1、镁合金在国防军工领域的应用张沽民卞北上学摘要：镁旮金作为最轻的工程金属材料具有比重轻比强度厦比剐度高、阻尼挂厦导热性好，电磁屏蔽能力强-mA战振性好等一系列独特的胜质，极大的满足T航空航是现代武器装备等军工领域的需求但普通工艺成形链合金性能较差，限制7它在军I方面的广泛肛用本支综述镬合金在军工领域的应用，结台研炭和生产经验，介绍几种镁合金构件成彤新技术及应用镬合金重量轻、比强度和刚度奸，战振性能好、电磁干扰、屏蔽能力经手特点能满足军工产品时减重咀噪战震、防辐射的要求在航空航天和国防建设中自有十分重要的地住是飞行器卫星，导弹，以厦战斗机和战车等武器装备所需的关键结构材料1镁合金在军工装备L的应用
2、l 1车辆零部件未来战争要求机动性和快速反应，减轻武嚣装备羁垃是武器装备发展朋句上一如坦兜作战系统未来乘员在2“3人重量(15+20)t为现役坦克的13能行驶30凡或I)0(Ikm不1711111是现役蛆克的3倍使r运输。减重的途径除结构|殳计外就是部分采f*轻台金。Ir镁合袅是最轻质的金属结构材料町以太幅度减轻军川装备质量是实现军川装备轻量化、提高装备备项战术性能的理想结构材料。以往镁合盘主要应用航卒领域，近年来，镁台金肢镬基复合材料已逐步在军i：装备J：得到成功：i JlI发腥1分迅猛。如美国M”I酣里髓轻型坦克侦察车，变速筘体为； 镁台金材料制成。随着镁及轻台盒熔炼厦制造技术的不断提高，
3、住坦克和装甲糊；分结构件、导掸壳体和尾强等方面将得到广泛使川。AMX 30坦克(图1)是战后法国生产数量最多的坦克，其装备的CNl05FI型105 lflll_l线膛炮身管长是径的36倍既无地口制越器也无抽气装跫，担装冉镬合台隔热护套能防止炮管N#I、界温度变化引起的弯曲。美军研制的先进水陆两柄突击车AAAV采用镁台盘WE43A作为动力传送舱，变速箱的壳体，井采用了先进的镁台金表面防护技术-美军目前正研制的2l世纪is兵武器理想竹兵综台作战系统(OICW)，tt-向l州镁舍盒做壳体等构件，挫质量从817妇降到6 37 kgII。图1法国州x一30主战坦克 图2 M274AI型军用吉普车I 69
4、目前町在装甲车辆上应用镁合金的部位主要包括：坦克座椅骨架、车长镜、炮长镜、变速箱箱体、发动机机滤座、进出水管、空气分配器座、机油泵壳体、水泵壳体、机油热交换器、机油滤清器壳体、气门室罩、呼吸器等部件。美军装备的M274A1型军用吉普车(图2)采用了镁合金车身及桥壳，大大减轻了重量，全车仅重390kg，有良好的机动性及越野性能，4个士兵可以抬起来，在越南战场上得到应用。镁合金除用于制造大型武器之外，在步兵可携带的用具和武器装备中都可考虑应用它减轻重量，如手提箱、行李箱和帐篷骨架材料，用镁合金和碳纤维复合材料制成头盔、步枪和冲锋枪的枪体等。12弹箭零部件为满足弹、箭减重及高精度零件(如导弹控制系统
5、)对材料高尺寸稳定性的需要，发展高强度、高刚度、低膨胀系数镁基复合材料是兵器材料的重要技术途径之一。法国MKS0式反坦克枪榴弹部分零件应用了镁合金材料，其全弹质量仅800 gl俄罗斯生产的POSP6x12枪用变焦距观测镜采用镁合金壳体；英军大口径120 mm无后座力反坦克炮采用镁合金，大大减轻质量，加上所配的M8 05 in步枪，总重量仅308kgI此外，美军将镁合金还用于次口径脱壳弹壳，穿甲弹掸托，利用SiC镁合金复合材料制备螺旋桨、导弹尾翼等，在海军卫星上已将镁合金复合材料用于支架，轴套、横梁、T型架、支架、管件、直升飞机螺旋桨，导弹尾翼、内部加强的汽缸，战车和卫星天线结构、航天站镜架等结
6、构件，其综合性能优于铝基复合材料。法国MKS0式反坦克枪榴弹其弹体的部分零件应用了镁合金材料，使全弹重量仅8009。伊拉克的违禁武器“萨默德”II型导弹的弹翼也采用镁合金材料。法国塞德航空公司超级弗雷隆直升机的镁合金齿轮箱，铸件由MgZnREzr合金ZE41制成。加银的镁合金可以使时效强化的Mg-RE-Zr合金较低的拉伸性能得到显著提高，在航空和肮天方面已有一系列应用，例如飞机着落轮，齿轮箱盖和直升机水平旋翼附件。从兵器零件的使用特点和性能要求分析，枪械武器、装甲车辆、导弹、火炮、弹药、光电仪器、武器用计算机及军用器材中有较大数量的铝合金零件和工程塑料件，根据目前镁合金材料的性能和使用特点，用
7、镁合金材料制造相关零件技术上是可行的。过去镁合金在导弹上的应用较少，只在照明弹中使用镁粉。由于密度小，近年来在导弹、火箭等结构件中应用广泛，主要用于战术防空导弹的支座舱段与副翼蒙皮、壁板、加强框、舵板、隔框等零件，材料为MB2、MB3、MB8变形镁合金。卫星上采用了ZM5镁合金制作井字梁与相机架，以及各种仪器支架和壳体等。我国19952000年期间为了减少脱壳动能穿甲弹质量，开展了高比强镁合金弹托材料的研究。13飞行器零部件航空材料减重带来的经济效益和性能的改善十分显著，商用飞机与汽车减重相同质量带来的燃油费用节省，前者是后者的近100倍。而战斗机的燃油费用节省又是商用飞机的近10倍，更重要的
8、是其机动性能改善可以极大提高其战斗力和生存能力。据统计，结构重量降低lkg可节约美元：汽车66美元，民用航空660美元，军用飞机6600美元1人造卫星每减轻ll【g，运载火箭可减轻，00kg，约节省1000万l 70美元，喷气发动机每减轻lkg，飞机可减轻4kg，升限可提高10米。因此在军用飞机、宇航运载工具、宇航机器人等领域已广泛利用镁合金12l。二战期间，镁工业获得飞速发展。当时有几款战机是用镁合金制造，如纳粹德国海军的水上多用途飞机Arodal96就有全镁合金飞机之称，其空载重量2572 kg，作战蓖量3730kgl B236战略轰炸机使用了5555kg镁板，700l(g镁合金锻造件及3
9、00kg镁合金铸造件I喷气式歼击机“洛克希德F280”的机翼由于采用镁合金制造，从而使结构零件的数量从47758个减少到16050个f，I“欧洲战斗机”EF2000的机体座舱盖框和周围也使用了镁合金。除了在战机上应用外，镁合金在其他飞行器等方面也有应用。1952年开始投入生产的B一6lA导弹，弹身和弹翼结构的主要材料为镁合金，弹翼蒙皮由三块厚度不相同的镁合金板胶接而成。我国的歼击机、轰炸机、直升机、运输机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星、飞船上均选用了镁合金构件|4l。随着镁合金制备技术的发展，材料的性能如比强度、比刚度、耐热强度、蠕变等性能不断提高，其应用范围也不断扩大。目前其应用领
10、域包括各民用、军用飞机的发动机零部件、螺旋桨、齿轮箱、支架结构以及火箭、导弹、卫星的一些零部件。如用ZM2制造WP7各型发动机的前支撑壳体和壳体盖；用ZM3镁合金制造J6飞机的WP6发动机的前舱铸件和WPI 1的离心机匣l用ZM4镁合金制造飞机液压恒速装置壳体、战机座舱骨架和镁合金机轮；以稀土金属钕为主要添加元素的ZM6铸造镁合金已扩大用于直升机WZ6发动机后减速机匣、歼击机翼助等重要零件l研制的稀土高强镁合金MB25、MB26已代替部分中强铝合金，在歼击机上获得应用。采用镁合金及镁基复合材料替代武器装备的中、低强度要求的铝合金零件和部分黑色金属零件，实现武器装备轻量化，表l给出了镁合金材料在
11、武器装备零部件中的应用情况【5I。表1镁合金在武器装备零部件中的应用装备 部件名称枪械武器 机匣、弹匣、枪托体、下机匣、提把、前护手、弹托板、瞄准座等坦克座椅骨架、机长镜、炮长镜、变速箱箱体、发动机滤座、进出装甲车辆 水管、空气分配器座、机油泵壳体、水泵壳体、机油热交换器、机油滤清器壳体、气门室罩、呼吸器等导弹 导弹舱体、舵机本体、仪表舱体、舵架、飞机翼片供弹箱、牵引器、脚踏板、炮长镜、轮缎、引信体、风帽、火药简火炮及弹药等光电产品 镜头壳体、红外成像仪壳体、底座等计算机及通信器材 军用计算机、通讯器材箱体、壳体、板类等零件另外，由于镁合金具有良好的电信号抗干扰性，在无线电通讯领域也得到广泛应
12、用。2镁合金在塑性成形技术在军工产品上的应用与铝合金相比，镁合金的研究和发展还很不充分，其应用有限，尤其是在军工产品上。目前用得最多的仍是镁合金铸件，其中90以上为压铸件。 1 7 1据有关报到，国外国防军l|领域早在上世纪40年代就开始采用镁台金制造装填器杆、航空火箭发射器、地面导弹发射器，T 31型20mm加农炮等的挤压件和SIG33 1 5cm枪托架锻造件-“及用于制造底板炮手站台、民兵导弹牵引车、野外保养隐蔽所和直升机等的挤压件。2 1铸态镁台盘阶梯温度成形镁台金颦性笨，一般镁合盘塑性成形温度在380 420，有好的成形性，虽然较铸造有所改善，但不能有效提高材料的强度，满足不了高性能构
13、件的要求。降低温度虽然能够提高性能，但难以成形复杂构件，成为制约镁台金应用的瓶颈问腰之一。通过对地研究了铸态镁合金变形特性和变形参数对镁台金力学性能的影响规律和温度对成形力和产品强度的影响关系，根据研究结果开发了利用均匀化余热直接进行镦粗(预成彤) 温成形低温成形的阶梯温度成形技术。在易成形温度区使用控制饪缩速度，特种润滑提高工具温度的自由镦粗技术t进行一定变形程度的预成形，提高丁镁合会的成形性，在强化区温度进行控制变形，使T件达到顶计的力学性能；在强化区温度下限进行精成彤进一步提高产品性能和产品精度。解决了镁合金难变形和强韧性低的堆题，同时实现了热能综合利用，提高了产品精度，减氐了生产成本，
14、图3为塑性成形的某镬合盘轮辋。图3塑性成形的镁台盒轮辅22复杂零件比例流动无飞边控制成形镁合金成形性能差难以得到高精度的复杂构件造成材料利用率低，成为其成本高的主要原因。我们提出复式组台捶具即带有外锥的分体式组合凹模和制向带有两个挤压山孔用组台凸凹模恻块-分体式组合凹模的外锥斜度取卜2度，保证成形过程不产生b边，同时具有良好的白锁性和对中性。开发出非对称零件成形复式组台模具、坯料形状及定位，轴向导流控制金属比例藏动技术。所成形产品的材料利用率达92不加_【表面达90以上实现了镁舍金复杂零件高精度整体无飞边成形(图4)。随着武器轻量化要求的不断提高，加上镁材价格的降低和高温耐热、高强耐热等新型镁
15、台盘的发艘镁合金材科将会在新一代航空航天武器装备等的研发中发挥重要的作用，成为Ilc空航天武器装备等172酬骑军J：部f1巾麻川瞩要的金属结构材料，将会有力地推动我闻镁资源对阿民经卉和吲防事业建世健康稳定ur持续地髓展。图4塑性成形的镁台金构件 (a)x弹体(b)散热器框架参考文献：魏世丞，待滨士付东兴等军用装备链旮金表面防扁蚀技术研究，装甲兵工程学院学报2006，206)79832潘际銮镁夸金结构厦蚌接。电焊机2000，00(0)：卜7朝高敬镬台金在交通运输系统中的应用概述特种铸造及有色合金，2 003，增刊：00f4】黄晓耗，刘波轻合金是武器装备轻量化的首选金属材料，轻舍金加工技术2007
16、35(1)：l 2一15【5】黄瑞芬，武仲河，李进军等镬合盘材料的应用厦其发展，内蒙古科技与经弁2008【14 k 1 50一I 60l 7：镁合金在国防军工领域的应用作者： 张治民作者单位： 中北大学本文读者也读过(10条)1. 杜志惠.张绪虎.单德彬.陈永来.张宇玮.Du Zhihui.Zhang Xuhu.Shan Debin.Chen Yonglai.Zhang Yuwei MB26镁合金复杂结构件等温模锻过程的数值模拟与缺陷控制期刊论文-宇航材料工艺2011,41(2)2. 孟模.张治民.杨光.李新凯.MENG Mu.ZHANG Zhimin.YANG Guang.LI Xinkai
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