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說起钛合金，你的第一印象是不是高大上，而提起 60 毫米迫擊炮，很多人第一反應就是，呦，您老還在世呢？
但是沒就這麽兩個看似不咋搭邊的東西，卻被咱們軍工人結合到了一起，這也就是前不久官方媒體剛披露新型 60 毫米迫擊炮—— PBP-201。
這炮有什麽特别的呢？
從外觀上看，這個炮最明顯的特征就是與以往烏漆嘛黑或者塗覆綠漆的迫擊炮不同，它通體呈現的是金屬原色。
之所以如此，就是因爲這個炮大量運用了钛合金，這也是它最引人注目的亮點，雖說該炮延續了傳統迫擊炮身管（含擊發機）、支架、底钣三部分的基本結構，但钛合金材料的大量運用，使得整炮的重量大幅減輕至僅 8.5 公斤，相較于前代 89 式和 93 式，減重效果顯著，非常适合高原作戰，堪稱 " 打印神器 "。
傳統的迫擊炮全炮重量的大頭就在座钣，像全重 22.4 公斤的 93 式 60mm 迫擊炮，座钣就重達 7.3kg，而使用钛合金制作的座钣則要比傳統鋼制座闆輕 50% 以上，強度也完全夠用。
▲ 93 式 60mm 迫擊炮
可以說，钛合金是制造迫擊炮管、座闆、槍管、炮架等的上乘材料，但爲什麽這麽好的材料，之前我們不用呢？這主要是因爲钛合金材料實在是太難加工了。
钛合金具有比強度高、耐腐蝕、耐高溫和抗疲勞等特點，重量隻是同樣大小鋼的 60%，其機械性能在常溫下接近鋼鐵和鋁合金這類金屬材料，加工時的切削力隻是略高于同等硬度的鋼，但是加工钛合金的物理現象遠比加工鋼要複雜得多。
大多數的钛合金的熱導率很低，隻有鋼的 1/7，鋁的 1/16，這就導緻在加工過程中，切削钛合金産生的熱量不會迅速傳遞給工件或被切屑帶走。
而是集聚在切削區域，其産生的溫度可高達 1 000 ℃以上，在切削的時候容易産生積屑瘤，導緻黏刀現象，當粘屑的刀具再次切入工件時，粘屑被碰掉并帶走一小塊刀具的材料，使刀具的刃口迅速磨損、崩裂，而這又使切削區域産生更多的熱量，進一步縮短刀具的壽命。
與此同時，切削過程中産生的高溫也破壞了钛合金零件的表面完整性，使零件幾何精度下降和疲勞強度嚴重減少，導緻材料軟化、變形或燒損。
钛合金的彈性也很不錯，雖說這對于當零件而言是好事，但是在切削過程中，工件的彈性變形會産生震動。
切削壓力使 " 彈性 " 的工件離開刀具和反彈，從而使刀具與工件之間摩擦現象大于切削作用，尤其是加工薄壁或環形等易變形零件時，随着工件材料被刀具推開，薄壁的局部變形就會超出彈性範圍而産生塑性變形，切削點的材料強度和硬度明顯增加。
如果此時還按照原先确定的切削速度加工，就會一方面導緻刀具急劇磨損，另一方面産生震刀導緻零件發生變形，容易有齒狀波紋，表面質量無法保證，還很容易造成摩擦過程也會産生熱，更加重了钛合金導熱性不良問題。
另外，钛合金的化學活潑性高，對氧氣、氮氣和水等常見氣體和液體具有較高的反應性，在高溫和高能量的加工環境下，钛合金容易與周圍環境中的氧、氮等元素發生反應，形成氧化物或氮化物膜。
這些膜會附着在材料表面，使工件表面硬化，增加了加工過程中的摩擦阻力，使得加工難度增高，容易崩刀。
钛合金切削時生成的切屑形狀特殊，通常爲長絲狀或螺旋狀，不易斷裂和排出。這會導緻切削刀具的堵塞和切削液的難以順利排出，進而影響加工的穩定性和效率。
所以看起來極佳的減重材料，對于工業基礎沒那麽強的國家來說，其實是根難啃的硬骨頭。人類自從 1790 年發現钛元素以來，爲了獲得它超凡的性能，開展了長達百年的艱辛探索。
1910 年人類第一次制得金屬钛，但此後的應用之路卻異常艱辛漫長，直到 1951 年才最終實現工業化生産，而直到現在，全世界也隻有中國、美國、俄羅斯、日本四個國家具備钛金屬的全産業鏈生産能力。
▲蘇聯曾使用钛合金打造核潛艇
钛在地球上并不稀缺，地球表面十公裏厚的地層中，含钛達千分之六，比銅多 61 倍，在地殼中的含量排第十位，也就是說，随便從地下抓起一把泥土，其中都含有千分之幾的钛，隻是钛的提取和加工十分困難，所在才把它稱爲稀有金屬。
據統計，截至 2022 年底，全球已探明钛礦儲量約爲 7.49 億噸，其中中國就占 2.3 億噸，占比 30.7%，位居世界第一，而攀西地區則是我國钛礦資源最豐富的地區。
自钛及钛合金 50 年代工業化生産以來，美國及蘇聯就開始關注和研究它們在兵器中的應用，1955 年美國兵器工業用钛就達到了 57 噸。
像美國 1950 年制造的 M28 型 120mm 克羅克特無後坐力炮的炮管、藥室、噴管與發射活塞，就是用钛合金制造，于 1961 年開始批量生産，裝備步兵營、傘兵營、機械化步兵營、坦克營與空降師。
中國钛工業起步于 20 世紀 50 年代。當時，随着航空工業的興起，對輕質且高強度的材料需求日益迫切，钛合金憑借其獨特的性能優勢，逐漸引起了國内科研人員的關注。
1954 年，我國在承德大廟地區首先開展钛礦的開采，制取了钛精礦，獲得了制取金屬钛所需的基礎原料，原重工業部有色金屬綜合研究所也在此時開始探索海綿钛制備試驗。
1956 年，國家把钛當作戰略金屬列入了 12 年發展規劃，1958 年在撫順鋁廠實現了海綿钛工業試驗，成立了中國第一個海綿钛生産車間。
次年，用鎂熱還原法生産出我國第一批海綿钛工業産品，當時爐産能僅 100kg/ 爐，不久擴大到 160-180kg/ 爐，當年生産海綿钛 60 噸。至此，填補了我國海綿钛工業的空白。
▲攀鋼第一爐海綿钛
上世紀六七十年代，在國家的統一規劃下，先後建設了以遵義钛廠爲代表的 10 餘家海綿钛生産單位，在 1967 年在洛陽銅加工廠成立了中國第一個钛管棒加工材生産試驗車間和第二條钛闆帶材生産試驗車間，并爲主承擔了當時國内第一艘核潛艇、第一艘導彈驅逐艦及航空用钛材的試制開發任務。
中國也在七十年代成爲繼美國、前蘇聯和日本之後的第四個具有完整钛工業體系的國家，到 1980 年前後，中國海綿钛産量達到 2800 噸。
那時，中國通過自主研發和創新，成功掌握了钛合金的冶煉、加工和熱處理等關鍵技術，并開始研究钛合金在兵器制造中的應用。
像用退火狀态的 TC9 钛合金制造反坦克導彈舵機與架體，用 TC4 钛合金制造的 85 式高射機槍制退器，後來爲了便于加工，又用精鑄 ZTC4 合金取而代之。
2002 年研制出的 02 式 14.5 毫米高射機槍，大量采用钛合金材料，整槍重量隻有 73 千克，比我國 75 式 14.5 高機重量減少了 46%，是世界上第一種钛合金機槍，也是迄今爲止全球唯一的钛合金大口徑機槍。
中國還将钛合金材料應用在了大口徑火炮上，像對标美制 M777 型榴彈炮的 AH-4 型榴彈炮，钛合金比例有 10%，通過綜合減重設計，定型時炮重穩定在 4.2 噸，隻比全部使用钛合金打造的 M777 型榴彈炮重了 300 千克。
除了制造兵器，中國甚至在 2019 年 " 奢侈 " 地爲邊防部隊配發了 19 式钛水壺，這種航天級别的貴金屬竟然用到了大規模配發的水壺上。
你說這種事除了被稱爲 " 工業克蘇魯 " 的咱們，誰還能幹得出來？僅僅用钛合金造點 60mm 迫擊炮是不是就更不算事兒了？
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