坦克炮是怎么制造而来的?这里有一份详细流程,请查收

前言

先说说坦克炮的寿命。其实,一般所说的坦克炮使用寿命只有几秒钟是一个区别于服役寿命的概念。坦克在服役过程中不是时时刻刻都在运转,同理坦克炮也并不是时时刻刻都在发射炮弹。这就好比航空发动机与战斗机,战斗机服役寿命可以长达几十年。比如,我们国家上个世纪90年代末买的苏-27战斗机至今还在二线地区服役训练,但是其配套的航空发动机使用寿命却只有几千个小时。一个计算的是总得使用时间,一个计算的是时时刻刻使用的时间,后者自然会显得短很多。而且,无论是坦克的火炮还是战斗机的发动机都是可以更换的。使用寿命用完了,换一个就可以了,坦克还是那辆坦克,只不过炮换了。

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其实,坦克炮管寿命只有几秒的时间概念是根据炮弹发射次数计算而来的。

比如,早期坦克火炮的发射次数大概是200次,发射一枚炮弹从点燃底火到离开炮膛花的时间大概是0.01-0.02秒,再乘以炮管能够发射的次数,算下来炮管的寿命大概就在2-4秒之间。现代技术有所进步,坦克炮的发射次数提升到了400发左右,但算下来炮管寿命也仅仅在4-8秒之间。

为什么火炮的炮管使用次数会只有400次左右呢?这和坦克炮钢材的炼制工艺,坦克炮管加工工艺和坦克炮管的使用环境有关。

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坦克炮用钢炼制工艺

现代坦克炮钢材一般采用电弧炉炼钢工艺,在石墨电极与炉料之间产生电弧,利用电弧热加热事先加在炉中的废钢,再对其成分进行调控,就能得到性能较为优秀的合金钢,用于坦克炮。▼这张照片就是电弧炉炼钢,图中绿色箭头为电弧炉内炉,用于盛放炼钢原料;橙色箭头为石墨电极,用于引燃电弧,是炼钢的热源;蓝色剪头是加料口,用于添加炼钢所需的各种材料。炼制出来的钢材性能好坏,很大程度决定着炮管的使用寿命。

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炮管加工工艺

钢材有了,接下来要做的是将钢材变成炮管。

坦克炮管的加工工艺第一步是得到炮管粗样,也就是得到一根短粗外形的圆柱形钢锭。然后再将钢锭进行表面火焰处理,去除钢表面的氧化皮。氧化皮清除干净之后,送入旋转锻造设备,进行锻造,拉长使其内部变得致密,钢材组织变得均匀,进一步提升钢材性能的同时使其外形从短粗变为细长,初步具备炮管外形。

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值得一提的是旋转锻造设备,这是重型工业加工设备,又称为曲柄摇杆式径向锻造机▲。它的工作过程是这样的:由电动机带动双拐偏心轴旋转,带动两侧杠杆往复运动,然后迫使摇杆摆动,带动固定在摇杆上的锤头做锻打运动,从而实现径向锻压。这种设备是战略级工业设备,是生产各类型火炮的必备加工设备,是各国严禁出口的重要工业设备。简而言之,陆地之王坦克可以卖,坦克核心部件炮可以卖,但是用于制造坦克炮的旋转锻造机是不可能卖的,因为重型工业加工设备是一个国家工业的命脉!

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锻造机

粗样经过拉长并根据尺寸截取之后,下一步就是机械加工了。首先是打孔,需要用的设备叫做镗床▼。这一步工作原理很简单,但是实施起来难度巨大。固定好得到的钢“棍”以后,选择一端,以其圆心为基准,钻孔。得到的钢“棍”经过锻造之后硬度非常高,对钻头要求非常高。同时,需要极高的加工精度,保证钻孔笔直,所有的动作和数据都要严格按照加工工艺执行。特别是钢“棍”要彻底夹紧,不能动,稍微动一下,这炮管就报废了,只能回炉重造。所以一般这一步都是由工厂里经验最丰富,手最稳的师傅来完成。一般这种人,都是工厂里的扫地僧,厂长也要敬三分。

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镗好后,就得到一根无缝钢管了。接下来要做的是热处理,也就是淬火(教科书读cui火,但是我们学材料的一般读zhan火)。从微观来看,淬火是将其加热到钢的临界温度,这时,钢材的常温组织全部转变为奥氏体,这一步也称为奥氏体化。转变为奥氏体之后,将其浸入水或者油中快速冷却,使奥氏体转变为马氏体。马氏体是钢材各组织中,硬度最高的一种,转变为马氏体后,钢材硬度会急剧提升,耐磨性和强度也相应增强。这一步冷却非常关键,坦克炮的淬火冷却使用的是特殊的油,至于什么成分,就不得而知了。而且,淬火会使炮管内部的应力大幅增加,所以淬火之后还会有后续处理,调控内应力,一般是高温回火进行调制,或者是做去应力退火。不过后续调控不会立马进行,会在后面出现。

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接下来就是精加工了,首先要做的是校直,将炮管尽可能的修到完全笔直,这一步直接决定着坦克炮发射精度。使用的设备叫做液压校直机,是一种精度要求非常高的精加工设备▼。图中1,6分别为主动回转中心和从动回转中心,这两个部件前端有个尖尖,将炮管两段顶住固定,然后有调速电机驱动,旋转起来。转起来后,与之配套的可动支撑测量装置5开始检测炮管旋转后侧面的全跳动量,然后配合从动旋转中心的光电装置检测炮管侧面的全跳动方向。当全跳动方向朝上时,停止转动并固定,冲头在计算机的控制下根据可动支撑检测装置5得到的全跳动量数据进行冲压,直到全跳动量为0。这时,炮管又开始旋转,重复上述过程,直到精度达标。

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完全笔直的炮管得到后,进一步进行表面精加工。这一步也可以叫切削加工,因为炮管截面是圆,所以使用车床。这一步的目的是去除之前粗加工在炮管表面留下的各种油污,毛刺等杂质,进一步调控炮管内径尺寸,同时使其露出金属光泽。

露出金属光泽之后,再进一步深加工,使其内壁像镜面一样光滑。这一步完成后就是后续热处理了。淬火过后,炮管内应力很大,所以要进行回火处理或者去应力退火处理。这两把火其实过程差不多,都是加热后缓慢冷却到室温。区别在于,如果在淬火之前加热后缓慢冷却到室温叫做退火,如果在淬火之后加热后缓慢冷却叫回火。名字就不纠结了,总之这一步就是加热,然后缓慢冷却到室温。这样炮管内部化学成分均匀,晶粒细化,应力也被消除,综合性能得到提升,炮管寿命也提升。

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具体原理,参考铁碳合金相图

炮管冷却后,要进行的是提升寿命的关键一步,叫做炮管自紧工艺,是继锻造后,有一部使其变得更为紧密的工序,也是提升炮管使用寿命的重要工序。这一步原理就是放到自紧设备中的使其均匀受压,不多说了。

自紧工艺后会再一次深加工,滑膛炮就变得光滑,线膛炮就用拉刀拉出膛线。然后要干的事情是检测!检测分为两步,第一步是外观。使用仪器或者火眼金睛观察有没有气孔,裂纹等各种加工缺陷。如果有,回炉重造。没有的话进行下一步,无损检测。

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无损检测又是充满高科技的一步了。何为无损检测?顾名思义就是不损伤零件,检测其内部有无缺陷。无损检测的方法很多,主要由射线检测,原理和骨折拍X光差不多;超声检测,原理和做B超差不多;磁粉检测,利用磁性吸引磁粉,显示缺陷;液体渗透检测,利用渗透剂渗入缺陷,再用染色剂显示缺陷。前面两种可用于检测内部缺陷,后面两种则用于检测表面缺陷。一般来说,炮管这一步都是使用射线检测和超声检测,看其内部有没有缺陷。否则,炮管很有可能打着打着,变成这样▼。

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那么问题又来了,为什么有缺陷就会这样呢?因为有缺陷就会使炮管在缺陷处产生应力集中,缺陷处随着应力越来越大,到达裂开的临界值。这时,发射一枚炮弹,发射药爆炸产生产生巨大压力,缺口处应力突破临界值,然后缺陷剧烈扩大,于是炮管就开花了。

工艺最后再啰嗦一句,检测完就可以镀上一层铬,交付使用了。

炮管使用环境

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炮管是在什么样的环境下工作呢?答案:高温高压。炮弹发射是利用发射药产生的高温高压火药燃气推动弹头高速沿着炮管发射出去。说白了,炮弹发射其实就是定向爆破,把弹头炸出去,所以每发射一次,炮管就内部炸药炸一次,被产生的火药燃气冲击一次。一般火炮的膛压可以达到几百兆帕,对炮管冲击巨大。为了提升炮管寿命,在制造过程中,进行了一步又一步的性能强化。但是钢材的性能极限就在这了,能扛住几百次的爆炸和冲击已经性能非常优秀了。

结语

坦克炮的制造对一个国家的材料学研究水平和制造业要求很高。要有先进的炼钢技术,得到性能出色的合金钢;要有强大的制造业,有大型锻造机,镗床,无损检测等设备。综合下来就是,只有拥有强大工业实力的国家,才具备自行研制和生产坦克炮的能力。放眼当今世界,能够自行研制坦克炮的国家基本就是长期盘踞世界军事强国榜首的几个国家。

再说到坦克炮的寿命。一根400次寿命的炮管虽然换算成时间只有几秒,但其实能用非常久。而且真的战争来临,能够活到发射400枚炮弹的坦克可能并不多。

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