不锈钢管做枪管(什么钢管可以做枪管)

华峰博客 396

关于这个问题,我曾经在悟空问答上简单回答过,并且网友们的反馈强烈。为此,本文将进一步分析讨论有关现代枪管材料方面的问题。

枪管(英语:gun barrel)是枪械上用来发射抛射物(弹头)的狭长空心圆柱形发射管,是枪械最主要的组成部件。当今枪械的枪管通常由钢材料制造而成,这毋庸置疑。由于枪管在发射弹药的过程中产生的压力峰值非常大,必须能够承受超过50,000 psi(磅力/平方英寸)约344737.85kpa(千帕)也相当于3515.35kgf/cm²(公斤力/平方厘米)的高压。因此,现代枪械枪管所采用的不是一般的钢材料,而需要特殊的钢来安全的承受这些压力。所以,现代枪械的枪管一般采用铬钼钢和不锈钢这两种特殊钢,同时,枪管的寿命各有不同,要根据不同材料、制造工艺、弹药等因素决定。

目前在现代枪管中一般采用两种钢:高合金铬钼钢,不锈钢。

一、高合金铬钼钢

高合金铬钼钢(简称为铬钼合金)属于碳素钢(碳钢),这种合金钢与制造卡车车轴、连杆和传动轴所用的合金钢相同。在美国,这类钢材被指定为AISI 4140AISI 4150AISI 4340等型号(AISI美国钢铁协会)。在英国的等效标准是EN 19,EN 24等等。

碳素钢(碳钢)的含碳量高于0.05%低于2.1%。美国钢铁协会(AISI)对碳钢的定义如下:

没有规定或要求铬、钴、钼、镍、铌、钛、钨、钒、锆或任何其他元素(不包括杂质,例如磷或硫)的最低含量,以获得期望的合金化效果;铜的规定最小值不超过0.40%;或下列任何元素规定的最大含量不超过注明的百分比:锰1.65%;硅0.60%; 铜0.60%。

这种钢通常使用在对强度、硬度和耐磨性方面要求高的金属零件上,如切削工具、钢缆、钢琴线、弹簧和刀具等。在加工形成后,零件通常需要再经过处理并回火。钢含碳量越高,其加热处理后的硬度、强度和耐磨性也就越高。 碳钢分为高碳钢、中碳钢和低碳钢;依照特性,高碳钢质硬且脆、低碳钢质软且耐延展。碳钢强度高、耐高温、耐高压,因此常用于高应力部件,如军用级火器以及狩猎步枪。

碳钢按种类又分为:

低碳钢——碳含量(普通碳素钢)为0.05到0.25%;中碳钢——碳含量约为0.3到0.5%,其回火时间较高碳钢短、含碳量适中,兼具延展性和强度,同时有良好的耐磨性。一般用于大型零件,锻件和汽车零部件;高碳钢——碳含量约为0.6到1.0%,此钢指回火时间较长、含碳量高的钢材,主要用于轴承、刀具、铁轨、钢框模(用以将钢材塑型)和钢门等;超高碳钢——碳含量约为1.25到2.0%,比高碳钢回火时间略久。

大多数碳含量超过2.5%的钢都是使用粉末冶金法制造的。粉末冶金(Powder metallurgy)是一种以金属粉末为原料,经压制和烧结制成各种制品的加工方法。粉末冶金零件生产工艺的本质性优势是,具有零件最终成形能力和材料利用率很高。

AISI 4150型是美国军方用于AR-15、M16步枪和M4卡宾枪管的钢材之一,其金属含量为:铬0.80–1.10%、钼0.15–0.25%、碳0.48–0.53%、锰0.75–1.00%、硅0.15–0.35%。

二、不锈钢

不锈钢也称不锈耐酸钢,通常以铁为基础且含有镍铬钼钨等合金元素(至少约11%的铬)的钢材。不同类型的不锈钢包含碳元素(从0.03%到大于1.00%),氮,铝,硅,硫,钛,镍,铜,硒,铌和钼。

不锈钢最显著的特点就是耐腐蚀性,并且随铬含量的增加而提高。不同等级的不锈钢其铬和钼的含量不同。一般枪管采用的是416型不锈钢,416型不锈钢是马氏体时效钢中的一种,可以像常规碳素钢一样通过热处理进行硬化。416不锈钢含碳量低,耐腐蚀性能好。由于低碳含量,马氏体时效钢具有良好的切削性,在老化之前,它们可以冷轧至90%而不会破裂。

416不锈钢的铬含量高,约12-14%,而且添加硫后具有很好的加工质量。416钢是一种可自由切削的不锈钢,可切削性为85%,是所有不锈钢中最高的。对于大多数易切削不锈钢而言,可通过添加硫使其具有良好的机加工性能。这种钢通常用于比赛射击用枪,它比铬钼钢更容易精确加工,虽然比铬钼钢贵,但使用寿命比铬钼钢枪管更长并且精度更高,而且更难以黑化。因此,军用和狩猎步枪使用铬钼钢,而竞赛射击用枪一般都采用不锈钢枪管。

尽管不锈钢比铬钼钢更昂贵,产量高的狩猎和军事步枪制造商大多采用铬钼钢。但是如今,想要从枪管中获得射击的最佳精度,射击者几乎毫无例外地选择不锈钢枪管。

用于制造枪管的钢,其抗拉强度应超过7030.69公斤力/平方厘米(kgf/cm²)。一般来说,可以通过硬化来提高钢的拉伸强度。另外,钢的冲击强度也是相当重要。但是随着硬度的增加,钢会因此而变得更脆。所以必须在抗拉强度与冲击强度之间进行权衡,对于枪管用钢,在Rockwell C硬度等级中,硬度值通常在25-32之间。

洛氏硬度(Rockwell hardness)是由洛克威尔(S.P.Rockwell)于1921年提出来的,表示使用洛氏硬度计所测定的金属材料的硬度值。该值没有单位,只用代号HR表示。洛氏硬度中HRA、HRB、HRC中A、B、C为三种不同的标准。

锤锻造步枪枪管的技术是德国在第二次世界大战前开发的,因为当时的MG42机枪以每分钟1200发的射速发射,造成枪管完全被熔化。第一台锤式膛线机于1939年在爱尔福特(Erfurt)建造。战争结束时,它被运送到奥地利,而后在俄国军队中得以发展,随后美国技术人员也对其进行深入的分析研究。

总之,无论选择哪种钢材,其最重要的特点是要易于加工、使用寿命长和强度高,其次要考虑的是抗腐蚀性。

新型陶瓷波纹枪管

美国研制出一种枪用陶瓷衬管。由于普通枪管在高温下会发生弯曲变形,严重影响射击精度。因此,长期以来,陶瓷材料一直被认为是解决这些问题的潜在方法。研究人员使用一种硅和氮的混合物——硅氮烷,将其加热到760℃以上来制成枪管内的陶瓷涂层。

早在2006年,美国陆军根据DAAD17-02-C-0003合同提供资金资助一家美国公司开发陶瓷波纹枪管,项目由美国陆军医学研究实验室(MD)监控。与传统的钢相比,陶瓷的优势在于质量更低,高温性能更好,从而可以生产出使用寿命更长、重量更轻的新型枪管,同时可以使用新型推进剂。另外,陶瓷衬里的枪管具有出色的抵抗过热和腐蚀破坏的能力。

据称,枪用陶瓷衬管将使枪管寿命增加50%,并且在直接和间接射击时具有持续的准确性,其枪口动能增加20%,并且重量减轻5-25%。

虽然陶瓷枪管能显著提高枪管寿命以及减轻小口径枪械的重量,并且发展潜力相当大。但是,陶瓷管作为枪管的潜在能力受到一些因素的严重制约,因为很难在内径上引入膛线。陶瓷枪管要加工内部膛线,对材料提出了巨大的挑战。膛线槽和凹槽所需的扭曲率,加上加工陶瓷的难度,使得这种枪管的制造成本相当高。

研究人员希望陶瓷涂层枪管的机枪寿命能够延长2倍。一般情况下,15000发子弹是一般枪管的寿命期限。

枪管的使用寿命

不同枪管的使用寿命各有不同,这要根据枪管所采用的材料、加工工艺以及发射的弹药来决定。热量和压力是决定枪管寿命的两个主要因素。

军事规格的M-16/M-4镀铬内衬枪管,寿命为8000-12000发子弹。而最老式的民用.22口径步枪,由于弹药便宜后坐力低,也还能发射数千发子弹。民用不同于军用,其使用频率没有那么高。美国马林格林菲尔德步枪发射0.22 LR缘发式子弹,最高记录甚至达350,000发。

美国DS Arms公司的SA58步枪曾经进行过极限测试,其枪管能持续发射大约17000发子弹。通常情况下,最优质的卡宾枪在每次更换枪管之前基本上能发射约20,000发子弹。

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