A. 鈦合金有什麼好的在軍事上有哪些用處
2005年第9期輕金屬?51?鈦合金在軍事上的應用黃曉艷,劉波2,李雪(1.鎮江船艇學院,江蘇鎮江212003;2.鎮江高等專科學校,江蘇鎮江212003)摘要:欽合金具有重要輕,比強度高,耐海水腐蝕,無磁性等一系列優良特點.被稱為"太空"金屬,"海洋"金屬以及21世紀置有發展前景的第三金屬.對國防高技術和武器裝備的發展具有舉足輕重的作用.本文簡要闡述了欽合金在航空航天,艦船等軍事方面上的應用現狀.'關鍵詞:欽合金;應用;戰機;潛艇中圉分類號:823文獻標識碼:文章編號:1002—1752(2005)09—0051—03—..(1.,212003;2.,212003):,,,,21.—.?:;;:鈦合金具有很多優良性能:鈦的比重為4.5/.僅為普通結構鋼的56%.而鈦合金的強度可與高強度鋼相媲美;很好的耐熱和耐低溫性能.能在550℃高溫下和零下250℃低溫下長期工作而保持性能不變:很好的抗腐蝕能力,把鈦合金放在海水中泡上幾年.仍能保持光亮.此外,鈦的導熱系數小,無磁性.某些鈦合金還具有超導性能,記憶性能和貯氫性能等功能.因為這些優點,鈦金屬被稱為"太空"金屬,"海洋"金屬以及21世紀最有發展前景,繼鋼鐵,鋁之後的第三金屬.目前,鈦金屬的造價昂貴,使用最多的是航空航天,艦船,兵器等軍事工業部門.鈦合金在國防高技術和武器裝備的發展中佔有極為重要的地位.它能降低軍用飛機的重量,改善機動性能從而極大地提高其戰鬥力和生存能力;提高航空發動機的推重比;提高艦船搜索,發現,跟蹤和反監護能力以及減輕武器重量,延長使用壽命.正因如此,世界各軍事強國在其先進的戰機,導彈,核潛艇,兵器等武器裝備上都大量使用鈦合金,並有逐步增加的趨勢.本文就鈦合金在軍工中應用的幾個主要方面作簡要闡述1航空航天目前,鈦應用最活躍的領域是航空航天.就飛機而言,當飛機在天空作超音速飛行時,飛機表面受到空氣強烈的磨擦和壓縮,動能轉變為熱能,機體溫度也隨著升高.飛機的飛行速度愈快,機體溫度就愈高.在這種情況下傳統的鋁合金和鋼已經不能勝任了.鈦合金的出現給飛機克服熱障帶來了曙光.它能勝任飛機以3~4倍音速下的飛行.因而鈦合金受到航空航天界的特別關注.鈦在航空工業中主要用於製造飛機發動機和機身,具體部位如表1所示.表1鈦合金在航空工業中應用部位1.噴氣發動機機身壓氣盤,靜葉片,動葉片,機殼,燃燒室外殼,排氣機構外殼,中心體,噴氣管,機匣等防火壁,蒙皮,大梁,起澆架,翼肋隔框,緊固件,導管,艙門拉桿等表2美英對伊戰爭中,先進戰機所用鈦合金的比例2.美國在航空航天用鈦方面,其規模和技術都走在世界前列.美國於1954年研製出性能優良的鈦合金.在這之後,鈦合金在航空上的應用日益廣泛.?52?黃曉艷,李雪,劉波:鈦合金在軍事上的應用2005年第9期用鈦最多的當屬1959年秘密研製的"全鈦飛機"一71"黑鳥"軍用飛機,其鈦合金使用量占機體重量的93%.該機的飛行速度高達三倍音速,已突破熱障.20世紀80年代,美國飛機的用鈦量佔70%~80%,每年用鈦達1.3~1.9萬多噸,其中軍用飛機占整個飛機用鈦量的41%~70%【2_.在2003年美英聯軍發動的對伊戰爭中,美英的新式作戰裝備在這場戰爭中起了重要的作用.其中就有鈦合金的功勞,表2列出了各先進戰機中鈦合金所佔的比例.近年來,美國為了繼續保持它的空中優勢.正在發展下一代先進戰斗機.如投資共達2800億美元的一22"猛禽"戰斗機和一35聯合攻擊戰斗機().在未來的戰場上,一22戰斗機將與一35聯合攻擊戰斗機聯手,形成類似一15與一16的高低搭配.在一22上鈦合金的用量躍居首位(42%),結構用鈦36,2台發動機用鈦5;一35聯合攻擊機(正在研製),其結構用鈦10,單台發動機用鈦53.圖1是先進戰機結構材料變化的對比【4,與19世紀60年代研製的蘇一27和一15相比.鈦合金的應用在19世紀80年代研製的一22上擴大了許多.一22正是大量使用鈦材才保證了它的各項性能優異.這表明,鈦合金的比例隨飛機性能的提高而增加,鈦軍事應用的重要性不斷增長.襲暖圖1國外先進戰機用材量的比較10作為美國競爭對手的俄羅斯也一直注重航空航天上鈦材的應用.前蘇聯為了與美國的第三代先進戰斗機(稱""計劃)相對抗,而提出"先進戰術戰斗機()"計劃.其中計劃之一的蘇一27重型戰斗機為了達到高性能要求,在結構布局,材料應用上做精心設計.在幾乎未使用先進復合材料的條件下.主承力部件大量採用鈦合金(如圖1所示).目前,俄羅斯空軍正加緊改進,裝備和研製戰斗機,以提高空軍作戰能力.鈦合金除了在戰斗機上應用外.在火炮系統及其他飛行器等方面都佔有重要地位.為了最大限度減輕火炮重量,777式155榴彈炮大量使用鈦合金,在3多重的火炮中使用了960鈦合金材料,佔全炮重量的25.63%【5].最近,美國海軍於2005年3月初同英國的系統公司簽訂了一項全速生產777輕型榴彈炮的合同.由於大量使用鈦合金,使777全重減到3.75,比美軍現役7.2198炮減輕了將近一半,且整體尺寸較198降低25%,可用美陸戰隊最新服役的一22可傾旋翼飛機和空軍的一130運輸機空運,用輕型卡車或吉普車即可牽引【6】.由此可見這些航空航天器採用鈦合金後,不僅極大地提高其戰鬥力和生存能力,而且僅就重量減輕這一項來說,節省的能源也是十分可觀的.2艦船領域鈦合金優良的耐海水腐蝕性能,高的比強度,無磁性等優點,在艦船上的應用也相當廣泛.世界上一些國家很早以來就已開始研究鈦材在艦船領域的應用.從鈦合金在造船業中的使用規模和技術來看,俄羅斯遠遠領先於世界上其他所有國家.目前,鈦合金在艦船上應用的部位有[7--8:耐壓殼體,螺旋槳,管道系統,熱交換器,發動機零部件,升降裝置及發射裝置,聲納系統,系泊裝置等.鈦制耐壓殼體主要用在潛艇和深潛器上.水面艦船基本沒有採用鈦合金.潛艇,尤其是核潛艇,一直是前蘇聯海軍發展的重點.前蘇聯大量使用鈦材製造核潛艇外殼.其研製型號最為眾多的是攻擊型核潛艇.從20世紀60年代開始,前蘇聯
B. 「黑鳥」偵察機有哪些不凡的本領呢
它是世界上飛得最快、又飛得最高的飛機。
請看「黑鳥」飛機所創造的幾項世界紀錄:1976年7月27日,在美國西部比爾空軍基地,已服役10年的「黑鳥」飛機在進行1000千米閉合航線飛行時,速度達到每小時3367.2千米,超過了蘇聯米格-25飛機創造的時速2965千米的世界紀錄。在同一天,「黑鳥」飛機還創造了飛機高度達25929米的世界紀錄。第二天,「黑鳥」飛機在做15~25千米的直線飛行時,速度達到每小時3529.2千米,創造了又一項世界紀錄。這個飛行速度是音速的3.32倍,超過了步槍子彈出槍口時的初速。
可不要小看這幾項世界紀錄,正是由於「黑鳥」偵察機飛得快、飛得高,又能在高空做長時間超音速飛行,使它避過了幾百次攻擊,從未被擊落過。
製造「黑鳥」偵察機的原材料90%以上是輕而結實的鈦合金,既耐高壓,又耐高溫,使它能以超音速在高空飛行。它的表面塗了一層近似黑色的深靛藍色,散熱好,同時使敵方難以發現。在它上面裝有可見光照相機、合成孔徑雷達和紅外遙感器等。
根據偵察任務不同,這種偵察機可更換5種不同類型的頭部,每種頭部中裝有不同的偵察設備。它的偵察設備主要有高空偵察照相機、中空偵察照相機和電子偵察設備。照相機每次拍攝寬度約48千米,每小時可偵察15萬平方千米的地區。
「黑鳥」偵察機自1966年1月7日投入使用以來,足跡遍全球,其中包括對我國、越南和中東等地進行過偵察,曾偷拍了我國第一顆氫彈爆炸的照片;還核實過古巴是否有蘇軍戰斗旅和米格-23飛機……
「黑鳥」偵察機雖然創造過幾項世界紀錄,在技術上是相當先進的,但卻被不光彩的使命弄得黯然失色。
C. 黑鳥偵察機二十年前就無人能敵,從來沒有被擊落過,為什麼美國還讓它退役
黑鳥偵察機並非無人能敵,若非退役的早,根本無法保證自己的不敗金身存在。
同時黑鳥偵察機的安全性不佳,總產量32架,被擊落0架,但是墜毀12架,這樣的飛機,怕是自己人也不待見吧。
到90年代,各國防空水平見長,黑鳥越來越不能保證能平安完成任務,同時無人偵察機,偵查衛星可以更方便的完成偵查任務,黑鳥不在是很好的選擇,退役就是理所當然的了。
D. 航空上常用的金屬材料有哪些以及特性寫成論文怎麼寫
金家族之一:鋁合金
航空用鋁合金密度低、耐腐蝕性能好,且具有較高的比強度、比剛度,容易加工成型,有足夠的使用經驗,這些優點使其成為飛機結構的理想材料。從誕生以來,鋁合金隨著飛機設計的要求而不斷發展,其性能也日益強大。例如,1954年,英國的3架「彗星」飛機先後墜毀,事故分析表明,墜機的主要原因是材料疲勞以及部分 7075-T6鋁合金構件被嚴重腐蝕。經過探索,研究人員突破了過時效熱處理問題,研製出第二代耐腐蝕鋁合金,有效提升了飛機的安全水平。
如今,航空鋁合金的發展已經進入第六階段。2005年 4月 27日,世界上最大的寬體客機空客A380在圖盧茲機場成功首飛。A380能夠取得成功,先進材料的應用立下了汗馬功勞。其中,加拿大鋁業公司和美國鋁業公司就為 A380開發了新型鋁合金材料。根據 A380各部件的特點,加拿大鋁業公司開發出了7040-T7651、7449、2027-T3511等一系列鋁合金。每種合金都具有不同的性能和特點。在A380項目中,用7085鍛件製造的應急艙門,零件數量從 147個減至 40個,緊固件由 1400個減至 450個,重量減輕了 20%,成本降低了 20%〜25%,承載能力和疲勞壽命也得到了顯著提高。
合金家族之二:鈦合金
鈦及鈦合金材料密度低、比強度高(目前金屬材料中最高)、耐腐蝕、耐高溫、無磁、組織性能和穩定性好,可以與復合材料結構直接連接,而且兩者之間的熱膨脹系數相近,不易產生電化學腐蝕,具有優良的綜合性能。因此,鈦合金在航空領域得到越來越廣泛的應用。洛克希德公司的「黑鳥」高空高速戰略偵察機 SR-71,飛行速度超過 3馬赫,在高速飛行時,機體表面溫度將超過常規鋁合金蒙皮的極限,如果用鋼製造,飛機重量會大大增加,影響飛行速度和升限等性能。因此,SR-71的機身大量採用了鈦合金,總重達 30多噸,占飛機結構重量的 93%。隨著人們對飛機性能要求的不斷提高,民用飛機的鈦合金用量也在逐漸增加。早期波音 707上的鈦合金部件用量僅占結構總重量的 0.2%,到最新的波音 787,佔比高達 15%。
此外,鈦合金也是製造航空發動機的主要材料。早期美國 F-4戰斗機使用的 J79發動機,鈦合金的用量只有50千克,不到總重量的2%。而現在大多數航空發動機的鈦用量已經達到發動機總重量的25%〜30%。如波音 747、767的發動機 JT9D,其用鈦量為總重量的 25%;空客A320的V2500發動機,其用鈦量為總重量的 31%。鈦合金的另一大用途是作為螺栓、鉚釘等緊固件材料。這些緊固件雖小,但用量卻很大,使用鈦合金緊固件可以大大減輕重量。據估算,C-5大型運輸機有 70%的緊固件為鈦合金緊固件,飛機因此而減重 1噸左右。現在鈦合金 3D列印技術已用於飛機製造。鈦合金3D列印技術由於擺脫了傳統的模具製造這一顯著延長研發時間的環節,可以製造高精度、高性能、高柔性和快速製造結構十分復雜的金屬零件,因而為先進飛機結構的快速研發提供了有力的技術手段。
合金家族之三:超高強度鋼
超高強度鋼在強度、剛性、韌性以及價格等方面具有很多優勢,且擁有在承受極高載荷條件下保持高壽命和高可靠性的特點,在航空領域得到廣泛使用。例如,飛機的起落架要承受沖擊等復雜載荷,而且載荷巨大,同時還要求起落架艙容積盡可能小,超高強度鋼絕對強度大、穩定性好,因此成為起落架的首選材料。
20世紀 60年代,美國成功開發了 300M超高強度鋼。300M鋼的抗拉強度高,達到 1860MPa以上。它的橫向塑性高,斷裂韌性好,與同強度低合金超高強度鋼相比,300M鋼的抗疲勞性能更好,在介質中的裂紋擴展速率低。這些特點使得 300M鋼成為大型飛機起落架的主要材料。1992年,美國又開發了 AreMet100。AreMet100與 300M的強度級別相同,但耐腐蝕性能和耐應力腐蝕性能較 300M鋼有較大提高,是目前綜合性能最好的超高強度鋼。F-22、F/A-18E/F就使用了AreMet100作為飛機起落架的主要材料。
E. 製造「黑鳥」偵察機的原材料有什麼特點
製造「黑鳥」偵察機的原材料90%以上是輕而結實的鈦合金,既耐高壓,又耐高溫,使它能以超音速在高空飛行。它的表面塗了一層近似黑色的深靛藍色,散熱好,同時使敵方難以發現。在它上面裝有可見光照相機、合成孔徑雷達和紅外遙感器等。
F. SR-71「黑鳥」(BlackBird)戰略偵察機的性能如何
洛克希德公司為美國空軍研製生產的世界最先進的SR—71「黑鳥」型高空戰略偵察機 20世紀50年代,美國加利福尼亞州洛克希德公司的「臭鼬鼠」工廠為美國空軍秘密研製出一種性能優越的U-2型高空偵察機。這種飛機可以在25000米的高空飛行6000多千米,曾多次深入中國,古巴等其他國家腹地偵察。1960年5月1日,蘇聯地空導彈首次在2萬米高空擊落美國U—2型飛機一架;1962年9月9日,中國空軍導彈部隊在華東地區上空擊落美製國民黨空軍U—2高空偵察機一架。以後又有幾架被擊落。由美國洛克希德公司為美國空軍研製生產的SR—71型黑鳥高空偵察機,目前仍是世界上性能最先進的偵察機臭鼬鼠工廠1960年又設計出一種用以取代U—2偵察機的新型SR—71黑鳥偵察機,歷經4年製造成功。它機體龐大,長30.48米,重12噸,滿身塗了一層黑色的塗料。SR—71黑鳥飛行速度秒速達1100多米,為音速的3.32倍,比步槍子彈的初速不要快。它的飛行高度達到25929米,打破了世界紀錄。它的機翼非薄,呈三角形,機身90%為鈦合金製成,連續飛行時間可達1.5小時。SR—71「黑鳥」裝備了最現代化的高空偵察設備。每次拍攝寬度約48千米,每小時可偵察15萬平方千米.黑鳥從1966年7月1日投入使用以來,飛遍了世界許多地方還未被擊落過。60年代以後,隨著偵察衛星的出現,黑鳥便退居到次要地位。1990年初曾被迫停飛。1995年初,黑鳥在停飛5年後,重新又被啟用,理由是這種偵察機的性能到目前為止還沒有新的機種可以與它相比。
G. 「黑鳥」偵察機是用什麼材料製成的
該廠又U-2高空偵察機以YF-12A為雛形,秘密研製成SR-71高空戰略偵察飛機,由於這種偵察飛機表面塗有黑色塗料,所以人們將它稱為「黑鳥」偵察機。製造「黑鳥」偵察機的原材料90%以上是輕而結實的鈦合金,既耐高壓,又耐高溫,使它能以超音速在高空飛行。它的表面塗了一層近似黑色的深靛藍色,散熱好,同時使敵方難以發現。在它上面裝有可見光照相機、合成孔徑雷達和紅外遙感器等。根據偵察任務不同,這種偵察機可更換5種不同類型的頭部,每種頭部中裝有不同的偵察設備。它的偵察設備主要有高空偵察照相機、中空偵察照相機和電子偵察設備。照相機每次拍攝寬度約48千米,每小時可偵察15萬平方千米的地區。「黑鳥」偵察機自1966年1月7日投入使用以來,足跡遍全球,其中包括對我國、越南和中東等地進行過偵察,曾偷拍了我國第一顆氫彈爆炸的照片;還核實過古巴是否有蘇軍戰斗旅和米格-23飛機……
H. 鈦和鋼哪個更硬
純鈦的硬度不如鋼,但是有些鈦合金的硬度能和高強度鋼相當,甚至超過鋼。
鋼是對含碳量質量百分比介於0.02%至2.11%之間的鐵碳合金的統稱。鈦具有金屬光澤,有延展性。密度為4.5克/立方厘米。熔點1660±10℃。沸點3287℃。化合價+2、+3和+4。電離能為6.82電子伏特。但比強度位於金屬之首。
按化學成分分為碳素鋼,碳素鋼是指鋼中除鐵、碳外,還含有少量錳、硅、硫、磷等元素的鐵碳合金,按其含碳量的不同,可分為:低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼。高碳鋼一般在軍工業和工業醫療業比較多 ,合金鋼為了改善鋼的性能,在冶煉碳素鋼的基礎上,加入一些合金元素而煉成的鋼。
(8)黑鳥和鈦合金哪個好擴展閱讀:
在文藝復興之前很久,人們已經懂得使用各種低效的方法來生產鋼,但是鋼的普及化要等到十七世紀,也就是有了更高效的生產法之後。自從在十九世紀發明了貝塞麥煉鋼法之後,鋼就成了一種可大量生產的廉價材料。
後來煉鋼法經過更多的改進,例如鹼性氧氣煉鋼法,使得鋼的生產價格更低,但同時品質更好。時至今日,鋼已經成為世界上普遍的材質,年生產量達十三億噸。在各種建築、基礎設施、工具、船隻、汽車、機械、電器及武器中,鋼都是一種主要的成分。現代鋼鐵一般用各種標准化團體所制定的不同品質標准來區分。
I. 米格-25戰斗機的材料選擇
當「大米格」系列最初一種試驗機 Ye-150 開始向馬赫數 2.5 以上發起沖刺時,一個全新的障礙就已經開始橫在了蘇聯人面前,那就是因高速飛行的機體與空氣摩擦而產生高溫所帶來的「熱障」。當 Ye-150 以馬赫數 2.05 的速度飛行時,其機體表面溫度已經達到攝氏 107°,而當 Ye-150 加大油門向馬赫數 2.5 沖刺時,其機體表面溫度達到了 200° 以上,而根據計算,如果它飛到馬赫數 3,那麼它的機體表面溫度將達到 300°!高溫帶來了一系列的麻煩,首先,我們知道,即使是高強度的鋁合金,其熔點也只有 400-500°,而在 300° 的高溫下,傳統的鋁合金蒙皮材料將變得比宣紙還要脆弱,如果再加上高速帶來的巨大速壓,那麼此時的機體將只有變形一途。其次,在如此高溫的環境下,機載電子設備如何運轉?應該使用什麼方式冷卻?一大堆的問題擺在了格列維奇面前。
用什麼材料來造機體?用鈦嗎?以當時蘇聯的技術能力,根本無法有效加工並生產符合製造新型殲擊機的鈦合金材料,那麼,怎麼辦?
格列維奇最終確定的解決方案幾乎讓所有人瞠目結舌,不用硬鋁,不用鈦合金,用什麼?米格-25 結構材料的80% 使用的是鎳基合金鋼!
即便在多年後的今天,筆者在最初得知米格-25 最終確認使用鎳基合金鋼這種材料來進行製造時,第一反應也是睜大眼睛突出舌頭,半天無法恢復自如,雖然鎳基合金鋼的高溫性能相當優異,在 400° 乃至以上的溫度下也能保持足夠的強度,但眾所周知,鋼的密度為 7.9 噸/m³,幾乎是鋁合金(2.7 噸/m³)的三倍。鈦合金(4.5 噸/m³)的一倍多,採用這種材料的直接結果就是米格-25 重得出奇,其結構重量達到了 7.9 噸,空重達到了 19.6 噸,如此巨大的重量使得米格-25 即便安裝了兩台加力推力超過 10 噸的發動機的情況下,其起飛推重比也只有 0.6 左右,遠遠低於米格-21 的 0.8 左右,較低的推重比使得米格-25 在進行大過載機動時能量不足,直接影響了米格-25 的機動性。
付出了如此巨大的代價,真的值得嗎?在回答這個問題之前,讓我們先看看世界的另一面。
當時世界上的另一個航空超級大國美國在發展自己的三馬赫戰機時,領先潮流的使用了鈦合金來解決熱障這一問題,然而,鈦合金極高的加工難度使他們付出了沉重的代價,一個又一個沉重的打擊席捲而來,先是洛克希德公司自行生產的鈦合金發生了大面積不明原因的「氫脆」而使得巨額資金生產的材料全部報廢,然後是鈦合金奇高的加工難度使得機體的製造舉步維艱,最終耗費了巨額資金和工時製造出來的機體強度仍然差強人意,最終使得「黑鳥」成為了專職的偵察機---極低的可用過載使得黑鳥在作為截擊機時根本無法做強度稍大一點的機動,甚至連急速爬升這樣的截擊機必備的能力都沒有!黑鳥的教訓使得美國人後來在發展高空高速截擊機樣機時,也不得不回歸到鋼結構上,而在這個漫長的彎路過程中,付出的資金與時間的代價更是極其的高昂!
這從一個側面證明了蘇聯人的務實精神和米高揚設計局的深思熟慮,鎳基合金鋼的機體結構雖然讓米格-25 付出了巨大的重量代價,但卻保障了米格-25 擁有足夠的機體強度,使得其可以勝任在截擊作戰中經常遇到的諸如急躍升攻擊,高速俯沖等戰術動作,而且在做到這一切的同時,其成本還相當的低廉。而付出了高昂代價的美國「黑鳥」,除了獲得了最大速度和飛行高度的優勢以外,其低劣的機動性能幾乎令人無法忍受,與此同時,低劣的機體結構強度更使得黑鳥在服役過程中擁有了高達 30% 的墜毀率,這一切使得黑鳥更像是一架技術驗證機而不是實用的作戰飛機,即便到了今天,如黑鳥一樣使用幾乎全部鈦合金結構的戰機依舊鳳毛麟角---與閃耀著科技光芒的偶像派明星黑鳥相比,米格-25 更像是一位從農村走出來的實力派明星,土裡土氣卻依舊具備著不俗的實力。
J. 「黑鳥」偵察機有哪些獨特之處
「黑鳥」偵察機可以說是世界上飛得最快、又飛得最高的飛機。製造「黑鳥」偵察機的原材料90%以上是輕而結實的鈦合金,既耐高壓,又耐高溫,使它能以超音速在高空飛行。它的表面塗了一層近似黑色的深靛藍色,散熱好,同時使敵方難以發現。在它上面裝有可見光照相機、合成孔徑雷達和紅外遙感器等。
根據偵察任務不同,這種偵察機可更換5種不同類型的頭部,每種頭部中裝有不同的偵察設備。它的偵察設備主要有高空偵察照相機、中空偵察照相機和電子偵察設備。照相機每次拍攝寬度約48千米,每小時可偵察15萬平方千米的地區。