【深度】未竟的梦想:苏联的钛合金坦克

百科   2024-10-13 11:01   上海  
钛合金材质的685工程
钛能解决一切问题”
在了解钛合金坦克制造历史之前值得一提的是,在装甲车辆上使用钛合金这一想法仍未被否定。当被问及钛合金的高成本问题时,JSC 钢铁研究所的专家提到,俄罗斯钛半成品制造商的工作量占 60%。提高产量可以降低产出产品的成本。不过这已经是 2018 年的数据了。在过去几年,俄罗斯军工综合体的增长可能使钛合金制造商的工作量增加了 100%,甚至更多。飞机制造商正在从钛中提取轻质装甲和结构元素。大量金属用于个人防护设备。但如果我们不考虑上述所有因素,那么在某些条件下,用钛铸造装甲车的单个部件在经济方面确实是可行的。那么坦克也许真的可以用钛来制造装甲?


首先介绍一下背景。从纸面数据上看,钛几乎是制造装甲的理想金属。与传统的钢和铝装甲相比,钛装甲具有相同的抗子弹和抗射弹性能,重量轻 40%。钛具有无与伦比的耐腐蚀性、耐火性和高比强度。重要的是,钛和铝一样没有磁性。虽然没有人会把坦克装进磁共振成像装置,但在战争中这一特性绝对不是多余的。

钛合金也有一些缺点,例如不够耐磨,而这对坦克制造来说至关重要。而其他 “缺陷 ”对于装甲来说并不那么重要(钛合金部件在循环载荷下的耐久性降低,对应力集中器的敏感性高,在静态和循环载荷下的接触强度低),尤其是考虑到金属的高成本。钛基装甲合金的平均价格是传统钢材的十倍。不过,这并不妨碍用钛合金制造支撑滚轮和履带销、拉伸机构曲柄和坦克悬挂支架。

目前,钛合金装甲的成本(由于二次原材料的广泛使用)已几乎与陶瓷防护相等,而陶瓷防护则相当普及。使钛合金进一步适应装甲结构的工作仍在继续。几年前,俄罗斯提出了 VST-2 合金。开发者是上萨尔达冶金生产协会阿维斯马公司和钢铁研究所。由于钛生产废料和低级海绵钛的广泛使用,装甲的成本降低了。冶金学家减少了稀缺金属的比例,这就是为什么它被命名为 “经济合金 ”的原因。2015 年,装甲研发人员之一对新产品发表了评论:

“在轻型一级和二级防弹背心中,由于采用了新型钛合金,重量减轻了 12-15%,这些防弹背心可抵御马卡洛夫手枪和 TT 手枪子弹。如今,我们正在为三级和五级防弹背心制作装甲板,它们可以抵御卡拉什尼科夫冲锋枪和 SVD 步枪的攻击。在这方面,重量可能会减少 30-40%。”

进一步的改进型可称为 VST-2B,在其表面加固一层金属陶瓷层。陶瓷-"复合合金是未来的发展趋势。但是,即使是这种非凡的合金,原则上也不计划用于坦克装甲--其作用是防止 7.62-12.7 毫米口径的攻击。

经济型钛合金VST-2B

685工程是为数不多的用钛制造可抵御炮火的装甲车的尝试之一,它在许多方面都是现代 BMP-3 Sprut 自行火炮的前身。车体和炮塔采用钛合金焊接而成,可以抵御来自正面的 23 毫米炮弹的轰击。轻型坦克的质量为 16.5 吨,但这并不是一个显著的优势。在防护水平相似的情况下,BMP-3 Sprut-SD 的质量不超过 18 吨。因此,钛合金的685工程于 1975 年被放弃。

70 年前
在当时钛装甲生产的背景下,寻找坦克合金配方的故事很有趣。解密的国家国防委员会第 120 局关于完成 TM-747-59 “研制与 VT5-1 VT3-1两者相比具有更强抗弹性的新型钛基合金 ”课题工作的决定,可以说是这个时代的见证。1961 1 月初,尼古拉-阿列克谢耶维奇-库切连科亲自签署了这一决定。当时,这位杰出的设计师担任负责苏联坦克生产的国家国防技术委员会第 12 局局长一职。从该作品的标题可以看出,他们计划制造一种新的 Ti 合金,这种合金的抗弹性比以前的合金更好。VT5-1 含有高达 95% 的钛(其余为铝),而 VT3-1 则更便宜--只有 91% 的钛与铝、钼、铬、铁和硅混合。有人建议使用新型合金 OT4 OT4-1 作为反弹丸装甲,其钛含量分别为 98% 97%仅仅只有很短的距离就可以到达技术纯度的钛,它被命名为VT1

首次测试表明,钛装甲的抗弹射能力直接取决于合金的抗拉强度。《裁决》指出:“抗拉强度小于 80 千克/平方毫米的合金在耐久性方面不如平衡钢装甲,抗拉强度大于 80-85 千克/平方毫米的合金的抗拉强度超过平衡钢装甲”。

但这只适用于小角度射击--0-30 度。只要角度增大,所有合金对射弹的抵抗力都是一样的,与强度无关。看起来没有什么关键问题,但随着抗拉强度的增加和冲击韧性的降低,钛合金的生存能力会大大降低。抗拉强度超过 80 千克/平方毫米的钛合金根本不适合用于制造坦克,因为它们的生存能力不能令人满意。莫斯科国立鲍曼技术大学的参考资料:“生存能力是指装甲屏障在反复暴露于毁灭性武器时维持其保护功能的能力,在特定条件下抵抗贯穿裂缝、剥落(尺寸超出法规和技术文件允许的范围)以及断裂和劈裂的能力”。

对于坦克来说,这是一个极其重要的参数,甚至可能比抗炮弹性能更有价值。因此,钛合金的冶金学家和设计师们在寻找黄金分割点时遇到了困难。最适合的是 OT4 合金,其强度极限为 70-74 kg/mm2,冲击强度高于 7 kgf/cm2。后来,他们对其进行了研究。结果表明,合金的获得方式并不重要--在模具中简单铸造或额外锻造。在 OT4 中添加了少量钒合金,结果显示出相对较高的抗射弹性,这种新合金被命名为 OT4-1。装甲中使用钛合金可以大大减轻装甲车的重量,但同时也大大增加了尺寸。因此,形成了一种矛盾的局面。一方面,与钢装甲具有相同阻力的钛可以减轻 20-25% 的重量。另一方面,防护装甲的尺寸却增加了 1.15-1.45 倍。在任何情况下,钛装甲都要比具有类似抗弹丸能力的钢装甲厚。这一结论,加上合金加工和焊接的困难,以及原材料的短缺,最终使得坦克的钛装甲无法使用,至少以目前来看是这样。



(本文摘录自Unfulfilled dreams: the titanium tanks of the Soviet Union (topwar.ru),图源网有删改,文章内容不代表本公众号立场)

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