鋁合金與高新兵器的發(fā)展休戚相關(guān)（下）

    美國(guó)新型CAMEL裝甲車(chē)用

    Keikor2139-T84鋁合金裝甲板

    鋁合金作為裝甲板應(yīng)用始于上世紀(jì)50年代中期,已有60多年,在輪式裝甲車(chē)與履帶式裝甲車(chē)上都得到了應(yīng)用,裝甲車(chē)在搜索偵察、救護(hù)、步兵運(yùn)輸中發(fā)揮了重要作用.首批鋁合金裝甲人員運(yùn)輸車(chē)(Personnel Vehicle)是美國(guó)的M113,用了大量的鋁合金裝甲,裝甲厚度足以不會(huì)被子彈片擊穿,確保人員安全,同時(shí)比先前的鋼甲板車(chē)輕得多,可以用飛機(jī)運(yùn)輸.

    美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室(Army Research Laboratory,ARL)對(duì)裝甲車(chē)側(cè)面與前面裝甲板合金的性能與尺寸作過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間及一系列模擬實(shí)彈射擊研究,篩選出兩種綜合性能最佳的鋁合金,它們的強(qiáng)度性、抗彈片爆炸性、抗槍彈擊穿性與抗腐蝕性都得到很好的結(jié)合,通過(guò)中間熱處理還具有良好的可成形性(Formability).這兩種合金是在航空工業(yè)已得到應(yīng)用的2139合金及7056合金,裝甲厚板是美國(guó)肯聯(lián)鋁業(yè)公司(Constellinm)生產(chǎn)的,它們的注冊(cè)商品牌號(hào)為Keikor 2139TM與Keikor 7056TM.

    Keikor 2139合金是為航空航天工業(yè)研發(fā)的結(jié)構(gòu)合金,有高的強(qiáng)度與斷裂韌性,是一種綜合性能優(yōu)秀的鋁合金,經(jīng)過(guò)美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室較長(zhǎng)時(shí)間的一系列標(biāo)準(zhǔn)化槍擊試驗(yàn)與野戰(zhàn)試驗(yàn),認(rèn)為它也是一種很好的裝甲鋁合金,除有合格的防彈性能外,還有良好的抗腐蝕性和耐熱性,在較高的溫度下不會(huì)軟化,對(duì)裝甲車(chē)來(lái)說(shuō),高的抗腐蝕性也是一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo),因?yàn)樗跇O端嚴(yán)峻的復(fù)雜環(huán)境中運(yùn)作與作戰(zhàn),難能可貴的是,2139合金的應(yīng)力腐蝕敏感性極低.

    2139合金是一種雜質(zhì)含量低的Al-Cu-Mg-Mn-Ag合金,截至2016年12月,在美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)公司注冊(cè)的常用合金型號(hào)(Active alloy)535個(gè)、非常用合金型號(hào)(inactive alloy)158個(gè),共計(jì)693個(gè),加上各鋁業(yè)公司有特色未注冊(cè)的,估計(jì)在用的變形鋁合金型號(hào)約1000個(gè).在冊(cè)的693個(gè)合金型號(hào)中含銀的有18個(gè),其中2XXX系的16個(gè),7XXX系的2個(gè)(7009合金、7047合金),最大含銀量0.7%.Ag在鋁中的固溶度于566℃時(shí)可達(dá)55.6%,然后隨著溫度的下降而急劇地變化著,向2XXX系及7XXX系添加(0.1%——0.7%)Ag能提高它們的力學(xué)性能及抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂能力,2139合金含0.15%Ag——0.6%Ag.Ag可與Al于727℃形成Ag2Al化合物(γ相),它含88.9%Ag,密集六方晶格.

    最早用作裝甲板的是2519-T87合金厚板,后來(lái)發(fā)現(xiàn)它有很高的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性而被淘汰,因?yàn)樗贿m合在復(fù)雜條件下作戰(zhàn).2139合金的成分(質(zhì)量%)如下:Si0.10,Fe0.15,Cu(4.5——5.5),Mn(0.20——0.60),Mg(0.20——0.80),Cr0.005,Zn0.25,Ti0.15,V0.05,Ag(0.15——0.60),其他雜質(zhì)單個(gè)0.05,總計(jì)0.15,其余是Al.

    按美國(guó)軍用材料標(biāo)準(zhǔn)MIL-DTL32341A,2139合金的最低力學(xué)性能見(jiàn)下表.由2139合金的成分可知,它是一種雜質(zhì)含量很低的合金,因而它有高的斷裂韌性與抗疲勞性能,耐損傷性能也不錯(cuò).

    Keikor 2139合金厚板有兩種狀態(tài):AP/FSP(美國(guó)專(zhuān)利/聯(lián)邦專(zhuān)利)抗槍擊級(jí)的,即T8狀態(tài)的.前一狀態(tài)的生產(chǎn)工藝是,經(jīng)適當(dāng)冷加工率后再進(jìn)行人工時(shí)效,即固溶處理后進(jìn)行冷加工再進(jìn)行人工時(shí)效的狀態(tài),使其具有良好的綜合性能,用于制造裝甲車(chē)的側(cè)面甲板及頂部甲板;T81狀態(tài)厚板的生產(chǎn)工藝是,固溶處理后經(jīng)約1%的冷加工變形,使強(qiáng)度稍有提高,然后進(jìn)行人工時(shí)效.2139-T81合金厚板制造的裝甲車(chē)有更強(qiáng)的防護(hù)性能,也就是說(shuō),當(dāng)裝甲車(chē)的防護(hù)性能等同時(shí),2139-T81合金裝甲車(chē)輕得多,作戰(zhàn)靈活性更高,速度也更快.

    美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究表明,在裝甲板的厚度相等時(shí),2139合金板可抗2110ft/s的槍彈射擊,而5083-H131合金及7039-T64合金板的安全槍擊速度分別為1780ft/s與1910ft/s.

    Keikor 2139合金抗爆性能普遍優(yōu)于傳統(tǒng)合金,特別是2139-T84合金,因?yàn)門(mén)84狀態(tài)板有更高的抗拉強(qiáng)度與斷裂韌性,它們得到很好的結(jié)合.在作標(biāo)準(zhǔn)化爆破試驗(yàn)時(shí),它的塑性變形比5083-H131合金厚板的小得多.2139-T84合金厚板的永久變形量比5083-H131合金的約小50%,因此在戰(zhàn)場(chǎng)上遇到爆炸時(shí),2139-T84合金裝甲車(chē)受到的沖擊作用會(huì)顯著下降,可以大大減少潛在傷害.

    抗爆炸狀態(tài)板(T84)通常用作裝甲車(chē)的下部甲板,板材都經(jīng)過(guò)人工時(shí)效,同時(shí)時(shí)效溫度相當(dāng)高,因而有優(yōu)秀的成形性能.2139-T84合金裝甲板還要經(jīng)過(guò)受專(zhuān)利保護(hù)的中間固溶處理,這種板材既有高的強(qiáng)度性能,又有良好的成形性,成形件中應(yīng)力低,對(duì)以后的加工成形非常有利.

    在制造裝甲車(chē)時(shí),零部件的連接不管是焊接還是螺接,板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度都會(huì)下降一些,為此,肯聯(lián)鋁業(yè)公司研發(fā)成功系列2138-T84合金焊絲,用其焊接的結(jié)構(gòu)焊縫強(qiáng)度與基體強(qiáng)度幾乎相等,同時(shí)焊接熱應(yīng)力也最低.Keikor 2139-T84合金裝甲厚板是肯聯(lián)鋁業(yè)公司西弗吉尼亞州雷文斯伍德(Revenswood,WV)軋制廠生產(chǎn)的,航空航天等高端材料是其主導(dǎo)產(chǎn)品.

    經(jīng)過(guò)美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的大量室內(nèi)試驗(yàn)與野外實(shí)彈演習(xí)試驗(yàn),2139-T84合金抗穿甲彈與爆炸彈片能力都優(yōu)于傳統(tǒng)的5083-H131與7039-T6合金厚板,這已得到陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)證.美國(guó)已用Keikor 2139-T84合金板制造新一代先進(jìn)的陸軍偵察概念裝甲車(chē)CAMEL(Concept for Advanced Mititary Explosion-Mitigating Land).此車(chē)是美國(guó)底特律普拉特-米勒公司(Pratt&Miller)制造的,經(jīng)美國(guó)陸軍坦克汽車(chē)研究發(fā)展與工程中心(TARDEC,Army's Tank Automotive Resarch Development and Engineering Center)的全面考核與各種野戰(zhàn)演習(xí),CAMEL鋁合金裝甲車(chē)各項(xiàng)指標(biāo)都合格,表現(xiàn)良好.此項(xiàng)工作的進(jìn)行還得到了戰(zhàn)車(chē)原型平臺(tái)(CVP,Combat Vehicle Prototype)的支持.

    2016年9月美國(guó)陸軍有關(guān)部門(mén)對(duì)外宣稱(chēng),今后制造的裝甲車(chē)(TARDEC)的裝甲將用Keikor 2139合金厚板制造.