鋁合金與高新兵器的發展休戚相關（下）

    美國新型CAMEL裝甲車用

    Keikor2139-T84鋁合金裝甲板

    鋁合金作為裝甲板應用始于上世紀50年代中期,已有60多年,在輪式裝甲車與履帶式裝甲車上都得到了應用,裝甲車在搜索偵察、救護、步兵運輸中發揮了重要作用.首批鋁合金裝甲人員運輸車(Personnel Vehicle)是美國的M113,用了大量的鋁合金裝甲,裝甲厚度足以不會被子彈片擊穿,確保人員安全,同時比先前的鋼甲板車輕得多,可以用飛機運輸.

    美國陸軍研究實驗室(Army Research Laboratory,ARL)對裝甲車側面與前面裝甲板合金的性能與尺寸作過相當長時間及一系列模擬實彈射擊研究,篩選出兩種綜合性能最佳的鋁合金,它們的強度性、抗彈片爆炸性、抗槍彈擊穿性與抗腐蝕性都得到很好的結合,通過中間熱處理還具有良好的可成形性(Formability).這兩種合金是在航空工業已得到應用的2139合金及7056合金,裝甲厚板是美國肯聯鋁業公司(Constellinm)生產的,它們的注冊商品牌號為Keikor 2139TM與Keikor 7056TM.

    Keikor 2139合金是為航空航天工業研發的結構合金,有高的強度與斷裂韌性,是一種綜合性能優秀的鋁合金,經過美國陸軍研究實驗室較長時間的一系列標準化槍擊試驗與野戰試驗,認為它也是一種很好的裝甲鋁合金,除有合格的防彈性能外,還有良好的抗腐蝕性和耐熱性,在較高的溫度下不會軟化,對裝甲車來說,高的抗腐蝕性也是一項重要的技術指標,因為它要在極端嚴峻的復雜環境中運作與作戰,難能可貴的是,2139合金的應力腐蝕敏感性極低.

    2139合金是一種雜質含量低的Al-Cu-Mg-Mn-Ag合金,截至2016年12月,在美國鋁業協會公司注冊的常用合金型號(Active alloy)535個、非常用合金型號(inactive alloy)158個,共計693個,加上各鋁業公司有特色未注冊的,估計在用的變形鋁合金型號約1000個.在冊的693個合金型號中含銀的有18個,其中2XXX系的16個,7XXX系的2個(7009合金、7047合金),最大含銀量0.7%.Ag在鋁中的固溶度于566℃時可達55.6%,然后隨著溫度的下降而急劇地變化著,向2XXX系及7XXX系添加(0.1%——0.7%)Ag能提高它們的力學性能及抗應力腐蝕開裂能力,2139合金含0.15%Ag——0.6%Ag.Ag可與Al于727℃形成Ag2Al化合物(γ相),它含88.9%Ag,密集六方晶格.

    最早用作裝甲板的是2519-T87合金厚板,后來發現它有很高的應力腐蝕開裂敏感性而被淘汰,因為它不適合在復雜條件下作戰.2139合金的成分(質量%)如下:Si0.10,Fe0.15,Cu(4.5——5.5),Mn(0.20——0.60),Mg(0.20——0.80),Cr0.005,Zn0.25,Ti0.15,V0.05,Ag(0.15——0.60),其他雜質單個0.05,總計0.15,其余是Al.

    按美國軍用材料標準MIL-DTL32341A,2139合金的最低力學性能見下表.由2139合金的成分可知,它是一種雜質含量很低的合金,因而它有高的斷裂韌性與抗疲勞性能,耐損傷性能也不錯.

    Keikor 2139合金厚板有兩種狀態:AP/FSP(美國專利/聯邦專利)抗槍擊級的,即T8狀態的.前一狀態的生產工藝是,經適當冷加工率后再進行人工時效,即固溶處理后進行冷加工再進行人工時效的狀態,使其具有良好的綜合性能,用于制造裝甲車的側面甲板及頂部甲板;T81狀態厚板的生產工藝是,固溶處理后經約1%的冷加工變形,使強度稍有提高,然后進行人工時效.2139-T81合金厚板制造的裝甲車有更強的防護性能,也就是說,當裝甲車的防護性能等同時,2139-T81合金裝甲車輕得多,作戰靈活性更高,速度也更快.

    美國陸軍研究實驗室的研究表明,在裝甲板的厚度相等時,2139合金板可抗2110ft/s的槍彈射擊,而5083-H131合金及7039-T64合金板的安全槍擊速度分別為1780ft/s與1910ft/s.

    Keikor 2139合金抗爆性能普遍優于傳統合金,特別是2139-T84合金,因為T84狀態板有更高的抗拉強度與斷裂韌性,它們得到很好的結合.在作標準化爆破試驗時,它的塑性變形比5083-H131合金厚板的小得多.2139-T84合金厚板的永久變形量比5083-H131合金的約小50%,因此在戰場上遇到爆炸時,2139-T84合金裝甲車受到的沖擊作用會顯著下降,可以大大減少潛在傷害.

    抗爆炸狀態板(T84)通常用作裝甲車的下部甲板,板材都經過人工時效,同時時效溫度相當高,因而有優秀的成形性能.2139-T84合金裝甲板還要經過受專利保護的中間固溶處理,這種板材既有高的強度性能,又有良好的成形性,成形件中應力低,對以后的加工成形非常有利.

    在制造裝甲車時,零部件的連接不管是焊接還是螺接,板的結構強度都會下降一些,為此,肯聯鋁業公司研發成功系列2138-T84合金焊絲,用其焊接的結構焊縫強度與基體強度幾乎相等,同時焊接熱應力也最低.Keikor 2139-T84合金裝甲厚板是肯聯鋁業公司西弗吉尼亞州雷文斯伍德(Revenswood,WV)軋制廠生產的,航空航天等高端材料是其主導產品.

    經過美國陸軍研究實驗室的大量室內試驗與野外實彈演習試驗,2139-T84合金抗穿甲彈與爆炸彈片能力都優于傳統的5083-H131與7039-T6合金厚板,這已得到陸軍研究實驗室的認證.美國已用Keikor 2139-T84合金板制造新一代先進的陸軍偵察概念裝甲車CAMEL(Concept for Advanced Mititary Explosion-Mitigating Land).此車是美國底特律普拉特-米勒公司(Pratt&Miller)制造的,經美國陸軍坦克汽車研究發展與工程中心(TARDEC,Army's Tank Automotive Resarch Development and Engineering Center)的全面考核與各種野戰演習,CAMEL鋁合金裝甲車各項指標都合格,表現良好.此項工作的進行還得到了戰車原型平臺(CVP,Combat Vehicle Prototype)的支持.

    2016年9月美國陸軍有關部門對外宣稱,今后制造的裝甲車(TARDEC)的裝甲將用Keikor 2139合金厚板制造.