Noticias
01
Estado de aplicación de los materiales metálicos para equipos militares
7 de septiembre de 2024
La industria de nuevos materiales es una industria estratégica y fundamental, y un área clave para una nueva etapa de revolución científica y tecnológica y transformación industrial. En los últimos diez años, el valor total de la producción de la industria de nuevos materiales de China ha crecido a una tasa anual compuesta superior al 20 %. Los departamentos nacionales pertinentes se adherirán a la orientación hacia los objetivos y a la solución de problemas, continuarán optimizando el ecosistema de innovación y desarrollo de nuevos materiales, coordinarán la promoción de avances en la búsqueda de soluciones para deficiencias y priorizarán los materiales, e impulsarán el desarrollo y el crecimiento de la industria de nuevos materiales.
Los materiales militares son la base material para una nueva generación de armas y equipos, y también constituyen tecnologías clave en el ámbito militar actual. La nueva tecnología de materiales militares es una nueva tecnología de materiales utilizada en el ámbito militar. Es la clave para las armas y equipos modernos y sofisticados, y un componente importante de la alta tecnología militar. Los países de todo el mundo conceden gran importancia al desarrollo de nueva tecnología de materiales militares. Acelerar el desarrollo de nueva tecnología de materiales militares es un requisito fundamental para mantener el liderazgo militar.
1、Aleación de titanio
La aleación de titanio se forma añadiendo otros elementos a base de titanio. Posee buena resistencia a la corrosión, a la fatiga y una alta resistencia específica, y desempeña un papel fundamental en la reducción de peso de equipos aeroespaciales, por lo que es ampliamente utilizada. Se utiliza en motores de aviación, aeronaves, misiles y otros campos. Para alcanzar las características de alta velocidad y maniobrabilidad de los aviones de combate avanzados, es necesario reducir el peso al máximo, garantizando al mismo tiempo la resistencia estructural del fuselaje y una alta resistencia a altas temperaturas. La aleación de titanio es el material metálico con la mayor resistencia específica (relación resistencia-peso). Puede reducir significativamente el peso de la aeronave y mejorar la eficiencia estructural, a la vez que cumple con la alta resistencia estructural de los aviones de combate avanzados.
El titanio posee excelentes propiedades como ligereza, alta resistencia específica y resistencia a la corrosión. Es un material estructural ligero y de alto punto de fusión, un nuevo material funcional y un importante material biomédico. Se utiliza en la aviación, la industria aeroespacial, la industria naval, la energía nuclear y la industria química, entre otras. Se utiliza ampliamente en la industria petrolera, metalúrgica, eléctrica, industria ligera, atención médica, deportes, protección del medio ambiente y en la vida cotidiana. Sus perspectivas de mercado se amplían cada vez más con el progreso de la sociedad. El titanio pertenece a la categoría de metales raros, pero sus recursos son abundantes y pueden satisfacer eficazmente las necesidades del desarrollo social. China, Estados Unidos, Rusia, Japón y otros países han establecido sistemas completos de metalurgia, procesamiento, aplicación e investigación científica del titanio. Europa y otros países también han establecido sistemas avanzados de procesamiento, aplicación e investigación científica de titanio y sus aleaciones, sentando las bases para la producción de materiales de titanio de alta calidad. Con una garantía confiable, el titanio es un material en el que se trabaja arduamente para investigar, desarrollar y aplicar.
Desde finales de la década de 1960, la cantidad de titanio utilizada en aeronaves militares ha aumentado año tras año. Actualmente, la cantidad de aleación de titanio utilizada en diversos aviones de combate y bombarderos avanzados diseñados por Europa y Estados Unidos se ha estabilizado en más del 20%, y la cantidad de titanio utilizada en el avión de combate estadounidense F-22 alcanza el 41%. Actualmente, los aviones de combate de tercera generación de mi país utilizan aproximadamente 2,25 toneladas de aleación de titanio por aeronave, lo que supone 12 veces más que los aviones de segunda generación (J-8, 0,2 toneladas); los aviones de combate de cuarta generación utilizan hasta aproximadamente 3,6 toneladas de aleación de titanio por aeronave. A medida que aumentan el valor, el uso planificado y la cantidad de aleaciones de titanio para los cazas militares de cuarta generación, se espera que la demanda del mercado de aleaciones de titanio de alta gama para uso militar siga aumentando.
Con el desarrollo de la guerra moderna, el ejército necesita sistemas de obuses avanzados y multifuncionales con alta potencia, largo alcance, alta precisión y capacidad de respuesta rápida. Una de las tecnologías clave de los sistemas de obuses avanzados es la nueva tecnología de materiales. La reducción de peso en torretas de artillería autopropulsada, componentes y vehículos blindados ligeros es una tendencia inevitable en el desarrollo de armas. Con la premisa de garantizar la dinámica y la protección, las aleaciones de titanio se utilizan ampliamente en armas militares. El uso de aleación de titanio en el freno de boca de artillería 155 no solo reduce el peso, sino que también reduce la deformación del cañón de artillería causada por la gravedad, mejorando efectivamente la precisión de disparo. Algunas formas complejas en tanques de batalla principales y misiles multipropósito antitanque de helicópteros pueden fabricarse con aleación de titanio, lo que no solo cumple con los requisitos de rendimiento del producto, sino que también reduce el costo de procesamiento de las piezas.
Durante mucho tiempo, la aplicación de las aleaciones de titanio ha estado muy limitada debido a los altos costos de fabricación. En los últimos años, países de todo el mundo están desarrollando activamente aleaciones de bajo costo.
El titanio es un metal con excelentes propiedades y abundantes recursos, desarrollado en la década de 1950. Ante la creciente demanda de materiales de alta resistencia y baja densidad en la industria militar, el proceso de industrialización de las aleaciones de titanio se ha acelerado significativamente. En el extranjero, el peso de los materiales de titanio en aeronaves avanzadas ha alcanzado entre el 30 % y el 35 % del peso total de la estructura de la aeronave. Durante el Noveno Plan Quinquenal, para satisfacer las necesidades de los sectores de la aviación, la industria aeroespacial, la construcción naval y otros, el país consideró las aleaciones de titanio una de las prioridades para el desarrollo de nuevos materiales. Se prevé que el Décimo Plan Quinquenal sea un período de rápido desarrollo de nuevos materiales de aleación de titanio y nuevos procesos en nuestro país.
Desde la perspectiva de la estructura de la demanda del mercado global, las aleaciones de titanio se utilizan principalmente en la industria aeronáutica, la defensa nacional y otras industrias. Entre ellas, la industria aeronáutica es la que mayor demanda presenta, representando aproximadamente el 50%, y se utiliza principalmente en la fabricación de aeronaves y motores. Sin embargo, en comparación con China, existen diferencias evidentes en la estructura de la demanda de productos de titanio. En América del Norte y la Unión Europea, con industrias aeroespaciales y de defensa militar desarrolladas, especialmente Estados Unidos, más del 50% de la demanda de productos de titanio proviene de estos sectores. Si bien nuestro país es uno de los mayores productores y consumidores mundiales de titanio metálico, la mayor parte de la demanda nacional proviene de la industria química. Las aplicaciones son principalmente materiales anticorrosivos con un contenido técnico relativamente bajo. La demanda de alta gama en el sector aeroespacial ha representado más de la mitad de la demanda en los últimos dos años. Si bien la proporción ha aumentado, aún representa solo alrededor del 18,4% (10.000 toneladas), muy por debajo del promedio internacional. Los datos anteriores muestran que los países más desarrollados y con mayor escala industrial utilizan más titanio. Cuanto más avanzados son los países tecnológicamente, más materiales de titanio se utilizan en la industria aeroespacial y más materiales de titanio de alta gama.
2、Aleación de aluminio
La aleación de aluminio es un metal ligero. Se trata de una aleación basada en aluminio con cierta cantidad de otros elementos de aleación añadidos. Además de las características generales del aluminio, también presenta alta resistencia, buen rendimiento de fundición y procesamiento de plásticos, y buena conductividad eléctrica. Características como conductividad térmica, buena resistencia a la corrosión y soldabilidad. La aleación de aluminio se caracteriza por su baja densidad, buenas propiedades mecánicas, buen rendimiento de procesamiento, no toxicidad, fácil reciclaje, excelente conductividad eléctrica, transferencia de calor y resistencia a la corrosión, entre otras, lo que la hace ampliamente utilizada. Actualmente se utiliza en la industria naval, química y aeroespacial, así como en envases metálicos, transporte y otros sectores.
La aleación de aluminio siempre ha sido el material estructural metálico más utilizado en la industria militar. Se caracteriza por su baja densidad, alta resistencia y un excelente rendimiento de procesamiento. Como material estructural, gracias a su excelente rendimiento de procesamiento, se puede fabricar en perfiles, tubos, placas de alto refuerzo, etc., de diversas secciones transversales para aprovechar al máximo su potencial y mejorar los componentes. Además, ofrece rigidez y resistencia. Por lo tanto, la aleación de aluminio es el material estructural ligero preferido para armas ligeras.
En la industria aeronáutica, las aleaciones de aluminio se utilizan principalmente para fabricar revestimientos de aeronaves, tabiques, vigas largas y barras de ajuste. En la industria aeroespacial, las aleaciones de aluminio son materiales importantes para las piezas estructurales de vehículos de lanzamiento y naves espaciales. En el ámbito armamentístico, se han utilizado con éxito. Su uso es amplio en vehículos de combate de infantería y vehículos blindados de transporte. El montaje de obús, recientemente desarrollado, también utiliza una gran cantidad de nuevos materiales de aleaciones de aluminio.
Actualmente, las aleaciones de aluminio de alta gama en los sectores aeroespacial y de construcción naval de China se pueden producir de forma independiente. Sin embargo, debido a la escasa acumulación de tecnología y al insuficiente control del proceso de producción, la uniformidad del rendimiento del producto es deficiente o la tasa de calificación es baja. En comparación con los costos externos, existen deficiencias en el control. No obstante, con la acumulación de experiencia y los avances graduales en tecnologías clave, la cadena industrial continúa profundizando su desarrollo en áreas de alta gama. Actualmente, la aleación de aluminio es el segundo material metálico más importante después del acero, y se está desarrollando hacia aplicaciones como alta resistencia, alta tenacidad, resistencia a la corrosión, inteligencia, precisión y compacidad. Los datos muestran que la producción nacional de aleación de aluminio de mi país en 2022 alcanzará los 12,183 millones de toneladas, un aumento interanual del 14,07%.
3、Aleación de magnesio
El magnesio puede alearse con aluminio, cobre, zinc, circonio, torio y otros metales. En comparación con el magnesio puro, esta aleación presenta mejores propiedades mecánicas y es un buen material estructural. Si bien las aleaciones de magnesio deformado presentan buenas propiedades generales, el magnesio presenta una red hexagonal compacta, lo que dificulta y encarece el procesamiento de plásticos. Por lo tanto, el consumo actual de aleaciones de magnesio deformado es mucho menor que el de las aleaciones de magnesio fundido. Existen docenas de elementos en la tabla periódica que pueden alearse con magnesio.
Desde el siglo XX, las aleaciones de magnesio se han utilizado en el sector aeroespacial. Dado que estas aleaciones pueden mejorar considerablemente el rendimiento aerodinámico de las aeronaves y reducir significativamente su peso estructural, muchas piezas se fabrican con ellas. Generalmente, las aleaciones de magnesio utilizadas en aviación consisten principalmente en placas y perfiles extruidos, y una pequeña parte en piezas fundidas. Los campos de aplicación actuales de las aleaciones de magnesio en aviación incluyen piezas de aeronaves civiles, hélices, cajas de engranajes, estructuras de soporte y algunas piezas de cohetes, misiles y satélites para diversas aeronaves civiles y militares. Con el desarrollo de la tecnología de producción de aleaciones de magnesio, su rendimiento seguirá mejorando y su ámbito de aplicación se ampliará.
Las aleaciones de magnesio ofrecen una excelente ligereza, maquinabilidad, resistencia a la corrosión, absorción de impactos, estabilidad dimensional y resistencia al impacto, características muy superiores a las de otros materiales. Estas propiedades permiten su uso en una amplia gama de campos, como el transporte, la industria electrónica, la medicina y la industria militar. Esta tendencia está en constante crecimiento. Especialmente en productos 3C (informática, electrónica de consumo y comunicaciones), ferrocarriles de alta velocidad, automóviles, bicicletas, industria aeroespacial, decoración arquitectónica, herramientas portátiles y equipos de rehabilitación médica, entre otros, presenta buenas perspectivas de aplicación y un gran potencial. Se está convirtiendo en una de las áreas de desarrollo de nuevos materiales en el futuro. Entre los más de 400 nuevos materiales del catálogo designado por el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información para apoyar el desarrollo durante el Duodécimo Plan Quinquenal, 12 están relacionados con el magnesio.
El uso de aleaciones de magnesio en equipo militar puede mejorar la resistencia de las piezas estructurales, reducir el peso del equipo y mejorar la tasa de impacto de las armas. Al mismo tiempo, las aleaciones de magnesio pueden cumplir con los requisitos de absorción de ruido de materiales, absorción de impactos y protección radiológica en campos de alta tecnología como la industria aeroespacial, mejorar significativamente el rendimiento aerodinámico de las aeronaves y reducir el peso estructural. Por lo tanto, las aleaciones de magnesio se utilizan a menudo en la fabricación de gabinetes, paneles de pared, soportes, cubos de rueda para aeronaves y vehículos terrestres, así como bloques de cilindros de motor, carcasas de culatas, pistones y otras piezas. Al mismo tiempo, las aleaciones de magnesio también se utilizan para fabricar algunos equipos militares. , como soportes de búnkeres, bases de mortero y misiles, etc. Con la profundización de la investigación de las aleaciones de magnesio y la mejora de las propiedades de los materiales, las aleaciones de magnesio se utilizarán cada vez más en armas.
4、Aleación de alta temperatura
Las aleaciones de alta temperatura generalmente se refieren a un tipo de materiales metálicos que utilizan hierro, níquel y cobalto como elementos de matriz y que, aun así, pueden mantener una buena resistencia, resistencia a la fatiga y resistencia a la fluencia bajo la acción simultánea de tensión y alta temperatura (superior a 600 °C). Actualmente, las aleaciones de alta temperatura se utilizan principalmente en los cuatro componentes del extremo caliente de los motores aeronáuticos: cámaras de combustión, guías, álabes y discos de turbina. También se emplean en carcasas, anillos, postquemadores y toberas de cola. Su amplia gama de aplicaciones convierte a las aleaciones de alta temperatura en el material estructural más crucial para impulsar el desarrollo de los motores aeronáuticos. El progreso tecnológico de los motores aeronáuticos está estrechamente relacionado con el desarrollo de las aleaciones de alta temperatura.
Las aleaciones de alta temperatura poseen excelentes propiedades y una amplia gama de aplicaciones. Se refiere a un tipo de material metálico a base de hierro, níquel y cobalto que puede trabajar a temperaturas superiores a 600 °C y bajo cierta tensión durante un largo periodo de tiempo. Las aleaciones de alta temperatura presentan alta resistencia a altas temperaturas, buena resistencia a la oxidación y la corrosión, buena resistencia a la fatiga, tenacidad a la fractura y otras propiedades integrales, y también se denominan "superaleaciones". En cuanto a sus campos de aplicación, en la industria civil se pueden utilizar en turbinas de refuerzo para motores diésel, álabes y discos para turbinas de gases de combustión, placas de acero para hornos de calentamiento de laminación metalúrgica, asientos de válvulas de escape para motores de combustión interna, etc. Además, su ámbito de aplicación se ha expandido continuamente en los últimos años, con avances significativos en las industrias petroquímica, del vidrio y la fibra de vidrio, y de fabricación de maquinaria. En el ámbito de la industria militar, las aleaciones de alta temperatura a base de níquel son actualmente materiales clave para componentes de extremo caliente en motores aeroespaciales, naves espaciales y cohetes modernos, así como en barcos y turbinas de gas industriales. También son importantes materiales estructurales de alta temperatura, necesarios en reactores nucleares, equipos químicos, tecnología de conversión de carbón, etc. Como material importante en los ámbitos militar y civil, las aleaciones de alta temperatura tienen un amplio espectro de aplicaciones y una importante relevancia económica y estratégica.
Según datos de Guanyan Tianxia, el mercado de aleaciones de alta temperatura de mi país aumentó de 7.800 millones de yuanes a 18.700 millones de yuanes entre 2015 y 2020, triplicándose en cinco años. En el futuro, a medida que se libere la enorme demanda endógena de motores aeroespaciales militares, se prevé que el mercado de la industria de aleaciones de alta temperatura de mi país alcance los 85.600 millones de yuanes para 2025, con una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 35,56 %.
5、acero de ultra alta resistencia
El acero de ultraalta resistencia es un tipo de acero de aleación que se utiliza para fabricar piezas estructurales que soportan mayores tensiones. Generalmente, los aceros con un límite elástico superior a 1180 MPa y una resistencia a la tracción superior a 1380 MPa presentan suficiente tenacidad, una alta resistencia específica y un alto coeficiente de fluencia, así como buena soldabilidad y conformabilidad. Según el grado de aleación y la microestructura, se puede dividir en tres categorías: acero de ultraalta resistencia de baja aleación, de aleación media y de alta aleación. En febrero de 2018, se desarrolló una nueva generación de acero de ultraalta resistencia basada en el reforzamiento coherente por nanoprecipitación, que obtuvo el título de los Diez Mejores Avances Científicos de China en 2017, otorgado por el Ministerio de Ciencia y Tecnología.
China inició la producción experimental de acero de ultraalta resistencia en la década de 1950. Gracias a la combinación de recursos nacionales, hemos desarrollado con éxito aceros de ultraalta resistencia de baja aleación, como el 35Si₂Mn₂MoVA, el 40CrMnSiMoVA y el 33Si₂MnCrMoVREA. Estos materiales se han utilizado para fabricar componentes importantes como trenes de aterrizaje de aeronaves y carcasas de motores de cohetes sólidos. Después de 1980, se empleó la tecnología de fundición al vacío para mejorar la pureza del acero, y se produjeron con éxito pruebas de acero martensítico 40CrNi₂Si₂MoVA, 45CrNiMo₁VA y 18Ni. Se han logrado avances notables en el desarrollo y la aplicación de acero de ultraalta resistencia. Desde la década de 1990, se han logrado avances en la investigación de nuevos materiales y procesos, y se ha avanzado en el desarrollo y la aplicación de acero de ultraalta resistencia con alta tenacidad a la fractura para la aviación y la industria aeroespacial.
6, aleación de tungsteno
Entre los metales, el tungsteno posee el punto de fusión más alto, buena resistencia a altas temperaturas, resistencia a la fluencia, conductividad térmica, conductividad eléctrica y propiedades de emisión de electrones, así como una alta densidad. Además de una gran cantidad de carburo cementado y aditivos para aleaciones, el tungsteno y sus aleaciones se utilizan ampliamente en las industrias electrónica y de fuentes de luz eléctrica, así como en la industria aeroespacial, la fundición, el armamento y otros sectores para la fabricación de toberas de cohetes, moldes de fundición a presión, núcleos perforantes, contactos, elementos calefactores y escudos térmicos, entre otros.
El tungsteno tiene el punto de fusión más alto entre los metales. Su principal ventaja es que este alto punto de fusión le confiere una buena resistencia a altas temperaturas y a la corrosión. Ha demostrado excelentes características en la industria militar, especialmente en la fabricación de armas. En este sector, se utiliza principalmente para fabricar las ojivas de diversos proyectiles perforantes. La aleación de tungsteno utiliza tecnología de pretratamiento de polvo y tecnología de refuerzo por gran deformación para refinar los granos del material y alargar su orientación, mejorando así su resistencia, tenacidad y poder de penetración. El núcleo de tungsteno del proyectil perforante Tipo 125II, desarrollado por nuestro país, es W-Ni-Fe, que adopta un proceso de sinterización compacta de densidad variable. Su rendimiento promedio alcanza una resistencia a la tracción de 1200 MPa, una elongación superior al 15 % y un índice técnico de combate de 2000 metros. Su alcance penetra blindaje de acero homogéneo de 600 mm de espesor. En la actualidad, la aleación de tungsteno se usa ampliamente como material central para los proyectiles perforantes de blindaje de gran relación de aspecto de los principales tanques de batalla, proyectiles perforantes antiaéreos de calibre pequeño y mediano y proyectiles perforantes de blindaje de energía cinética de ultra alta velocidad, lo que hace que varios proyectiles perforantes de blindaje tengan un poder de penetración más poderoso.
Con el avance del desarrollo científico, los materiales de aleación de tungsteno se han convertido en las materias primas para fabricar productos militares en la actualidad, como balas, proyectiles de blindaje y artillería, cabezas de metralla, granadas, escopetas, ojivas de bala, vehículos a prueba de balas, tanques blindados, aviación militar, piezas de artillería, armas, etc. Los proyectiles perforantes hechos de aleación de tungsteno pueden penetrar blindajes y blindajes compuestos en ángulos grandes y son las principales armas antitanque.
7. Compuestos de matriz metálica
Los materiales compuestos de matriz metálica presentan alta resistencia específica, alto módulo específico, buen rendimiento a altas temperaturas, bajo coeficiente de expansión térmica, buena estabilidad dimensional y excelente conductividad eléctrica y térmica, y se han utilizado ampliamente en la industria militar. El aluminio, el magnesio y el titanio son las principales matrices de los compuestos de matriz metálica. Los materiales de refuerzo se pueden dividir generalmente en tres categorías: fibras, partículas y filamentos. Entre ellos, los compuestos de matriz de aluminio reforzados con partículas han entrado en la fase de verificación de modelos, como los utilizados en los aviones de combate F-16. La aleta ventral sustituye a la aleación de aluminio, lo que mejora considerablemente su rigidez y vida útil. Los materiales compuestos de aluminio y magnesio reforzados con fibra de carbono no solo presentan alta resistencia específica, sino también un coeficiente de expansión térmica cercano a cero y buena estabilidad dimensional. Se han utilizado con éxito en la fabricación de soportes para satélites artificiales, antenas planas de banda L, telescopios espaciales, satélites artificiales, antenas parabólicas, etc. Los materiales compuestos de matriz de aluminio reforzados con partículas de carburo de silicio tienen buen rendimiento a altas temperaturas y características antidesgaste, y pueden usarse para fabricar componentes de cohetes y misiles, componentes de sistemas de guía láser e infrarrojos, dispositivos de aviónica de precisión, etc.; los materiales compuestos de matriz de titanio reforzados con fibra de carburo de silicio tienen buena resistencia a altas temperaturas y a la oxidación, y son materiales estructurales ideales para motores con una alta relación empuje-peso. Actualmente, han entrado en la etapa de prueba de motores avanzados. En el campo de la industria armamentística, los materiales compuestos de matriz metálica pueden usarse en sabots perforantes de blindaje con estabilización de cola de gran calibre, carcasas sólidas de motores de misiles multipropósito antihelicópteros/antitanque y otros componentes para reducir el peso de la ojiva y mejorar las capacidades de combate.
Han pasado más de 40 años desde la aparición de los materiales compuestos de matriz metálica. Gracias a sus excelentes propiedades físicas y mecánicas, como alta resistencia específica, módulo específico, resistencia a altas temperaturas, resistencia al desgaste, bajo coeficiente de expansión térmica y buena estabilidad dimensional, han superado los desafíos de los materiales a base de resina. Las deficiencias de los materiales compuestos utilizados en el sector aeroespacial han impulsado un desarrollo notable y se han convertido en un área importante de investigación y desarrollo de alta tecnología en diversos países. Debido a la tecnología de procesamiento imperfecta y al alto costo de los materiales compuestos de matriz metálica, aún no se ha desarrollado la producción en masa a gran escala, por lo que sigue siendo un área clave en la investigación y el desarrollo actual.