锻造火炮炮管有多难
来源: 解决军报 2023-07-14 10:21:08 责编: 吕中石

火炮在两次世界大战中立下赫赫战功,赢得“战争之神”的美誉。火炮能“封神”,还得看炮管。炮管有多重要?火炮的射程、精度和使用寿命等性能参数,都与炮管质量息息相关。

火炮炮管锻造流程复杂、技术难度大,是相关工业制造领域的“天花板”。目前,世界上只有少数国家具备独立锻造火炮炮管的能力。通常,锻造一根合格的火炮炮管要闯3道关。

一是选材关。炮管不仅要经得起3000℃以上的高温烧蚀和500-700Mpa的高压冲击,还要满足战场上连续快速发射的需要,这对炮管材料提出了很高要求。现代火炮炮管材料普遍采用特殊的合金钢,以碳镍铬铂系合金钢为主,具有良好的耐高温性、韧性和强度。

通常,一根炮管需要几百公斤合金钢,而冶炼这些合金钢的原料需要几十吨。这些原料被冲压锻造成钢锭后,还要被3万吨级锻造机“捶打”上万次,加工成圆柱形的“大铁棒”。接下来通过电渣重熔技术去除钢材中的磷、硫等非金属杂质,最终才能打造出一根致密度很高的炮管粗坯。

二是工艺关。钢材炼好后,下一步是在粗坯上打孔。打孔用到的深孔加工技术是一门精细活。打孔不正,会影响到火炮射击精度。为了提高炮管强度,自紧工艺也必不可少。它可以使炮管由内向外产生一定的塑性变形,增大炮管的承压能力。

自紧工艺完成后,接下来要对内膛进行精加工。比如,在为线膛炮拉制膛线时,拉刀顺着与炮管轴线平行的方向前进,而炮管则绕轴线进行旋转,这样拉出的是旋转膛线。这个操作过程是完全不可见的,一旦膛线有几微米偏差,整根炮管就得报废。

三是试验关。炮管锻造好后,还要进行严苛的大小型实弹射击试验。小型实弹射击试验主要检验基本质量,虽然能发现炮管的一些加工质量问题,但试验发射弹药数量较少,很难发现潜在问题;而大型实弹射击试验要发射所有配用的弹种,对炮管精度、强度、可靠性等方面进行全面“体检”,以发现深层次加工质量问题。过了试验关,炮管才能装配到火炮上使用。

那么,一根炮管的寿命有多长呢?

火炮炮管的寿命其实很短,这里讲的“寿命”是指炮弹从发射到出膛在炮管里所停留的时间。比如,一枚射速为1500米/秒的炮弹,从5米长的炮管中“飞”出去只需0.003秒。如果一根炮管的寿命仅有3秒,在它“有生之年”至少可以发射1000发炮弹。从炮弹发射数量上看,这根炮管的寿命虽短,过得却很“充实”。

那么,如何让炮管“延年益寿”呢?炮管寿命主要取决于3个方面:一是火药燃烧温度,二是火炮发射时的膛压,三是弹头在炮管内的摩擦系数。

一般来说,科研人员通过改变发射药成分,降低爆燃时的温度。提升高膛压火炮炮管强度,则需要在新材料工艺研究上下功夫——内膛镀铬工艺和壁面热处理技术可以增强膛壁耐磨损性能。科研人员研制出专门修复炮管的炮弹,这种新型炮弹表面包裹着一层纳米材料,可以在发射过程中迅速填补膛壁内烧蚀出的坑槽,形成一层保护膜,进而延长炮管寿命。

此外,火炮射击前可以在炮管内部涂抹润滑油脂混合物,充当内膛保护层,减少摩擦损坏。射击完毕后,及时清理火药残留物,擦拭保养炮管,减缓膛壁腐蚀。(刘诗扬  詹乾坤)

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