缩试验中,显示了绝热剪切特征;
(4)钨锰合金,有90W-Ni-Mn和95W-5Mn两种,烧结密度达95%以上,在动态试验中,均显示了绝热剪切特征。
3. 钨纤维或晶须增强复合弹芯材料
国 外有关穿甲弹芯材料的研究表明,使用复合材料可以提高弹芯的强度、密度和延性。这类复合材料主要以钨合金或贫铀作为母相,以下列成分作为增强相:金属丝, 例如钨丝;金属晶须,例如钨晶须;合金化元素以及陶瓷纤维如AL2O3、SiO2等。这类弹芯可通过粉末冶金、等离子沉积等技术制造。
据 1996年资料报道,德国迪尔(Diehl)公司采用冷锻技术将钨合金棒锻至小于1mm直径,制成钨纤维复合材料弹芯。与钨合金弹芯相比,该弹芯抗拉强度 增加,但韧性降低。随后,该公司将改进的铜粘结方法用于钨纤维结构,从而显著增加了其静态抗弯强度,各性能指标为:抗拉强度 2100~2400N/mm2(平方毫米),抗弯强度约2800N/mm2(平方毫米),边缘纤维延伸率>20,密度18.2g/cm3(立方厘 米)。为了分析铜粘结钨纤维弹芯的终点弹道性能,选择倾斜双层靶板结构和长径比L/D=20、直径为12mm的弹芯,以1400m/s冲击速度进行了试 验。其中,靶板采用高强度轧制均质装甲钢,倾角为60°。弹芯有六种,分别为:DENSIMET D176钨合金,20%延伸率;钨合金,10%延伸率;钨合金,10%延伸率,有钛TiAl6V4包套;钨纤维,铜粘结;钨纤维,铜粘结,钛包套;钨纤 维,铜粘结,钢包套。试验结果表明,对于各类弹芯,包套都使其侵彻性能显著下降,X射线照片显示出包套与第二块倾斜靶板之间发生强烈作用,导致韧性包套侧 向剥离,进一步造成弹芯的破碎和侧向加速。而无包套的钨纤维弹芯,与钨合金弹芯相比,其侵彻性能显著提高,约高50%以上。因为,小纤维颗粒非常快速地从 损伤的弹头部分离,在剩余弹芯中几乎没有产生弯曲动量,从而避免了出现蘑菇状头部和弹芯弯曲,并增大了攻击角,提高了侵彻性能。可见,铜粘结钨纤维弹芯具 有很大的发展潜力。
英国皇家兵工厂也开发出一种穿甲弹芯用纤 维增强复合材料,即W-0.6%ThO2丝和W-1%ThO2丝增强复合材料,其模量、密度和强度均好于常规钨合金弹芯材料。具体工艺为将W-5Ni- 2.5Fe粉和带有SiO2包覆层的W丝混合物置于模具中于140~420MPa压力下进行冷等静压,再于1500℃、氩气氛中进行液相烧结半小时。
最 近,美国陆军部研制出一种[100]晶向的单晶钨晶须,并用这种晶须制成了穿甲弹芯用复合材料,据试验表明,该材料具有较高的强度和侵彻性能,并在冲击目 标时不形成蘑菇状头部。制造时,先在自制的专门设备上生产出单晶钨晶须,然后在钨晶须上涂覆涂料,钨晶须与涂料两种成分所占体积百分比分别为90%和 10%,此时,弹芯密度可达到最大。适用的涂料有:Fe-Ni,Fe-Ni-Co,Ni-Co,Ni-Cu,Cu,Co等。涂覆可采用化学汽相沉积、物理 汽相沉积或流化床工艺来完成。涂覆后,将带有涂层的钨[100]晶须以与弹芯纵向轴线相平行的方向放入陶瓷模,模腔形状和尺寸与弹芯相同。将陶瓷模放入氢 气氛中进行液相烧结。最佳烧结温度根据涂料成分而定。例如,当使用Fe-Ni涂料时,烧结温度可为1470~1570℃,烧结时间可为 1小时。
4. 集束式钨弹芯材料
钨合金弹芯在侵彻靶板时,其头部或体部容易断裂,这说明弹芯沿轴线方向上的强度不够高。针对这种情况,日本制钢所提出一种集束式弹芯,可保证在其轴线方向上得到较高的强度和延性,并且其密度可达到18.5g/cm3(立方厘米)以上。该弹芯主要制造工序如下:
(1)将直径0.15mm高纯度钨丝裁成指定长度,并在钨丝表面涂覆Ni-Fe粘结剂。在涂覆的钨丝横截面上,涂层所占面积为10%,钨丝所占面积为90%。
(2)将涂覆后的钨丝扎成束状,并装入橡皮包套进行冷等静压以制得预形坯。
(3)将预形坯在氢气氛或真空中进行还原处理以除去氧、碳等杂质,然后在1500℃进行液相烧结。
(4)经过烧结的钨合金再进行适当机械加工便可得到具有一定形状的钨集束式弹芯。
德国莱茵金属公司也研制出了另一种形状的集束式弹芯,其心部由束状钨丝构成,周围是烧结钨合金。该弹芯基本制造工序为:
(1)在陶瓷棒周围放上钨合金粉并压制成预形坯。
(2)将预形坯连同芯棒一起进行烧结。烧结后退出芯棒便得到管形件。
(3)把集束式钨丝放入管件内腔,将二者一起锻造便制得高密度、高强度弹芯。束状钨丝所以不进行烧结,是为了避免钨丝性能下降。必须注意的是,集束式钨丝在压实之前具有一定的孔隙度,应当在加工过程中予以消除,保证使弹芯材料达到最高密度。
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钨合金穿甲弹穿杆-固态混合制造
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- 发布于 2014年7月21日 星期一 16:31
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固态混合(solid phase sintering)是钨合金穿甲弹穿杆另一种制造方法。这种钨杆使用纯钨的粉末,压制成杆状后加温,然后通上强大的电流。粉末升温后会凝结在一起变成钨杆。但这种方式加工出的钨杆非常脆,只能做成钢穿杆头部的内芯。俄国早期的BM-12采用了这种钢+钨的穿杆,并不是真正的钨穿甲弹。固态混合的钨杆的头部在穿击过程分解成粉末,这样加大穿道壁的厚度,对之后的杆身穿入造成不利影响,所以这种钢+钨的穿杆的杆尾都必须比头部细很多。以BM-12为例,杆首直径是杆尾的两倍,由于质量不均匀,穿杆飞行过程中难以稳定,尾翼必须设计得比较大。这样又降低速度,对穿深形成另一不利影响。
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尾翼稳定脱壳钨制穿甲弹发展史
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- 发布于 2014年7月21日 星期一 16:29
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自二战以来,反坦克便成了坦克的首要任务,坦克火炮的威力也是衡量坦克性能的三大指标之一,而最大程度的提高反坦克威力便成了各国孜孜不倦的追求。
60年代苏联率先在它的T-62上使用115mm口径的滑膛炮,之后西方国家也不甘落后、纷纷效仿,从此线膛炮一统天下的局面被打破,到了 上个世纪九十年代,各国的最新型主战坦克除英国、印度、中东一些小国仍然使用线膛炮以外,绝大多数国家已经转而使用滑膛炮。滑膛炮没有膛线、结构简单,因此膛压高、炮弹炮口初速高。滑膛炮的问世也使得次口径脱壳穿甲弹(APDS)得到迅速发展,目前穿甲弹已经了主战坦克的最主要弹种。
穿甲弹是纯粹的动能弹,完全依靠自身的动能撞击坦克装甲,高速穿甲弹对坦克的冲击大大超过了装甲的承受极限而能强性穿透。穿甲弹在穿过装甲的过程中高速的弹芯会和装甲发生剧烈的摩擦,使得部分装甲熔化、并随穿甲弹一起飞入坦克内部对人员和装备造成损坏。
经过多年的发展,早期的次口径脱壳穿甲弹(APFSDS)已经演变成了今天的尾翼稳定脱壳钨合金穿甲弹,它的弹芯的外形近似长箭,弹身细长,直径20-30mm,长经比超过20:1,弹芯尾部有尾翼,可保持飞行中的稳定性和射击精度。这种近似长箭的外形不仅可减小飞行阻力、保持速度,而且在和装甲撞击时作用面小、冲击力大,可有效的增加穿甲深度。由于APFSDS的直径远远小于火炮口径,因此必须在弹芯上套一个弹带才能由火炮发射,弹带的作用是密闭炮膛,并增大弹丸的受力面积,使弹丸获得高炮口初速。目前西方的APFSDS的炮口初速 已经达到了1700米/秒左右-这相当于5倍的音速,弹带的外边包裹着一层薄薄的铜箍,在弹丸飞出炮管的过程中铜箍会和炮管发生摩擦,在弹丸飞出炮管后, 弹带受空气阻力的作用而分裂、脱落,剩下的箭形弹芯则保持高速继续飞行。
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正在“脱壳”的高比重钨合金穿甲弹
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- 发布于 2014年7月21日 星期一 16:24
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高比重钨合金穿甲弹,是人们非常熟悉的一种炮弹,但它究竟是什么做的?它是怎么穿甲的?他到底是怎么工作的?就不是谁都说的清楚了。之前中央电视10套节目播了一个叫《“钨”以稀为贵》的专题节目,其中请了两位嘉宾,其中一位姓马,50多岁了,是中国社会科学院世界政治和经济研究所的研究员,作为这样一位学者级人物,在提到钨的作用时,说了这样一段话:“高比重钨合金穿甲弹为什么能穿甲呢?就是因为穿甲弹头部是会喷火的,它一边喷火,一边往里穿,因为装甲被它喷的火烧软了,穿甲弹就容易穿进去了”。
穿甲弹,是为了对付坦克的,所以自打坦克诞生就有人在琢磨穿甲弹。第一代穿甲弹是普通穿甲弹,弹体分实心的和装药的(总有人以为穿甲弹里面是有炸药的,那就是在第一代中出现的,品种有尖头、钝头和带被帽的这么三种。第二代是次口径超速穿甲弹,这种穿甲弹的外形分线轴型和流线型的两种,弹芯已经开始用钨合金了。第三代就是当今世界各国主战坦克的主流穿甲弹----尾翼稳定脱壳高比重钨合金穿甲弹。
以下就是用高速摄影机拍摄的高比重钨合金穿甲弹在脱壳时的情景。
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钨合金渔坠和铋锡合金渔坠
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- 发布于 2014年7月21日 星期一 16:23
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铋是一种比较稀有的易碎金属。在渔具中通常使用的是铋锡渔坠。铋是铅的重量的四分之三,铋渔坠的下沉速度也比铅渔坠慢。
钨合金渔坠则比传统铅渔坠体积小,敏感度是它的两倍,形状可以保持更久。钨合金渔坠的优势包含大小和硬度两方面。另一个方面也是它的敏感度,它可以让钓鱼者更好地感知水底状况。
从此我们可以发现,钨合金渔坠不仅是最佳铅渔具替代品,由于其完美的特性,也比铋锡渔具更适合做渔坠。
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钨合金渔坠子和陶瓷渔坠子
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- 发布于 2014年7月21日 星期一 16:21
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陶瓷渔坠是比较合适的铅渔坠替代品,陶瓷渔坠子容易投掷,而且在收鱼线是不会陷在水底。
钨合金渔坠非常耐用,比钢硬,体积比相同重量下的铅渔坠小四分之一。钨合金渔坠有很多形状可选,如桶装,子弹状,水滴状等。钨合金渔坠是理想的环保铅渔坠替代品。铅渔坠是有毒的,已经贴上了环境危害品的标签。钨合金的高比重高密度,已经广泛运用于钓鱼中。
渔坠子需由耐高温制成,重渔坠需由高密度金属制成。钨的原子重为183.84,熔点为3422,这使得高比重钨合金渔坠比相对来说密度和熔点更小的陶瓷渔坠更适合取代铅渔坠。
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钨合金穿甲弹原理
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- 发布于 2014年7月21日 星期一 16:20
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钨合金穿甲弹素以强攻硬钻而著称,也就是俗话说的硬碰硬。它主要靠钨合金弹丸命中目标时的大动能和本身的高强度击穿钢甲。俗话说,“打铁先得自身硬”,要击穿目标的装甲,没有一副硬朗的身子骨是不行的。因此,钨合金穿甲弹的弹丸,都是用比坦克装甲硬得多的高密度材料制成的。钨合金穿甲弹拥有超硬弹头,是装甲车辆、坦克等的克星。发射时,钨合金穿甲弹弹丸在膛内高温高压气体作用下,一触及目标,就会把钢甲表面打个凹坑,并且将凹坑底面的钢甲像冲塞子一样给顶出去。因为钨合金穿甲弹具有高韧性,弹丸头部不会破裂,弹体在强大惯性力的冲击下往前冲。当撞击力达到一定数值时,引信被触发点燃,就引起了弹丸装药的爆炸。这时,在每平方厘米面积上,可产生数十吨至数百吨的高压,从而杀伤坦克内的乘员、破坏武器装备。
通过以上钨合金穿甲弹原理我们可以了解到,钨合金穿甲弹的穿透能力主要来源于弹丸运动时的动能,而要增大弹丸击中目标时的动能,就必须提高弹丸的速度。我们现在使用的钨合金穿甲弹,除了用长管火炮发射外,还都将弹体做成流线型或长杆形,就是我们常说的脱壳超速钨合金穿甲弹。因为脱壳超速钨合金穿甲弹的弹丸形状像支长箭,所以,还有人称它为箭形超速穿甲弹。
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美装甲战车克星—揭密中国新穿甲弹
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- 发布于 2014年7月21日 星期一 16:13
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美国负责亚太事务的副助理国防部长理查德.劳力斯(Richard Lawless)称,阿富汗和伊拉克境内怀疑是“中国制穿甲弹”能轻易摧毁美军“悍马”战车和其它重型装甲车辆,导致美军重大伤亡。
中国新型穿甲弹本领为何如此高强?让我们揭开其工作原理及秘密。
中国新型穿甲弹-钨合金穿甲弹是一种依靠弹丸强度、重量和速度穿透装甲的炮弹,拥有异常坚固的硬脑壳,是坦克,飞机,军舰式装甲车辆的克星。钨合金穿甲弹弹头很尖,弹体细长,采用钨合金制成,强度极高。
钨合金穿甲弹能轻易摧毁美军“悍马”战车和其它重型装甲车辆。钨合金穿甲弹外形类似于爆破筒,在一根金属管里装满炸药,在发射口一端有一个特制的金属盘状物。当金属管内火药被引爆后,发射口的金属盘就以极高速度向目标飞去,并在飞行过程中改变形状,变成类似子弹的尖状物,凭借接近熔点的高温穿透各种类型的装甲,造成车内人员死伤。不仅美军的“悍马”战车抵抗不了这种炸弹,就连“艾布拉姆斯”主战坦克有时都会被穿透。
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穿甲弹、钨合金穿甲弹历史
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- 发布于 2014年7月21日 星期一 16:10
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穿甲弹早在十九世纪便已在战场厮杀,当时,它主要对付装甲战船,用得还不普遍。直到第一次世界大战中坦克面世,装甲弹才风风火火冲进战场,其性能也有了很大改进。这期间装甲弹是一种适口径穿甲弹,即穿甲主体的直径与穿甲弹弹体的口径相同。这类穿甲弹又叫普通穿甲弹。
第二次世界大战时重型坦克杀上战场,装甲厚度达到150-200毫米。面对这样的"硬骨头",钝头和被帽装甲弹都显得无能为力,于是便出现了一种次口径超穿甲弹.所谓次口径,是指穿甲主体的直径小于弹径.由于穿甲弹是依靠弹丸的动能来穿透装甲的,因而当穿甲弹以高速撞击装甲时,强度高而直径细小的弹芯就能把大部分能量集中在装甲的很小面积上,从而一举把"乌龟壳"穿透。
后来,坦克不肯示弱,又把装甲增厚,于是便出现了威力更强的超速穿甲弹。这种弹按其稳定方式的不同分为两种:一种是以弹丸自身旋转稳定的,另一种是借助于装在弹体上的尾翼稳定的。目前,应用比较广泛的是依靠尾翼稳定的超速脱壳穿甲弹,也称作"长杆式"尾翼稳定脱壳穿甲弹。
"长杆式"尾翼稳定脱壳穿甲弹初速高,再加上弹丸飞出炮口后弹托(卡瓣)在气流作用下脱落,使空气阻力大为减少,因而通过细而坚硬的弹芯能将大量动能集中作用在装甲很小的面积上(它的穿甲能量比普通穿甲弹大四倍),就好像用锥子扎鞋底一样,击穿很厚的装甲.
为了提高长杆式尾翼稳定脱壳穿甲弹的性能,近年出现了用高密度钨合金穿甲弹(比如中国99式),它们的穿甲本领更强,在硬脑壳钻进装甲后,能产生高温。由于钨合金材料天生所具有的高密度、高强度、高韧性的特性,所以钨合金穿甲弹成为最普遍使用的穿甲弹。
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钨合金穿甲弹
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打坦克的方法很多,单就炮弹而言,最常见的就是:穿甲、破甲、碎甲这三种炮弹。
穿甲弹是依靠弹丸强度、重量和速度穿透装甲的炮弹,现代穿甲弹弹头很尖,弹体细长,采用钨合金制成,强度极高。
钨合金穿甲弹长着非常坚硬的脑袋壳(即弹头),是坦克、飞机、军舰、装甲车辆的死对头。当然,对付混凝土工事,它也照样当仁不让. 钨合金穿甲弹为什么本事这么大呢?主要原因有三点:
1、钨合金穿甲弹的弹体特别结实,由钨合金制成,弹体前端都是实心的,还有防裂槽,不怕在撞击目标的瞬间破碎或折断;
2、钨合金穿甲弹的速度高、贯穿能量大能洞穿较厚的装甲;
3、钨合金穿甲弹的射击精度高,加之身体都是流线型,能在飞行中减少空气阻力,瞬息间直接命中坦克、装甲车辆等活动目标。
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