坦克炮為什麼加粗（坦克炮是怎麼製造而來的）

2023-10-24 10:51:37

先說說坦克炮的壽命。其實，一般所說的坦克炮使用壽命只有幾秒鐘是一個區別於服役壽命的概念。坦克在服役過程中不是時時刻刻都在運轉，同理坦克炮也並不是時時刻刻都在發射炮彈。這就好比航空發動機與戰鬥機，戰鬥機服役壽命可以長達幾十年。比如，我們國家上個世紀90年代末買的蘇-27戰鬥機至今還在二線地區服役訓練，但是其配套的航空發動機使用壽命卻只有幾千個小時。一個計算的是總得使用時間，一個計算的是時時刻刻使用的時間，後者自然會顯得短很多。而且，無論是坦克的火炮還是戰鬥機的發動機都是可以更換的。使用壽命用完了，換一個就可以了，坦克還是那輛坦克，只不過炮換了。

其實，坦克炮管壽命只有幾秒的時間概念是根據炮彈發射次數計算而來的。

比如，早期坦克火炮的發射次數大概是200次，發射一枚炮彈從點燃底火到離開炮膛花的時間大概是0.01-0.02秒，再乘以炮管能夠發射的次數，算下來炮管的壽命大概就在2-4秒之間。現代技術有所進步，坦克炮的發射次數提升到了400發左右，但算下來炮管壽命也僅僅在4-8秒之間。

為什麼火炮的炮管使用次數會只有400次左右呢？這和坦克炮鋼材的煉製工藝，坦克炮管加工工藝和坦克炮管的使用環境有關。

現代坦克炮鋼材一般採用電弧爐煉鋼工藝，在石墨電極與爐料之間產生電弧，利用電弧熱加熱事先加在爐中的廢鋼，再對其成分進行調控，就能得到性能較為優秀的合金鋼，用於坦克炮。▼這張照片就是電弧爐煉鋼，圖中綠色箭頭為電弧爐內爐，用於盛放煉鋼原料；橙色箭頭為石墨電極，用於引燃電弧，是煉鋼的熱源；藍色剪頭是加料口，用於添加煉鋼所需的各種材料。煉製出來的鋼材性能好壞，很大程度決定著炮管的使用壽命。

鋼材有了，接下來要做的是將鋼材變成炮管。

坦克炮管的加工工藝第一步是得到炮管粗樣，也就是得到一根短粗外形的圓柱形鋼錠。然後再將鋼錠進行表面火焰處理，去除鋼表面的氧化皮。氧化皮清除乾淨之後，送入旋轉鍛造設備，進行鍛造，拉長使其內部變得緻密，鋼材組織變得均勻，進一步提升鋼材性能的同時使其外形從短粗變為細長，初步具備炮管外形。

值得一提的是旋轉鍛造設備，這是重型工業加工設備，又稱為曲柄搖杆式徑向鍛造機▲。它的工作過程是這樣的：由電動機帶動雙拐偏心軸旋轉，帶動兩側槓桿往復運動，然後迫使搖杆擺動，帶動固定在搖杆上的錘頭做鍛打運動，從而實現徑向鍛壓。這種設備是戰略級工業設備，是生產各類型火炮的必備加工設備，是各國嚴禁出口的重要工業設備。簡而言之，陸地之王坦克可以賣，坦克核心部件炮可以賣，但是用於製造坦克炮的旋轉鍛造機是不可能賣的，因為重型工業加工設備是一個國家工業的命脈！

鍛造機

粗樣經過拉長並根據尺寸截取之後，下一步就是機械加工了。首先是打孔，需要用的設備叫做鏜床▼。這一步工作原理很簡單，但是實施起來難度巨大。固定好得到的鋼「棍」以後，選擇一端，以其圓心為基準，鑽孔。得到的鋼「棍」經過鍛造之後硬度非常高，對鑽頭要求非常高。同時，需要極高的加工精度，保證鑽孔筆直，所有的動作和數據都要嚴格按照加工工藝執行。特別是鋼「棍」要徹底夾緊，不能動，稍微動一下，這炮管就報廢了，只能回爐重造。所以一般這一步都是由工廠裡經驗最豐富，手最穩的師傅來完成。一般這種人，都是工廠裡的掃地僧，廠長也要敬三分。

鏜好後，就得到一根無縫鋼管了。接下來要做的是熱處理，也就是淬火（教科書讀cui火，但是我們學材料的一般讀zhan火）。從微觀來看，淬火是將其加熱到鋼的臨界溫度，這時，鋼材的常溫組織全部轉變為奧氏體，這一步也稱為奧氏體化。轉變為奧氏體之後，將其浸入水或者油中快速冷卻，使奧氏體轉變為馬氏體。馬氏體是鋼材各組織中，硬度最高的一種，轉變為馬氏體後，鋼材硬度會急劇提升，耐磨性和強度也相應增強。這一步冷卻非常關鍵，坦克炮的淬火冷卻使用的是特殊的油，至於什麼成分，就不得而知了。而且，淬火會使炮管內部的應力大幅增加，所以淬火之後還會有後續處理，調控內應力，一般是高溫回火進行調製，或者是做去應力退火。不過後續調控不會立馬進行，會在後面出現。

接下來就是精加工了，首先要做的是校直，將炮管儘可能的修到完全筆直，這一步直接決定著坦克炮發射精度。使用的設備叫做液壓校直機，是一種精度要求非常高的精加工設備▼。圖中1，6分別為主動迴轉中心和從動迴轉中心，這兩個部件前端有個尖尖，將炮管兩段頂住固定，然後有調速電機驅動，旋轉起來。轉起來後，與之配套的可動支撐測量裝置5開始檢測炮管旋轉後側面的全跳動量，然後配合從動旋轉中心的光電裝置檢測炮管側面的全跳動方向。當全跳動方向朝上時，停止轉動並固定，衝頭在計算機的控制下根據可動支撐檢測裝置5得到的全跳動量數據進行衝壓，直到全跳動量為0。這時，炮管又開始旋轉，重複上述過程，直到精度達標。

完全筆直的炮管得到後，進一步進行表面精加工。這一步也可以叫切削加工，因為炮管截面是圓，所以使用車床。這一步的目的是去除之前粗加工在炮管表面留下的各種油汙，毛刺等雜質，進一步調控炮管內徑尺寸，同時使其露出金屬光澤。

露出金屬光澤之後，再進一步深加工，使其內壁像鏡面一樣光滑。這一步完成後就是後續熱處理了。淬火過後，炮管內應力很大，所以要進行回火處理或者去應力退火處理。這兩把火其實過程差不多，都是加熱後緩慢冷卻到室溫。區別在於，如果在淬火之前加熱後緩慢冷卻到室溫叫做退火，如果在淬火之後加熱後緩慢冷卻叫回火。名字就不糾結了，總之這一步就是加熱，然後緩慢冷卻到室溫。這樣炮管內部化學成分均勻，晶粒細化，應力也被消除，綜合性能得到提升，炮管壽命也提升。

具體原理，參考鐵碳合金相圖

炮管冷卻後，要進行的是提升壽命的關鍵一步，叫做炮管自緊工藝，是繼鍛造後，有一部使其變得更為緊密的工序，也是提升炮管使用壽命的重要工序。這一步原理就是放到自緊設備中的使其均勻受壓，不多說了。

自緊工藝後會再一次深加工，滑膛炮就變得光滑，線膛炮就用拉刀拉出膛線。然後要幹的事情是檢測！檢測分為兩步，第一步是外觀。使用儀器或者火眼金睛觀察有沒有氣孔，裂紋等各種加工缺陷。如果有，回爐重造。沒有的話進行下一步，無損檢測。

無損檢測又是充滿高科技的一步了。何為無損檢測？顧名思義就是不損傷零件，檢測其內部有無缺陷。無損檢測的方法很多，主要由射線檢測，原理和骨折拍X光差不多；超聲檢測，原理和做B超差不多；磁粉檢測，利用磁性吸引磁粉，顯示缺陷；液體滲透檢測，利用滲透劑滲入缺陷，再用染色劑顯示缺陷。前面兩種可用於檢測內部缺陷，後面兩種則用於檢測表面缺陷。一般來說，炮管這一步都是使用射線檢測和超聲檢測，看其內部有沒有缺陷。否則，炮管很有可能打著打著，變成這樣▼。

那麼問題又來了，為什麼有缺陷就會這樣呢？因為有缺陷就會使炮管在缺陷處產生應力集中，缺陷處隨著應力越來越大，到達裂開的臨界值。這時，發射一枚炮彈，發射藥爆炸產生產生巨大壓力，缺口處應力突破臨界值，然後缺陷劇烈擴大，於是炮管就開花了。

工藝最後再囉嗦一句，檢測完就可以鍍上一層鉻，交付使用了。

炮管是在什麼樣的環境下工作呢？答案：高溫高壓。炮彈發射是利用發射藥產生的高溫高壓火藥燃氣推動彈頭高速沿著炮管發射出去。說白了，炮彈發射其實就是定向爆破，把彈頭炸出去，所以每發射一次，炮管就內部炸藥炸一次，被產生的火藥燃氣衝擊一次。一般火炮的膛壓可以達到幾百兆帕，對炮管衝擊巨大。為了提升炮管壽命，在製造過程中，進行了一步又一步的性能強化。但是鋼材的性能極限就在這了，能扛住幾百次的爆炸和衝擊已經性能非常優秀了。

坦克炮的製造對一個國家的材料學研究水平和製造業要求很高。要有先進的煉鋼技術，得到性能出色的合金鋼；要有強大的製造業，有大型鍛造機，鏜床，無損檢測等設備。綜合下來就是，只有擁有強大工業實力的國家，才具備自行研製和生產坦克炮的能力。放眼當今世界，能夠自行研製坦克炮的國家基本就是長期盤踞世界軍事強國榜首的幾個國家。

再說到坦克炮的壽命。一根400次壽命的炮管雖然換算成時間只有幾秒，但其實能用非常久。而且真的戰爭來臨，能夠活到發射400枚炮彈的坦克可能並不多。