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钨芯穿甲弹是否可以应用在中小口径枪械上呢?

2019年12月3日 - 军事热点
钨芯穿甲弹是否可以应用在中小口径枪械上呢?

  出品:科普中国

问题:钨芯穿甲弹是否可以应用在中小口径枪械上呢?

2004年获权的一项美国专利披露了一种用于制造破片侵彻型穿甲弹的钨材料以及弹芯的成形方法。由该材料制造的穿甲弹能够高速冲击侵彻坚硬目标,通过控制材料的烧结条件以及钨合金中钼的成分比可使材料在侵彻目标时由延性破裂转为脆性破裂,由此产生的破片将对目标造成严重损坏。这种弹芯的制造方法是将90%~95%的钨粉、3.0%~8.0%的钼粉、0.5%~3.0%的镍粉以及1.0%~4.0%的铁粉混合,然后将混合物粉末铸造烧结成形。一、相关工艺描述在90W-7Ni-3Fe钨合金的显微结构中,圆形颗粒是具有体心立方晶格结构的钨,合金基体是具有面心立方晶格结构的Ni-Co-Fe-W合金,钨的固溶体包含在其中。这种材料就是由具有硬性特质的钨颗粒与具有软性特质的合金基体构成的一种典型的动能穿甲弹弹芯材料。这种材料通过液相烧结制成。制好的弹丸在1000℃~1300℃的温度下保持一定时间,重复进行水淬,然后进行冷轧处理,此时弹丸处于均匀稳定的状态。贫铀与钨合金材料一样被用作侵彻装甲板的穿甲弹芯材料。众所周知,贫铀的物理性能优于钨合金,其侵彻性能要比钨合金高出约10%,原因是贫铀的高速变形行为与钨合金不同。钨合金在侵彻过程中发生剧烈变形,弹头尖端变为蘑菇形,增加了弹芯直径。因此,侵彻阻力增加,弹丸的侵彻性能降低。而贫铀弹丸由于在侵彻过程中弹头尖端边缘发生绝热剪切弯曲,从而产生易于引起局部破裂的自锐化作用,使贫铀弹芯直径小于钨合金弹芯直径,侵彻阻力低,侵彻性能相对增加。但使用贫铀材料也存在几个缺点,如容易产生氢脆、腐蚀、环境污染以及导致相关疾病等等。因此,虽然贫铀弹芯在侵彻力上优于钨合金弹芯,但平衡各种条件来看,后者是更适宜使用的材料。特别是环境污染以及对人类健康的危害是贫铀材料的一个致命缺点,以至于目前对使用贫铀材料存在诸多限制。钨合金穿甲弹作为攻击性武器,通常被用于导弹防御、反舰、防空等。特别是具有多重功能,即能够进行破片扩散侵彻且具有燃烧效应的穿甲弹是目前急需的装备。与通过弹芯本身的自锐化进行侵彻的机制不同,W-Cu材料通过破片扩散对靶板进行侵彻。但考虑到W-Cu材料的拉伸强度与压缩屈服强度的相对关系,其拉伸强度就相对太高了。因此,在破片扩散侵彻性能方面,W-Cu材料与本发明的材料相比就不具有优越性。二、发明概要本发明是关于一种扩散破片侵彻型钨合金穿甲弹芯材料,该材料能充分排除由于有关技术的缺点和限制所带来的一个或多个问题。本发明的目的是提供一种扩散破片侵彻型钨合金穿甲弹芯材料,这种弹芯不是通过弹芯本身的自锐化而是通过扩散破片对目标进行侵彻。根据本发明,扩散破片侵彻型钨合金弹芯材料组成为90%~95%的钨粉、3.0%~8.0%的钼粉、0.5%~3.0%的镍粉以及1.0%~4.0%的铁粉。弹芯的成形方法是将上述组成比的粉末相互混合,压制成毛坯,然后进行烧结。压制过程最好采用冷等静压。烧结过程要在非氧化或氢气的还原气氛中进行,烧结温度为1350℃~1450℃,烧结时间2~5小时。本发明的特点在于,通过将钼添加到钨合金中,调节合金比率、控制烧结条件,形成金属间化合物,通过金属间化合物控制材料的机械性能。

  作者:西南交通大学国防教育协会

回答:

  监制:光明网科普事业部

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  说到各国主战坦克(MBT Main Battle
Tank)普遍使用的尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS),就不得不提到弹芯材料的钨铀之争。目前广泛应用于各型杆式穿甲弹弹芯的材料是贫铀合金与钨合金,二者材料性能的优劣一直以来都是大家津津乐道的话题。

▲我国研发的54式12.7毫米钨芯脱壳弹,其是1975年我国引进美国太平洋技术公司的同口径APDS弹的技术而研发的一种钨芯脱壳弹,具有初速高、弹道低伸、穿甲威力大的特点

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钨芯穿甲弹顾名思义就是采用钨合金弹芯的穿甲弹,目前比较有代表性的就是现代主战坦克上所使用的钨合金尾翼稳定脱壳穿甲弹,如德国的DM43/53,中国的DTW-125/DTC-10等。

  美国M829A2型APFSDS脱壳的瞬间

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  一般来说,在同等情况下贫铀合金的侵彻能力较钨合金高10~15%,这是由于贫铀合金材料的临界绝热剪切应变率较低,易发生绝热剪切断裂,即“自锐”效应。而钨合金在穿甲过程中,穿杆头部会“自钝”,致使侵彻阻力增大,侵彻力深度降低。

▲从表可知,钨合金对比钢在压应力比较上有着明显的优势

  下图为纯钨、钨合金和铀合金材料弹芯穿甲过程中弹头的行为特征。

一般来说,钨芯穿甲弹都采用高密度的钨合金来制造其弹芯,因此有利于提高穿甲弹飞行时的存速能力和对钢板的侵彻能力,且钨合金还是一种耐高温、热稳定性好金属材料,故而用其制成的弹芯具有在高温高压环境下也不会粘结变形的特点。那如此好的材料,可否应用在中小口径枪械的弹药上呢?答案是肯定的,比如就以咱们国家为例,我国就制造出了54式12.7毫米钨芯脱壳弹(APDS)及02式14.5毫米钨芯尾翼稳定脱壳穿甲弹(APFSDS),其中前者的弹药尺寸为12.7X108mm,初速可达1150m/s以上,而后者的弹药尺寸为14.5X114mm,初速可达1250m/s以上,这两型弹药可分别配备于54式12.7毫米机枪及02式14.5毫米机枪上,从而增强这两型机枪的威力,而它们的成功研发,也是我国中小口径枪械弹药领域的一次巨大的进步。

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  自钝与自锐效果。注:Pure W——纯钨;WHA(Tungsten Heavy
Alloy)——高密度钨合金;DU-3/Ti ——一种贫铀合金材料(含Ti/V,钛/钒)

▲从表可知,12.7毫米钨芯脱壳弹的穿甲性能对比一般12.7毫米穿甲燃烧弹有着很大的优势

  由图可见,在同等弹芯直径条件下,贫铀合金穿甲通道直径最小,穿甲阻力最小。

因此,综上所述,钨芯穿甲弹不仅可以应用在大口径坦克火炮上,也可以应用在中小口径枪械的弹药上。

  另外,贫铀易燃,在穿甲后具有强烈的纵火作用,对车辆成员有更强的杀伤效果,更容易引发二次效应。

以上是《军武次位面》为您解答,赞同回答的话,欢迎关注我的头条号^_^

  但是贫铀也有缺点:

回答:

  贫铀具有放射性,会威胁坦克装甲车辆成员的健康,燃烧过程中产生的放射性烟气被吸入后会造成严重内照射。

完全可以,当然是在大材小用和不顾成本的基础上。
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  贫铀化学活性高,容易氧化变质,不利于长期储存。

钨是一种硬度极高的金属,用其制造的合金密度是最优制钢材的将近3倍,这也就是说它的弹芯断面密度大,能够提高弹丸的存速能力和对目标钢板的侵彻能力,即穿透能力。
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  贫铀合金刚度较低,需要使用更大尺寸的弹托防止在膛内加速时弯曲,增加了消极质量,减小了穿甲体获得的动能。

说到这里,我们也就大体上知道了钨合金最主要的战斗功能是用于穿甲,这是目前许多顶级炮射穿甲弹的最重要的材质。根据作战和打击目标不同,钨合金穿甲弹在70年代就已经被美军所使用,海湾战争中,美军使用的贫铀穿甲弹更胜一筹,但是却带来了贫铀穿甲弹在利川装甲时高温燃烧而产生的带有污染性的氧化铀尘埃,美国又重新开始钨合金弹芯的穿甲弹研制。
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  U的熔点为1133℃,W的熔点为3370°C。由于APFSDS的飞行速度达M5~M6,在这种速度下的气动加热可达2500K左右,在强大的高温和气动力的耦合作用下,贫铀合金的形变较大。弹芯产生的形变会降低速度、加剧章动影响精度和破坏着靶姿态而降低穿深。

钨是一种稀有的有色金属、价格昂贵,可以说用其制造穿甲弹打击并击毁同样制造价格高昂的装甲目标是非常值得的。但是把它用到普通的作战用途上,真的太过奢侈和浪费。
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  贫铀合金的流变极限强度较低。在穿杆高速撞击并穿透靶板的过程中会发生压缩变形,应变速率提高,峰值应力也将逐渐增大,“自锐”效应将被削弱。

普通小口径武器最主要的作战目标就是单兵,对于普通士兵这些钢质弹丸杀伤力和穿透力已经足够,又何必再去使用硬度更高、价格更贵的钨合金呢?难道是想打出一个穿糖葫芦的结果?

  贫铀较低的剪切强度在带来自锐特性的同时,也使得面对爆炸反应装甲、约束式复合装甲时穿杆更容易被折断。

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