金屬材料在軍事裝備中的應用

2021-07-31 19:55:12 字數 3721 閱讀 4910

計算機與通訊工程學院

通訊1304

徐陽41356115

人類社會的發展歷程,是以不同材料的使用為主要標誌的。歷史上,材料被視為人類社會進化的里程碑。對材料的認識和利用能力,決定著社會的形態和人類生活的質量。

而金屬材料進入人類的視野是西元前2023年以前,到西元前2023年以後,人類開始製造並大量使用青銅器,青銅器在人們的生產、生活中佔據重要地位,青銅時代成為人類利用金屬材料的第乙個時代。

逐步出現並日益頻繁的戰爭迫使當時的人們製作**。而最早應用於軍事裝備的金屬材料同樣是銅,如在埃及發現的西元前2023年前後的銅刀、斧以及匕首還有在塞爾維亞的普羅庫普列發現的銅斧,都是將銅應用於軍事裝備的早期範例。在我國,青銅兵器最早出現在夏王朝。

到了商代,隨著青銅冶鑄技術的提高,青銅兵器得到了進一步的發展,製品有長桿格鬥兵器戈、矛、斧,近身格鬥兵器短柄刀、劍,遠端攻擊的復合兵器弓箭,防護裝具青銅胄、皮甲、盾等。商代以後,銅的採掘和青銅冶鑄業得到比較大的發展。春秋戰國時期還出現了青銅復合劍,這種劍的脊部和刃部分別用含錫量不同的青銅鑄成,既有比較高的刺殺力,又經久耐用,是青銅兵器製造技術提高的乙個重要標誌。

我國雖然在春秋晚期才進入鐵器時代,但是河北藁城出土的鐵刃銅鉞說明,我們的祖先在商代,已經能夠使用隕鐵製成比較鋒利的鉞刃,以後再在澆鑄青銅鉞身時合在一起,製成鐵刃銅鉞。到戰國晚期,已經比較好地掌握了塊煉鐵固態滲碳煉鋼技術,煉成質地比較好的鋼,為製造鋼鐵兵器提供了原材料。到了西漢,由於淬火技術的普遍推廣,鋼鐵兵器的使用越來越普遍,軍隊裝備鋼鐵兵器的比例不斷上公升。

鋼鐵兵器正式裝備部隊後,因為硬度和韌度都明顯地優於青銅,在西漢末年時,鋼鐵兵器幾乎已完全取代了青銅,進入了乙個全新的時代。

宋代以後,鋼鐵兵器雖然仍在發展,但是它們的戰鬥作用同逐漸發展的火器相比,便退居次要地位。南宋後期,由於火藥的效能已有很大提高,人們可在大竹筒內以火藥為能源發射彈丸,並掌握了銅鐵管鑄造技術,具有現代槍械意義雛形的新式兵器——火銃出現。中國的火銃成型於元代,火銃的製作和應用原理,是將火藥裝填在管形金屬器具內,利用火藥點燃後產生的氣體**力射擊彈丸。

它具有比以往任何兵器大得多的殺傷力,是後代槍械的最初形態。十六世紀中葉,法國工匠馬漢在轉輪火槍的基礎上改進發明了燧發槍,大大簡化了射擊過程,提高了發火率和射擊精度,使用方便,而且成本較低,便於大量生產。近現代陸續出現的後裝槍、轉管槍、自動步槍、衝鋒槍等,金屬材料都是其製作過程中不可或缺的原材料。

質地較輕強度較大的工程塑料近些年來在***造方面應用越來越廣泛,但仍無法取代金屬材料的地位,機匣內主要的發射部件一般都是金屬製成,另外槍管也必須由金屬製造。

在單兵保護的軍事裝備上,金屬材料同樣大放異彩。原始人用椰子殼等纖維質來保護自己的頭部以阻擋襲擊,並且隨著冶金技術的發展和戰爭的需要,發明了金屬頭盔。安陽殷墟出土的商朝銅盔,距今大約已有3000多年的歷史。

17~18世紀,隨著手槍、步槍等熱兵器的出現,銅盔基本上失去了防護作用,人們不得不尋求新的頭盔材料。第一次世界大戰時期,法軍首先研製出了能防炮彈破片的頭盔,這就是用哈特非鋼製造的「亞得里安」頭盔,也叫鋼盔。在第一次世界大戰中,美軍和英軍也都裝備了這種重約0.

5~1.8kg的頭盔。第二次世界大戰中,美國又研製出m1等錳鋼頭盔,防護能力又有較大提高。

美國人認為在二戰中,鋼盔至少保護了7萬名美國士兵的生命。但不能否認的是這種頭盔較重,防彈和隔熱性能差,佩戴不舒適,還有二次破片傷人的危險。近幾年凱夫拉的應用一定程度上彌補了以金屬頭盔的弊端。

19世紀70年代初使用的部分硬質材料防彈衣是以特種鋼、鋁合金等金屬作防彈材料,其防彈機理主要是在受彈擊時材料發生破碎、裂紋、衝塞以及多層複合板出現分層等現象,從而吸收射擊彈大量的衝擊能。當材料的硬度超過射擊物的衝擊能時,即可發生射擊彈彈回現象而不貫穿。這類防彈衣的不足之處是:

服裝厚重,通常約有20千克,穿著不舒適,對人體活動限制較大,具有一定的防彈效能,但易產生二次破片。

索姆河戰役中,坦克作為所向披靡的攻堅利器一鳴驚人。作為現代陸上作戰的主要**,坦克有「陸戰之王」之美稱。金屬材料製作的裝甲是坦克內部人員安全的保障,而在坦克發展歷程中為了加強坦克裝甲的防護效能研究人員也是煞費苦心。

坦克的防彈能力不僅和裝甲厚度有關,同時也與裝甲的抗彈能力有關。不斷增加裝甲的厚度固然可以提高坦克的防護力,但同時勢必增加重量,影響機動性。於是人們想出用不同的材料製成多層裝甲,就是所謂的復合裝甲。

復合裝甲有許多種,有的內外兩用金屬,中間夾一層非金屬材料;有的由四五層金屬、非金屬材料疊合而成;有的復合裝甲各層之間留有空隙,稱為間隙式裝甲。蘇聯首先在其t-64主戰坦克上創造性地使用鋼板中夾帶玻璃纖維板的復合裝甲。它在重量只增加4噸的情況下,前主裝甲抗穿甲彈能力增加約50%,大大增加了戰場生存機率。

以金屬為主體復合裝甲的出現是坦克防護技術史上的一次革命,它的誕生使得坦克走向了靠新的材料技術而不是單純增厚裝甲提高防護的道路,某種程度上也使得坦克從反坦克**的致命威脅下走出來,重新奪回了陸戰之王的寶座,可以毫不誇張的說,復合裝甲拯救了坦克這一兵器,使得坦克能夠在反坦克炮彈、飛彈和火箭彈的穿透力不斷增大的今天依然能夠馳騁沙場。

現代戰爭中,軍用飛機在偵察敵情、奪取制空權、防空作戰、支援地面部隊和艦艇部隊作戰等方面,發揮著重要的作用。鈦及其合金在軍用飛機的製造方面大顯神通。由於飛機和飛彈的速度已經遠遠超過音速,以前使用鋁合金的地方已經無法滿足耐熱性的需求。

鈦的密度小,又具有高的熱強性和持久強度,對振動載荷及衝擊載荷作用下裂紋擴充套件的敏感性低,並且有良好的腐蝕性,因此在發動機及殼體結構中優先採用了高強度的鈦及鈦合金。80年代後,歐美設計的各種先進軍用戰鬥機和轟炸機中,鈦合金用量已經穩定在20%以上,如第三代戰鬥機f-15鈦合金用量佔27%,***戰鬥機f-22鈦合金用量佔41%。未來的航空航天飛行器及其推力系統要求鈦合金的強度、工作溫度和彈性模量更高,密度更小,成本更低。

因此,近年來新型鈦合金的研發集中在高溫鈦合金、鈦鋁化合物為基的鈦合金以及阻燃鈦合金等。

核**主要原料是鈾同樣是金屬材料在軍事裝備上的應用。原子彈的**機理主要有兩種:使用常規炸藥有規律地安放在鈾的周圍,然後使用電子雷管使這些炸藥精確的同時**,產生的巨大壓力將鈾壓到一起,並被壓縮,達到臨界條件,發生**;將兩塊總質量超過臨界質量的鈾塊合到一起,也會發生猛烈的**。

投擲在廣島的「小男孩」原子彈就是把一小塊的鈾透過槍管射向另一大塊鈾上,達到足夠的質量。核****,不僅釋放的能量巨大,而且核反應過程非常迅速,微秒級的時間內即可完成。因此,在核****周圍不大的範圍內能形成極高的溫度,加熱並壓縮周圍空氣使之急速膨脹,產生高壓衝擊波。

地面和空中核**,還會在周圍空氣中形成火球,發出很強的光輻射。核反應還產生各種射線和放射性物質碎片,向外輻射的強脈衝射線與周圍物質相互作用,造成電流的增長和消失過程,其結果又產生電磁脈衝。這些不同於化學炸藥**的特徵,使核**具備特有的強衝擊波、光輻射、早期核輻射、放射性沾染和核電磁脈衝等殺傷破壞作用。

核**的出現,對現代戰爭的戰略戰術產生了重大影響。

隨著新軍事變革深入發展,推進軍事轉型,構建資訊化軍隊,打贏資訊化戰爭,已經成為世界各國發展**裝備的目標牽引。各個軍事大國正加緊調整軍事戰略,以資訊科技推動資訊化**裝備發展。相信金屬材料以及一些新型合金在軍事裝備製造領域仍然會大有用武之地。

不過我們堅信,戰爭終有一天會被消滅,軍事裝備也會被鑄劍為犁。因為那無數的硝煙與鮮血告訴我們,戰爭帶給人來的是動盪與苦難,唯有死者方能看到戰爭的終結,和平才是人類唯一智慧型的選擇。

後記:這學期有幸能夠選上王老師的世界軍事裝備概論,聆聽了王老師關於軍事裝備發展的論述並且欣賞了關於韓戰的紀錄片,受益頗深。以前一直對軍事裝備比較感興趣,曾經從書本、網路上進行了一些了解但認識較淺。

王老師條理明晰分析透徹的授課大大滿足了我在軍事裝備方面的好奇心,在此對王老師的辛勤教授表示深深的謝意!由於知識方面的原因,**不少資料資料**於網路,萬分感謝王老師能夠在百忙之中抽時間審閱我的**,最後祝王老師工作順利、萬事如意!

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