军用材料最佳合金坚不可摧，弹道防护更强！

2016-08-01 12:15:45 作者：本网整理来源：网络分享至：

    导读：美国“陆军技术”网站近日发表了贝勒奈西？贝克的文章：Super bainite steel – perfection in impenetrability。文章称，英国国防科学与技术实验室、剑桥大学的研究人员通过控制温度使普通钢铁变成了坚不可摧的超级贝氏体钢，而且生产成本低廉，所生产的超级贝氏体钢具有极强的弹道防御能力，是制造装甲的最佳材料。文章详细介绍了超级贝氏体钢的研究进展。文章编译如下：

    虽然陶瓷、智能材料和累积制造已经占据了最近军事材料创新的头条，但是金属合金一直在悄然演变，提供了前所未有的新的防护性能。合金钢的一种新形式称为“超级贝氏体”（super bainite），塔塔钢铁公司已经获得授权在其车辆开发项目中使用它，而且有小孔的合金钢弹道防护性能更好。

    超级贝氏体听起来象是来自一本漫画书，确实，鉴于其强度和装甲属性，“金刚狼”（Wolverine）可能也要考虑升级其增强型埃德曼合金（Adamantium）骨骼和爪子。因为即使是金刚狼也会对采用超级贝氏体装甲的坦克三思而后行，所以超级贝氏体装甲为装甲车辆提供了一种新型、超强、负担得起的弹道防护。

    在其超强的继任者到来之前，普通的贝氏体相钢的命名来自美国化学家埃德加？C?贝恩（Edgar C. Bain），他与E?S?达文波特（E. S. Davenport）于20世纪20年代第一次描述了这种不同于他们熟识的组织的新组织。无需过深地研究材料科学，简单地说，具体工艺如下：钢铁先被加热到1000摄氏度，然后冷却至250℃和500℃之间，保持一段时间后，再冷却至室温。

    贝氏体历来被用于制造枪管，制造时钢的枪管需要在高温盐浴炉中淬火。这使得它很坚硬，但不适合于装甲，因为其原始状态的碳化物以及其中的铁晶体尺寸，使其变脆，容易开裂。

    通过热处理获得强度

    当剑桥大学（University of Cambridge）的研究人员着手为国防部的国防科学与技术实验室（DSTL）开发新的钢合金军事用途时，他们认为，如果贝氏体的脆性可以降低，其硬度将使其成为理想的出发点。与国防科学与技术实验室一起工作的彼得？布朗（Peter Brown）教授、哈利？帕迪霞（Harry Bhadeshia）教授、弗朗西斯卡？瓦列罗（Francisca Caballero）博士在剑桥大学的材料科学与冶金系（Department of Materials Science and Metallurgy）开始模仿贝氏体如何对于不同的生产条件作出反应。

    他们发现，通过应用一种被称为等温淬火热处理工艺，保持钢在200℃左右几天时间，他们将冶炼出超硬且坚固的钢，而且无需添加昂贵的合金金属。然而，这种漫长的过程将使其不适合大批量生产，而且不够经济，于是将热处理温度提高到250℃，从而将冶炼时间缩短到了8小时。

    超级贝氏体钢——或超级贝氏体——冶炼过程产生的钢晶体仅有那些标准钢晶体尺寸的十分之一，这使得它更加坚固。通过精心调整锰、硅、铬和钼等合金元素的数量，碳化物的水平可以降低，使得它不易发生龟裂。

    新的衍生物被发现具有约2.5千兆帕的拉伸强度，比在军事应用中所用的类似金属都强得多，它通过变形吸收了大量的能量，使弹丸无法射入。

    此外，在国防科学与技术实验室的波顿科学园的研究发现，如果材料表面具有排列有序的小孔或者窄槽花纹，与整块钢板相比，其弹道防护性能会加倍。虽然这听起来违反直觉，但是装甲上的孔不应该简单看作孔，而应该看作边缘，子弹打到边缘时会转向，从锐利射弹转变为钝弹，从而更易于拦截在波顿科学园的靶场，它的性能在弹道测试中得到了证实。

    塔塔钢铁公司和“全身盾”商标

    2011年，国防部与塔塔钢铁公司签署了许可协议，授权其塔尔波特港工厂制造超级贝氏体，用作船体或炮塔装甲车辆的轻量级贴花装甲。这笔交易通过国防科学与技术实验室的犁铧（Ploughshare）创新子公司获得了便利，该公司负责管理国防科技实验室知识产权的商业授权。

    塔塔公司称，推向市场时，超级贝氏体的注册商标为“全身盾”（Pavise），将其融入装甲系统后，其穿孔打击面使装甲的弹道防护效率提高了2.5倍。这意味着，当它装配到装甲战斗车辆时，将能够承受原车辆装甲不能够承受的武器打击。塔塔公司将其加工成4毫米和10毫米厚的标准金属板来出售，不同的组合提供了北约标准协议L2级到L4级的防护。它可以激光绘图并且很容易使涂料粘附，因此它可以被涂上与自身车辆相匹配的颜色。

    不像一些竞争者有着复杂制造工艺的装甲材料，需要很长的时间来筹备，“全身盾”被以塔塔公司其他钢铁产品类似的方式来制造，因此它可以根据需求灵活生产，当需要时可以加快生产速度。

    2011年年末，超级贝氏体作为新的装甲解决方案首次亮相于在伦敦举行的国防安全及设备国际展览会。在展会中，当时英国国防部负责国防设备、支持和技术的装备部长彼得？勒夫（Peter Luff）说：“这种尖端的英国发明和制造协议意味着英国现在有高性能装甲钢来满足自身的需求。超级贝氏体不但能够用于军事领域，而且能够用于民用领域，这为塔塔钢铁公司提供了重要的出口机会。”

    然而，像所有的超级英雄一样，它也有一个与生俱来的弱点——它是如此坚固以至于目前不能进行焊接，所以它不能被制作成大型构件，例如，不能建造一辆装甲车。

    民用领域

    虽然塔塔钢铁公司与国防科学与技术实验室和剑桥大学的研究人员的研发过程是独一无二的，但其他厂家也生产出他们自己的贝氏体高强度钢版本——仅欧洲每年的销售量就高达400,000吨。对于这样的高弹性、轻质材料，军事上的应用是显而易见的，但是民用领域也存在一些潜在的用途。

    超级贝氏体可以在汽车制造时增加防滚架的刚度，同时减轻其重量，以及增加土木工程项目的强度，甚至保护未来航天器免受轨道碎片的冲击。高碳钢也可用于手动工具、弹簧和轴承。

    研究人员和塔塔钢铁公司都不愿意对超级贝氏体，或超级贝氏体的变身——“全身盾”发表评论，因为没有宣传计划，所以任何新的进展暂时仍处于保密状态。然而，尽管新材料可能会超越传统金属抢占优势，但是陶瓷和智能材料之类的材料应该为应对超级贝氏体的持续发展做好准备。