鎂合金及其在兵器裝備中的應(yīng)用探析

摘 要：綜述鎂合金的特點(diǎn)及其在歐美等西方國(guó)家兵器研制過(guò)程中的應(yīng)用情況，并結(jié)合兵器零件的使用特點(diǎn)和性能要求，分析了鎂合金在兵器裝備中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：鎂合金;特點(diǎn);應(yīng)用;兵器;輕量化

中圖分類號(hào)：TJ文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3198（2008）12-0366-02

1 鎂合金的特點(diǎn)

（1）重量輕:鎂合金的比強(qiáng)度要高于鋁合金和鋼/鐵、但略低于比強(qiáng)度最高的纖維增強(qiáng)塑料；其比剛度與鋁合金和鋼/鐵相當(dāng)，但卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于纖維增強(qiáng)塑料。比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度之比值)、比耐力(耐力/密度之比值)則比鋁、鐵都要高。在實(shí)用金屬結(jié)構(gòu)材料中其比重最小(密度為鋁的2/3，鋼的1/4)。這一特性對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)的手提類產(chǎn)品減輕重量、車輛減少能耗以及兵器裝備的輕量化具有非常重要的意義。

（2）高的阻尼和吸震、減震性能:鎂合金具有極好的吸收能量的能力，可吸收震動(dòng)和噪音，保證設(shè)備能安靜工作。鎂合金的阻尼性比鋁合金大數(shù)十倍，減震效果很顯著，采用鎂合金取代鋁合金制作計(jì)算機(jī)硬盤的底座，可以大幅度減輕重量(約降低70%)，大大增加硬盤的穩(wěn)定性，非常有利于計(jì)算機(jī)的硬盤向高速、大容量的方向發(fā)展。

（3）良好的抗沖擊和抗壓縮能力:其抗沖擊能力是塑料的20倍；當(dāng)鎂合金鑄件受到?jīng)_擊時(shí)，在其表面產(chǎn)生的疤痕比鐵和鋁都要小的多。

（4）良好的鑄造性能:在保持良好的部件結(jié)構(gòu)條件下，鎂合金鑄造制品的壁厚可以小于0.6 mm，這是塑膠制品在相同強(qiáng)度條件下無(wú)法達(dá)到的，就是鋁合金制品也只能在1.2～1.5 mm范圍內(nèi)才可與鎂制品相媲美。

（5）尺寸穩(wěn)定性:在100℃以下，鎂合金可以長(zhǎng)時(shí)間保持其尺寸的穩(wěn)定性；不需要退火和消除應(yīng)力就具有尺寸穩(wěn)定性是鎂合金的一個(gè)很突出的特性，其體積收縮僅為6%，是鑄造金屬中收縮量最低的一種；在負(fù)載情況下，還具有良好的蠕變強(qiáng)度，這種性能對(duì)制作發(fā)動(dòng)機(jī)零件和小型發(fā)動(dòng)機(jī)壓鑄件具有重要意義。

（6）鑄模生產(chǎn)率高:與鋁合金相比，鎂合金的單位熱含量更低，這意味著它可在模具內(nèi)能更快速地凝固。一般地，鎂合金的生產(chǎn)率比鋁壓鑄高出40%～50%，最高可達(dá)壓鑄鋁的2倍。

（7）良好的機(jī)械加工性能:鎂合金的切削阻力小，約為鋼鐵的1/10，鋁合金的1/3，其切削速度大大高于其他金屬；易進(jìn)行切削加工而且加工成本低，加工能量?jī)H為鋁合金的70%。不需要機(jī)械磨削和拋光，不使用切削液也能得到優(yōu)良的表面光潔度，在一次切削后即可獲得，并極少出現(xiàn)積屑瘤。

（8）良好的耐蝕性:在大氣中，鎂具有很好的耐蝕性，比鐵的耐蝕性好。如高純鎂合金AZ91D的耐蝕性比低碳鋼要好得多，已超過(guò)壓鑄鋁合金A380。

（9）高散熱性:鎂合金具有高的散熱性，很適合現(xiàn)今利用其設(shè)計(jì)制作元件密集的電子產(chǎn)品。因?yàn)殒V合金的導(dǎo)熱能力是ABS樹(shù)脂的350～400倍，因此在制作電子產(chǎn)品外殼或零部件時(shí)，應(yīng)綜合考慮其結(jié)構(gòu)及熱傳導(dǎo)特性，使其充分發(fā)揮散熱功能，將CPU等電子零部件產(chǎn)生的熱量及時(shí)排出。若僅從筆記本電腦等產(chǎn)品的散熱性角度出發(fā)進(jìn)行考慮，由于鎂合金傳熱快、自身又不容易發(fā)燙，則采用鎂合金作筆記本電腦的外殼就無(wú)疑是個(gè)最佳選擇。

（10）良好的電磁擾屏障:鎂合金具有優(yōu)于鋁合金的磁屏蔽性能、更良好的阻隔電磁波功能，更適合于制作發(fā)出電磁干擾的電子產(chǎn)品。也可以用作計(jì)算機(jī)、手機(jī)等產(chǎn)品的外殼，以降低電磁波對(duì)人體輻射危害。

（11）低熱容量:鎂合金的熱容量比鋁合金小，因此不容易粘燒在模具上，延長(zhǎng)模具壽命。

（12）再生性:廢舊鎂合金鑄件具有可回收再熔化利用的特性，并可作為AZ91D， AM50， AM60的二次材料進(jìn)行再鑄造。由于對(duì)壓鑄件需求的不斷增長(zhǎng)，可回收再利用的能力就顯得非常重要。這種符合環(huán)保要求的特性，使得鎂合金比許多塑膠材料更具有吸引力。

另外，鎂合金還具有抗疲勞性、無(wú)毒性、無(wú)磁性和較低的裂紋傾向性、不易破裂性等特點(diǎn)，可適合于某些特定領(lǐng)域。

2 鎂合金在兵器裝備中應(yīng)用的有關(guān)情況

鎂合金在航空、航天較早得到應(yīng)用， 在兵器上也得到一定應(yīng)用，最早應(yīng)用于軍事工業(yè)領(lǐng)域是在1916年，被用于制造77mm炮彈引線。國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家由于資源原因，對(duì)鎂合金在兵器上的應(yīng)用還持謹(jǐn)慎態(tài)度。鎂合金在兵器上應(yīng)用的有關(guān)實(shí)例如下所述。

2.1 在火炮及彈藥中的應(yīng)用

法國(guó)AMX-30坦克為法國(guó)裝甲部隊(duì)的主要裝備之一，是二次世界大戰(zhàn)后法國(guó)生產(chǎn)數(shù)量最多的坦克，AMX-30坦克的CN105F1型105mm線膛炮的身管熱護(hù)套采用了鎂合金。

英軍的大口徑120mmBATL6Wombat無(wú)后座力反坦克炮采用了鎂合金，大大減輕了重量，加上所配的M8 0.5in步槍，總重才308kg。

2.2 在輕武器中的應(yīng)用

美國(guó)制造的一種Racegun(強(qiáng)裝藥，運(yùn)用了先進(jìn)技術(shù)的戰(zhàn)斗用手槍)，其扳機(jī)等零件采用鎂、鈦合金，重量減輕45%，擊發(fā)時(shí)間減少66%。

美國(guó)研制中的新式單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)(OICW)，功能齊全，很多零件采用了輕合金，重量?jī)H8.172kg，但軍方仍希望進(jìn)一步減重1.8kg以上。

俄羅斯生產(chǎn)的POSP6×12槍用變焦距觀測(cè)鏡殼體采用鎂合金;

法國(guó)WK50式反坦克槍榴彈應(yīng)用了鎂合金，全彈質(zhì)量?jī)H800g。

2.3 在戰(zhàn)車中的應(yīng)用

美軍裝備的M274A1型軍用吉普車采用了鎂合金車身及橋殼，大大減輕了重量，具有良好的機(jī)動(dòng)性及越野性能，4個(gè)士兵可以抬起來(lái)。有的改型還裝上無(wú)后座力炮，成了最袖珍的自行火炮。

美國(guó)水陸兩棲突擊車AAAV采用WE43A鎂合金制造動(dòng)力傳送艙。

3 鎂合金在兵器裝備中的應(yīng)用前景分析

質(zhì)量是影響兵器裝備實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)快速反應(yīng)能力的主要因素之一，所以，現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)兵器裝備的質(zhì)量指標(biāo)提出了極為苛刻的要求。發(fā)達(dá)國(guó)家無(wú)一不投入巨資，研究輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料以及與之配套的先進(jìn)制造技術(shù)，以期減輕兵器裝備質(zhì)量，提高兵器裝備的機(jī)動(dòng)性，增加攜彈量和野戰(zhàn)輔助系統(tǒng)用量，提高兵器及士兵戰(zhàn)場(chǎng)生存和作戰(zhàn)能力。鎂合金由于上訴一系列優(yōu)點(diǎn)，成為了兵器輕量化的理想材料。

從兵器零件的使用特點(diǎn)和性能要求分析，槍械武器、裝甲車輛、導(dǎo)彈、火炮、彈藥、光電儀器、武器用計(jì)算機(jī)及軍用器材中有較大數(shù)量的鋁合金零件和工程塑料件，根據(jù)目前鎂合金材料的性能和使用特點(diǎn)，改用鎂合金材料制造相關(guān)零件，在技術(shù)上是可行的，并且有如下的發(fā)展趨勢(shì)。

(1)采用鎂合金及鎂基復(fù)合材料替代武器裝備的中、低強(qiáng)度要求的鋁合金零件和部分黑色金屬零件，實(shí)現(xiàn)武器裝備輕量化，主要產(chǎn)品有:

①槍械武器:機(jī)匣、彈匣、槍托體、下機(jī)匣、提把、前護(hù)手、彈托板、瞄具座等。

②裝甲車輛:坦克坐椅骨架、機(jī)長(zhǎng)鏡、炮長(zhǎng)鏡、變速箱箱體、發(fā)動(dòng)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。

③導(dǎo)彈:導(dǎo)彈艙體、舵體本體、儀表艙體、舵架、飛行翼片等。

④火炮及彈藥:供彈箱、牽引器、腳踏板、炮長(zhǎng)鏡、輪轂、引信體、風(fēng)帽、火藥筒等。

⑤光電產(chǎn)品:鏡頭殼體、紅外成像儀殼體、底座等。

⑥計(jì)算機(jī)及通信器材:軍用計(jì)算機(jī)、通訊器材箱體、殼體、板類等零件。

(2)替代工程塑料，解決零件老化、變形和變色的問(wèn)題。目前，輕武器、光電及通訊器材產(chǎn)品、戰(zhàn)車儀表盤等采用工程塑料制造。工程塑料尤其是纖維增強(qiáng)塑料的比強(qiáng)度最高，但彈性模量小，比剛度遠(yuǎn)小于鎂合金，且難以回收，環(huán)境適應(yīng)性差，易磨損和老化變形、變色，既影響兵器戰(zhàn)術(shù)性能，又影響兵器外觀。該類零件采用鎂合金及鎂基復(fù)合材料可以從根本上克服工程塑料的這些缺陷。主要產(chǎn)品有:

①槍械武器:塑料彈匣、護(hù)蓋體、附件筒、前護(hù)手等。

②光電產(chǎn)品:鏡頭塑料殼體、瞄具塑料殼體、夜視儀塑料殼體等。

③軍用器材:各種儀表盤、通訊器材箱體、殼體零件、軍用頭盔等。

(3)導(dǎo)彈及其他飛行器零部件的鎂合金化。過(guò)去鎂合金在導(dǎo)彈上的應(yīng)用較少，只在照明彈中使用鎂粉。近年來(lái)鎂合金用于戰(zhàn)術(shù)防空導(dǎo)彈的支座艙段與副翼蒙皮、壁板、加強(qiáng)框、舵面、隔框等零件，材料為MB2、MB3、MB8變形鎂合金。衛(wèi)星上采用ZM5鎂合金制作井字梁與相機(jī)架，以及各種儀器支架和殼體等。我國(guó)1995年-2000年期間，為了減少脫殼動(dòng)能穿甲彈重量，開(kāi)展了高比強(qiáng)鎂合金彈托材料的研究。為滿足導(dǎo)彈、火箭減重及高精度零件(如導(dǎo)彈控制系統(tǒng))對(duì)材料高尺寸穩(wěn)定性的需求，發(fā)展高強(qiáng)度、高剛度、低膨脹系數(shù)鎂基復(fù)合材料是重要途徑之一。

隨著鎂合金研究的深入及材料性能的提高，鎂合金在兵器裝備中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多。

4 結(jié)語(yǔ)

鎂合金材料作為21世紀(jì)新型綠色環(huán)保結(jié)構(gòu)材料，將在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品輕量化技術(shù)領(lǐng)域起到越來(lái)越重要的作用，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已將鎂合金材料作為重要的戰(zhàn)略物資進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，對(duì)其相關(guān)材料和制造技術(shù)的研究實(shí)行嚴(yán)格保密。而我國(guó)是鎂資源最豐富的國(guó)家，可利用的鎂資源占世界貯量的70%，是世界上原鎂生產(chǎn)和出口量最大的國(guó)家。但是，我國(guó)鎂產(chǎn)品和鎂合金加工技術(shù)水平較低，屬于典型的以犧牲資源和環(huán)境為代價(jià)的原料出口性產(chǎn)業(yè)。開(kāi)展兵器用鎂合金材料及鎂合金零件的研發(fā)，爭(zhēng)取形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鎂合金在兵器上應(yīng)用的集成技術(shù)，即可加快和推動(dòng)國(guó)防工業(yè)科技技術(shù)進(jìn)步，使我國(guó)武器研制和生產(chǎn)達(dá)到國(guó)外同等先進(jìn)技術(shù)水平，同時(shí)，也為鎂合金在民品上的應(yīng)用提供先進(jìn)制造技術(shù)，拓寬鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)軍民品雙向互動(dòng)，帶動(dòng)鎂合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將我國(guó)的鎂資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為鎂技術(shù)優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)都具有重大戰(zhàn)略意義。

參考文獻(xiàn)

［1］閻峰云，張玉海.鎂合金的發(fā)展及其應(yīng)用［J］.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2007，(04)：13-15.

［2］唐全波，黃少東，伍太賓.鎂合金在武器裝備中的應(yīng)用分析［J］.兵器材料科學(xué)與工程，2007，(02)：69-71.

［3］訾炳濤，王輝. 鎂合金及其在工業(yè)中的應(yīng)用［J］.稀有金屬，2004，(01)：230-232.