新型05式坦克钨合金尾翼稳定脱壳穿甲弹

中国将停止生产99式坦克,因为其新式的05式坦克即将问世。05式坦克与99A2式三代半坦克相比,有了质的飞跃。05式坦克已经不能再简单地认为是一辆坦克,而是一个超级陆战攻击平台,除了坦克炮,还配备了精准防空导弹和非致命激光武器等。

发射尾翼稳定脱壳穿甲弹时初速为1950米/秒,直射距离3200米,对均质装甲的穿甲厚度900毫米以上,发射破甲弹时初速1500米/秒。该炮装有性能可靠的自动装弹机,火炮射速可达12发/分。使用钨合金尾翼稳定脱壳穿甲弹时,可在2000米距离上击穿950毫米的均质装甲,而使用特种合金穿甲弹 时,同距离穿甲能力达1000毫米以上,该炮还能发射我国最新研制的152毫米口径炮射制导导弹,该导弹最大射程7.8公里,最大破甲深度900毫米。


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西华山钨矿的发现

西华山在未开采之前,曾是赣南的四大名山之一,山上古木参天,茂林修竹,风光绮丽,景色迷人。"参差树影青云上,远近泉声白石间"、"变却流丹流赤水,余霞散奇景犹在",为明代张弼、民国初期薛雪游览西华山之后留下的赞美诗句。

早在宋朝 (960-1279),赣南大余西华山的观音岩、大水坑、正桥头、牛婆坑一带就有人开始采炼锡矿,直到清康熙年间(1662一1723)才停止。当时,虽 然黑石到处可见,但当地人不知道它们是钨矿石。约1906年的盛夏,大余县城天主教福音堂德籍牧师邬利亨,为寻幽揽胜,沿着盘旋曲折的崎岖小道乘轿上了西 华山。在徒步观赏了构筑精巧的庆云寺,饱览了景色宜人的自然风光后,无意中发现所到之处都是乌黑发亮的石头。邬利亨感到奇怪,拣了其中一块一掂,感觉很 重,意识到这可能是一种贵重的矿石,于是多拣了几块带回教堂。

光绪三十三年 (1907),邹利亨携大余黑石回德国,经德国矿石专家鉴定,此矿石含有稀有金属钨。为发展军火工业,德国政府指令邬利亨立即赶回大余,设法多搞些钨矿石 运回德国。邻利亨回到大余后,以修建花园为名,暗中指使教徒上山拣取,并以低价收购。福音堂的天主教徒每人每天可拣几十斤,多的一百余斤。收购来的钨矿 石,邬利亨就雇请挑夫运至广东省南雄县装船,经广州、香港运往德国。不久,为独占钨矿资源私行开采,邬利亨背着中国当地政府,用500银元从西华山庆云寺 住僧妙园和尚手中买下山权。从此,邹利亨就开始明目张胆地开采这里的钨矿石了。

光绪三十四年(1908) 冬,有一个在南京两江优级学堂(中央大学前身)读书的大余籍学生,将西华山矿石带到该学堂的化验室进行化验鉴定,确认其中含有稀有金属钨。此时巧逢南安、 赣州、吉安、宁都道道台俞明震来大余巡视,他得知西华山出产钨矿和山权被卖之事,便命县府收回。经与邬利亨多次交涉,中方以1000银元赎回了山权。从 此,世界钨都的历史才翻开了新的篇章。

 

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钨矿在中国的发现

在中国发现钨矿,始于1908年。据清《皇朝续文献 通考》载,湖南省资兴、宜章、郴县三县交界的瑶冈仙钨矿,为中国第一个钨矿。当时有长沙工校的学生拾得钨矿石一块,误认为是铅,送到湖南华昌炼矿公司,经 化验始知为钨矿石。瑶冈仙矿区面积约50平方千米,在明朝时期,当地人就在此采取砒石.废石堆中弃置的狼钨矿(即黑钨矿)甚多。华昌炼矿公司以低价购得此 矿石数百吨转手出口,每吨售洋2000元,获利甚多。后来在资兴、宜章、郴县及其邻近地区相继发现钨矿,如湖南的汝城、常宁、临武等县均有发现。

湖南发现钨矿之后,相继发 现钨矿的其他省份还有江西、福建、广东、广西、河北等。江西钨矿在大余、上饶、南康、信丰、定南等地。福建钨矿在长乐、霞浦、建阳等地。广东钨矿在惠阳、 宝安、东莞、乐昌、连县等地。广西钨矿在南宁附近。河北钨矿在迁安、抚宁、临榆等地。迄今为止,中国发现的钨矿产量居世界首位。第一次世界大战期间,我国 的钨矿石大都销往美国,战后则以运销德国为主。1949年以后,中国探明的钨矿储量为世界其他各国现有钨矿总储量的三倍以上,产地遍及内地19个省区市。 现已发现并探明有储量的矿区252处,累计探明储量637.5万吨,其中A+B+C级储量232万吨,占36.4%。截至1996年底,我国钨矿保有储量 为529.08万吨,其中A+B+C级储量228.11万吨,占43.1%。中国钨矿不仅储量居世界第一,而且产量和出口量长期以来也居世界第一,因而被 称誉为"世界三个第一",创造和打破了多项中国世界纪录协会认可的世界纪录和中国纪录。

 

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钨矿最初的发现

1781年,瑞典化学家C.W.舍勒从当时被称为" 重石"的矿物(现称白钨矿)中发现一种新元素—钨酸,并以瑞典文tung(重)和step(石)的复合词tungsten命名了这种新元素,此名先后为英 美等国科学界使用。德国等欧洲中部一些国家称其为wolfram,即黑钨矿。1783年,西班牙人德普尔亚发现黑钨矿,从中也提取出了钨酸,同年用碳还原 三氧化钨,第一次得到了钨粉,并命名该元素为钨。这是钨矿发现之始。

钨在地壳中的含量为 0.001%。已发现的含钨矿物有20种。钨矿床一般伴随着花岗质岩浆的活动而形成。经过冶炼后的钨是银白色有光泽的金属,熔点极高,硬度很大。钨矿有十 几种,我国主要有两种—黑钨矿(钨锰铁矿)和白钨矿(钨酸钙矿)。目前世界上开采的钨矿,约50%用于冶炼优质钢,约35%用于生产硬质钢,约10%用于 制造钨丝,约5%用于其他用途。钨可以制造枪械、火箭推进器的喷嘴、切削金属的刀片、钻头、超硬模具、拉丝模等,用途涉及矿山、冶金、机械、建筑、交通、 电子、化工、轻工、纺织、军工、航天科技等各个工业领域。

 

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钨合金子弹——AHEAD弹药

瑞士的GDF007型35mm双管防空高炮一次射击可发射25发AHEAD弹药,射速为1000发/秒,每发弹药抛射152枚钨合金子弹。在目标航路上3800枚钨合金子弹将形成一个纵深不小于10米、直径不超过8米的拦截弹幕。钨合金子弹被抛射形成顶角10一12度的圆锥形破片束;随 着引爆抛射距离的不同,弹幕的覆盖范围和弹药密度(两者成反比)也不同,从而可以有效对付多种目标类型。瑞士这种AHEAD弹药达到目标前方时与目标的相 对速度可达1 200米/秒,钨合金子弹自旋速度达1000转/秒,每颗钨合金子弹的毁伤动能不小于3千焦,因而具有很强的侵透能力。数十枚钨合金子弹便足以破坏目标的战斗部、电子设备或发动机等,使目标丧失完成任务的能力。

据瑞士厄立孔―康特拉夫斯公司宣称,AHEAD弹药可使防空系统的作战效能提高60%,能有效毁伤1.2千米处的反辐射导弹、1.5千米处的掠海导弹,2.5千米处的巡航导弹和无人机、4千米处的飞机或直升机,其承诺是"AAA保护”(Anything, Anywhere, Anytime),即针对任 何时间、任何地点、任何来袭目标的有效保护。


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最早采用钨合金弹头枪弹、质量最小的反坦克步枪——7.92mm M35玛罗斯科泽克反坦克步枪

大约在1935年底,华沙卡拉比诺兵工厂为波兰陆军生产了一种发射7.92×107mm枪弹、采用传统的旋转后拉式枪机的反坦克步枪。该枪基本上是以毛瑟 M1918反坦克步枪为基础设计的,但去除了毛瑟反坦克步枪上所有不必要的结构,成为当时质量最小的反坦克步枪。

M35的另一个特点是发射钨合金弹头枪弹,这在当时可以说是顶尖技术,其他国家得知后无不为之震憾,一支看起来简单、平常的步枪,其穿透力竟然那么强,似 乎有一种难以抵御的侵彻威力!一开始外界只注意到该弹超大尺寸的弹壳,并不知道是弹头中的钨合金弹头在发挥作用。后来在德国和苏联也出现了类似的钨合金弹头枪弹,但钨合金应用于枪弹弹头一直被公认为是波兰的成果。M35备有枪口制退器,采用普通步枪的外形,方便携行,供弹具为10发可卸式弹匣,全枪长1760mm,空枪质量9。10kg,枪管长1200mm。 

尽管M35反坦克步枪优点多多,但也有不尽人意之处。由于打坦克需要弹头具有很高的速度,所以枪管内保持较高的膛压。钨合金弹头很硬,在枪管内运动时对膛线损伤很厉害,致使枪管寿命只有200发左右,超过200发后,该枪的穿甲性能迅速下降。  

为解决武器寿命这个问题,从1939年起波兰就开始研究锥膛枪管,同时对发射的钨合金弹头也作了改进,用软铅裹着钨弹心,外面再用白铜(见注解)被甲,在 弹头的中心还凸起一条弹带。弹头在枪管内向前运动时,枪管膛线挤压弹带,形成较高的膛压,使弹头初速接近1 542m/s,侵彻效果接近原来的两倍。  

1940年,正当波兰做超越极限研究的时候,步枪及其图纸被走私到了法国,法国拿到后如获至宝,加紧研究。1940年上半年,法国战事吃紧,试验被转移到凡尔赛附近的沙托瑞继续进行,法国计划最迟在年底投入生产并装备部队。不料,1940年6月6日,德军以优势兵力向法军在索姆河和埃纳河一线构筑的魏刚防线发动猛烈进攻,仅用了3天时间,防线就被攻破了。德军大举进攻,法军全线溃败,在混乱中步枪及其图纸丢失了,样品也没有保存下来。


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钨合金脱壳穿甲弹

脱壳穿甲弹(APDS)曾是坦克炮发射的动能穿甲弹的主流,在第二次世界大战时已出现,就是在一个比主炮口径小的钨合金制弹芯再套上由轻金属制造的套环,套环和主炮口径相同,当发射时轻金属套环脱落而钨合金弹芯继续飞向目标,这是为了要兼顾以大口径坦克炮发射高速炮弹和以小口径炮弹较易穿透装甲的要求,这种炮弹的弹芯长径比不可大于1:7,以便用线膛炮发射。现今脱壳穿甲弹已大多被翼稳脱壳穿甲弹(APFSDS)所取代。

这种穿甲弹的好处是可以使用较大口径的火炮,利用较多的装药提供的能量,集中在比传统穿甲弹小的弹头上,提高整体的穿甲能力,以及减少飞行过程中能量的耗损。脱壳穿甲弹是目前穿甲弹的主要型态。


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穿甲弹的新方向——钨丝束穿甲弹

经过几十年的不断研究和发展,大口径高密度钨合金穿甲弹已成为主战坦克和大口径反坦克炮的主要弹种,但随着各国主战坦克装甲防护水平的不断提高,新型反应装甲已具备了一定的反穿甲弹的能力,特别是超高速动能弹的出现和应用,对高密度穿甲弹弹芯材料的力学性能提出了越来越高的要求。多年来,国内外在想方设法 提高钨合金弹芯性能的同时,也开展了各种复合材料弹芯的研究和探索,试图通过用高密度丝或纤维制备的各种复合材料来进一步提高穿甲弹的强韧性,而其中研究最多的是用钨丝束制备高密度的复合穿甲弹弹芯。

虽然经过了几十年的不断研究,高密度钨合金的强度和韧性有了很大的提高,但对于未来超高速动能弹或要求大穿深的穿甲弹,其强韧性不足的问题并未从根本上得到解决,为此开发其它高密度材料的穿甲弹芯,特别是研制高密度复合材料穿甲弹弹芯便引起了各工业发达 国家的高度重视,而且研究也越来越广泛和深入。

英国皇家兵工厂对用某些钨合金丝作增强相。用于穿甲弹进行了可行性研究,实验表明,有必要在合金丝表面涂履一些氧化物,来防止烧结过程中增强相与基体发生反应。

德国曾进行了丝束制造穿甲弹的研究,其方法是在重金属丝上沉积粘结相金属后集束烧结,再经锻造或轧制。另外还进行了将重金属丝装入烧结钨合金管中锻压进行机械复合工艺方法的试验研究。

日本制钢厂研制丝束复合穿甲弹的工艺方法是将多种粘结相元素镀在丝上,再进行液相烧结制成穿甲弹弹芯毛坯。

美国海军的一项专利公布了一种较为经济的用钢—钨复合的穿甲弹制造工艺。该工艺方法是将一定细直径的钨合金增强丝用线束准直仪均匀地平行分布,把准直仪和增强丝一起放入橡胶包套内,再加入预先混入-203石墨粉的B0钢粉末(也可用B00-钢粉末)。封闭胶套并进行冷等静压,去掉包套和准直仪后将压制件在氢气氛中烧结,使坯件的致密之后,坯料再经模锻后的钨丝排布会发生一些变化,丝与丝之间的距离将减小,但丝的外形尺寸基本没有变化。将毛坯在GGH下奥氏体化,淬火后,在回火,其硬度可达很高程度。


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钨合金板轧制

钨合金板轧制可分热轧、温轧和冷轧。由于钨合金的变形抗力大,普通轧辊不能完全满足钨合金板材轧制的要求,应使用特种材质的压辊。轧制时,压辊要预热,根据不同的轧制条件,预热温度为100~350℃。坯料的相对密度(实际密度与理论密度之比)大于90%时才可加工,坯料密度在92~94%时加工性能良好。热轧的开坯温度在1350~1500℃之间,开坯的变形工艺参数选择不当,坯料会产生分层。温轧的开始温度为1200℃,厚度为8毫米的热轧板,经温轧可达到0.5毫米。

由于钨合金板变形抗力大,轧制时轧辊辊身弯曲变形,是板材沿宽度方向厚度不均,换辊或换轧机时,板材可能因各部位变形不均匀而开裂。0.5毫米厚度板材的塑性-脆性转变温度还在室温或室温以上,片材呈脆性,应在200~500℃将片材轧制成0.2毫米。轧制后期,钨合金片薄而长,为保证板材加热均匀,常涂石墨或二硫化钼,不仅有利于板材的加热,而且加工时还有润滑作用。


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ZTZ-99主战坦克用钨合金

ZTZ-99主战坦克,就火力而言,125毫米高膛压滑膛坦克炮使用钨合金尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS),可在2000米距离上击穿850毫米的均质装甲,而使用特科合金穿甲弹(弹芯长径比为30:1)时,同距离穿甲能力达960毫米以上。钨合金由于其有较强的抗拉强度,屈服强度,硬度和延伸率,因此在军事领域颇受青睐。

相比之下,美国 M1A2主战坦克在2000米距离上的穿甲能力为810毫米,德国的豹一IIA6主战坦克约为900毫米,日本的90式主战坦克为650毫米。因此,就坦克火炮的威力而言,这一项技术指标无疑是我们居于领先地位。此外ZTZ-99坦克还配有仿俄制“映射”9K119型(西方称AT-11狙击手)激光制导炮射导弹,车内一般携带有4枚导弹。经过改进,新型炮射系统在坦克的内装有激光发射机,导弹的发射药加长,全弹质量也有所增加。该弹可针对某种攻击情况(如静止发射攻击),选择复杂的飞行轨迹,低空飞向目标。


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