在新形势下,依据新时期军事战略方针,在各兵种联合登陆作战中,两栖装甲突击部队是近海突击、 岸头抢滩和登陆的核心力量,具有其他兵种或武器装备不可替代的作用,为此,装甲车辆必须具有轻量化特征和高机动、高生存能力,对整车减重的要求更高,大量应用高性能轻质新材料是必然选择。因此在进行车体设计时,一方面需要增加车体的强度,以支撑武器、防护等其他系统在高机动环境下的可靠工作;另一方面,车体需要大幅度减重,为更先进的武器、防护等系统的设计留出更多的重量空间。在这种大背景下,占整车重量约1/3的车体的减重和防护性能增强的要求十分迫切,传统的装甲铝已不能满足,寻找新型兼具高比强度和比抗弹性能的替代材料迫在眉睫。
钛合金(TC4)的比强度为199N·m/kg,合金结构钢(38CrSi)的比强度为124N·m/kg,装甲铝合金的比强度为146N·m/kg,钛合金的比强度最高,在制造相同强度要求的结构与零件时,钛合金比合金结构钢及铝合金均要轻,同时钛合金具备优异的防腐性能。
综合分析,钛合金因其较低的密度、较高的比强度和优异的抗疲劳性能等,成为了装甲车辆车体轻量化设计的理想材料。因此,本文以钛合金工程化样车车体为研究对象,通过加工性能、加工效率两方面开展钛合金工艺性分析,并通过数值分析、靶试试验、研制及试验,分别从抗弹性能、结构性能、耐腐蚀性能等方面,综合分析钛合金材料的工程化应用性能。
1 国外应用概况
国外坦克装甲车辆上已大量应用钛合金,并有逐渐增加的趋势。例如,美国钛合金已应用在 M1 “艾布拉姆斯”主战坦克、M2“布莱德雷”战车上的钛合金炮塔、履带等,俄罗斯 T-80主战坦克上的发动机外壳门、炮塔回转支架等,法国陆军新型步兵战车 (VBCI)无人炮塔挂装钛合金附加装甲,英国研制的改进型“武士”步兵战车的铝合金双人炮塔挂装一层钛合金间隔装甲。通过钛合金在坦克装甲车辆上的应用,为坦克装甲车辆轻量化提供有效途径。“艾布拉姆斯”主战坦克钛合金部件减重效果如图1 所示。
图1 “艾布拉姆斯”主战坦克钛合金部件减重效果
2 国内应用概况
国内坦克装甲车辆领域钛合金的应用研究起步较晚,发展也落后于世界各主要军事大国,长期以来居高不下的价格成本及制造技术瓶颈是制约钛合金装甲车辆应用的主要因素。目前,国内已在坦克装 甲车辆上成熟应用的主要为复合装甲与小型结构件。