钛合金都用来做迫击炮了，中国为啥这么豪横？

　　说起钛合金，你的第一印象是不是高大上，而提起60毫米迫击炮，很多人第一反应就是，呦，您老还在世呢？

　　但是没就这么两个看似不咋搭边的东西，却被咱们军工人结合到了一起，这也就是前不久官方媒体刚披露新型60毫米迫击炮——PBP-201。

　　这炮有什么特别的呢？

　　从外观上看，这个炮最明显的特征就是与以往乌漆嘛黑或者涂覆绿漆的迫击炮不同，它通体呈现的是金属原色。

　　之所以如此，就是因为这个炮大量运用了钛合金，这也是它最引人注目的亮点，虽说该炮延续了传统迫击炮身管（含击发机）、支架、底钣三部分的基本结构，但钛合金材料的大量运用，使得整炮的重量大幅减轻至仅8.5公斤，相较于前代89式和93式，减重效果显著，非常适合高原作战，堪称“打印神器”。

　　传统的迫击炮全炮重量的大头就在座钣，像全重22.4公斤的93式60mm迫击炮，座钣就重达7.3kg，而使用钛合金制作的座钣则要比传统钢制座板轻50%以上，强度也完全够用。

▲93式60mm迫击炮    

　　可以说，钛合金是制造迫击炮管、座板、枪管、炮架等的上乘材料，但为什么这么好的材料，之前我们不用呢？这主要是因为钛合金材料实在是太难加工了。

　　钛合金具有比强度高、耐腐蚀、耐高温和抗疲劳等特点，重量只是同样大小钢的60%，其机械性能在常温下接近钢铁和铝合金这类金属材料，加工时的切削力只是略高于同等硬度的钢，但是加工钛合金的物理现象远比加工钢要复杂得多。

　　大多数的钛合金的热导率很低，只有钢的1/7，铝的1/16，这就导致在加工过程中，切削钛合金产生的热量不会迅速传递给工件或被切屑带走。

　　而是集聚在切削区域，其产生的温度可高达1 000℃以上，在切削的时候容易产生积屑瘤，导致黏刀现象，当粘屑的刀具再次切入工件时，粘屑被碰掉并带走一小块刀具的材料，使刀具的刃口迅速磨损、崩裂，而这又使切削区域产生更多的热量，进一步缩短刀具的寿命。   

　　与此同时，切削过程中产生的高温也破坏了钛合金零件的表面完整性，使零件几何精度下降和疲劳强度严重减少，导致材料软化、变形或烧损。

　　钛合金的弹性也很不错，虽说这对于当零件而言是好事，但是在切削过程中，工件的弹性变形会产生震动。

　　切削压力使“弹性”的工件离开刀具和反弹，从而使刀具与工件之间摩擦现象大于切削作用，尤其是加工薄壁或环形等易变形零件时，随着工件材料被刀具推开，薄壁的局部变形就会超出弹性范围而产生塑性变形，切削点的材料强度和硬度明显增加。

　　如果此时还按照原先确定的切削速度加工，就会一方面导致刀具急剧磨损，另一方面产生震刀导致零件发生变形，容易有齿状波纹，表面质量无法保证，还很容易造成摩擦过程也会产生热，更加重了钛合金导热性不良问题。

　　另外，钛合金的化学活泼性高，对氧气、氮气和水等常见气体和液体具有较高的反应性，在高温和高能量的加工环境下，钛合金容易与周围环境中的氧、氮等元素发生反应，形成氧化物或氮化物膜。

　　这些膜会附着在材料表面，使工件表面硬化，增加了加工过程中的摩擦阻力，使得加工难度增高，容易崩刀。

　　钛合金切削时生成的切屑形状特殊，通常为长丝状或螺旋状，不易断裂和排出。这会导致切削刀具的堵塞和切削液的难以顺利排出，进而影响加工的稳定性和效率。

　　所以看起来极佳的减重材料，对于工业基础没那么强的国家来说，其实是根难啃的硬骨头。人类自从1790年发现钛元素以来，为了获得它超凡的性能，开展了长达百年的艰辛探索。

　　1910年人类第一次制得金属钛，但此后的应用之路却异常艰辛漫长，直到1951年才最终实现工业化生产，而直到现在，全世界也只有中国、美国、俄罗斯、日本四个国家具备钛金属的全产业链生产能力。

▲苏联曾使用钛合金打造核潜艇

　　钛在地球上并不稀缺，地球表面十公里厚的地层中，含钛达千分之六，比铜多61倍，在地壳中的含量排第十位，也就是说，随便从地下抓起一把泥土，其中都含有千分之几的钛，只是钛的提取和加工十分困难，所在才把它称为稀有金属。

　　据统计，截至2022年底，全球已探明钛矿储量约为7.49亿吨，其中中国就占2.3亿吨，占比30.7%，位居世界第一，而攀西地区则是我国钛矿资源最丰富的地区。‌

　　自钛及钛合金50年代工业化生产以来，美国及苏联就开始关注和研究它们在兵器中的应用，1955年美国兵器工业用钛就达到了57吨。

　　像美国1950年制造的M28型120mm克罗克特无后坐力炮的炮管、药室、喷管与发射活塞，就是用钛合金制造，于1961年开始批量生产，装备步兵营、伞兵营、机械化步兵营、坦克营与空降师。

　　中国钛工业起步于20世纪50年代。当时，随着航空工业的兴起，对轻质且高强度的材料需求日益迫切，钛合金凭借其独特的性能优势，逐渐引起了国内科研人员的关注。

　　1954年，我国在承德大庙地区首先开展钛矿的开采，制取了钛精矿，获得了制取金属钛所需的基础原料，原重工业部有色金属综合研究所也在此时开始探索海绵钛制备试验。

　　1956年，国家把钛当作战略金属列入了12年发展规划，1958年在抚顺铝厂实现了海绵钛工业试验，成立了中国第一个海绵钛生产车间。

　　次年，用镁热还原法生产出我国第一批海绵钛工业产品，当时炉产能仅100kg/炉，不久扩大到160-180kg/炉，当年生产海绵钛60吨。至此，填补了我国海绵钛工业的空白。  

▲攀钢第一炉海绵钛

　　上世纪六七十年代，在国家的统一规划下，先后建设了以遵义钛厂为代表的10余家海绵钛生产单位，在1967年在洛阳铜加工厂成立了中国第一个钛管棒加工材生产试验车间和第二条钛板带材生产试验车间，并为主承担了当时国内第一艘核潜艇、第一艘导弹驱逐舰及航空用钛材的试制开发任务。 
 

　　中国也在七十年代成为继美国、前苏联和日本之后的第四个具有完整钛工业体系的国家，到1980年前后，中国海绵钛产量达到2800吨。

　　那时，中国通过自主研发和创新，成功掌握了钛合金的冶炼、加工和热处理等关键技术，并开始研究钛合金在兵器制造中的应用。

　　像用退火状态的TC9钛合金制造反坦克导弹舵机与架体，用TC4钛合金制造的85式高射机枪制退器，后来为了便于加工，又用精铸ZTC4合金取而代之。

　　2002年研制出的02式14.5毫米高射机枪，大量采用钛合金材料，整枪重量只有73千克，比我国75式14.5高机重量减少了46%，是世界上第一种钛合金机枪，也是迄今为止全球唯一的钛合金大口径机枪。

　　中国还将钛合金材料应用在了大口径火炮上，像对标美制M777型榴弹炮的AH-4型榴弹炮，钛合金比例有10%，通过综合减重设计，定型时炮重稳定在4.2吨，只比全部使用钛合金打造的M777型榴弹炮重了300千克。

　　除了制造兵器，中国甚至在2019年“奢侈”地为边防部队配发了19式钛水壶，这种航天级别的贵金属竟然用到了大规模配发的水壶上。

　　你说这种事除了被称为“工业克苏鲁”的咱们，谁还能干得出来？仅仅用钛合金造点60mm迫击炮是不是就更不算事儿了？