四年前美國(guó)曾報(bào)道了美國(guó)軍用車輛及戰(zhàn)車中用低成本鈦代替均質(zhì)裝甲鋼(RHA)的情況。時(shí)隔四年的今天，已用Ti-6Al-4V鈦合金制作了M2戰(zhàn)車的指揮艙及頂部防護(hù)裝甲、M1A2主戰(zhàn)坦克上的兩個(gè)部件及XM777 155mm超輕型便攜式榴彈炮的架尾和反沖氣缸。而且美國(guó)一直把研究重點(diǎn)放在未來的戰(zhàn)車系統(tǒng)上，最近則集中在對(duì)可以滿足預(yù)期沖擊破壞性能的新型裝甲材料的研究上。
　　過去的四年里，人們對(duì)鈦裝甲的研究頗多，主要目的有2個(gè)，一是擴(kuò)大鈦裝甲在遭受破壞威脅時(shí)的防彈性能數(shù)據(jù)；另一個(gè)則是進(jìn)一步降低成本。人們一直在努力通過各種工藝來降低成本。如利用單一電子束冷爐床技術(shù)生產(chǎn)鈦合金，研究各種低成本的形變熱處理工藝，與此同時(shí)，還對(duì)戰(zhàn)車用厚裝甲的焊接和焊接修補(bǔ)進(jìn)行了研究。

　　按照重要程度次序，表1列出了降低鈦合金裝甲成本最具潛力的工藝及方法。
　　表1、最具潛力降低鈦合金裝甲成本的工藝
　　　工序 　　　成本類型 　　　　　　　　成本降低方法
　　礦石還原 　　能源 直接還原，　　　　　　利用殘料
　　重熔 能源 等離子或電子束冷爐床　　　　　單一熔煉
　　軋制加熱 　　能源 　　　　　　　　在鑄錠未完全冷卻時(shí)直接軋制
　　退火　　　 　能源 　　　　　　　　用適當(dāng)?shù)男巫儫崽幚砉に嚧?br /> 　　除去氧化皮 　投資勞動(dòng)力 　　　　　　　減少加熱次數(shù)

　　雖然上述每種工序都是人們所積極尋求的，但鑄錠未完全冷卻就直接進(jìn)行軋制還存在一定問題。因?yàn)橐话阌糜谲堉萍庸ぴO(shè)備與熔煉現(xiàn)場(chǎng)相隔都比較遠(yuǎn)，且鑄錠在軋制前一般需車去氧化皮。
　　Wells等人對(duì)電子束冷爐床單一熔煉生產(chǎn)的T16Al—4V板材在軍用車輛上的應(yīng)用進(jìn)行了評(píng)價(jià)。冷爐床熔煉可以利用較低成本的原料，以降低鈦合金的成本，并且，只需一次熔煉。
　　電子束和等離子束冷爐床熔煉是活性金屬和難熔金屬熔煉的兩種基本方式，這兩種工藝基本相似，只是熱源不同。在這兩種工藝中，原料首先在水冷銅床中熔化，然后，熔融金屬通過精煉區(qū)，最后通過澆鑄口進(jìn)入錠模，并在錠模中凝固。這兩種工藝均可利用各種各樣的原料，包括切削碎料，軋制、鍛造和其它工藝過程的返回殘料、切頭以及海綿鈦和中間合金。
　　但電子束冷爐床熔煉是在1.3X103Pa或更高的真空度下進(jìn)行的：那些高蒸氣壓元素(如鋁)在電子束熔煉的高真空氣氛下易于蒸發(fā)，因而必須增添這些元素以補(bǔ)償其揮發(fā)損失。
　　目前電子束冷爐床熔煉生產(chǎn)的鑄錠可重達(dá)22.7t，能生產(chǎn)圓錠和方錠。工業(yè)純鈦或未合金化鈦常見的鑄錠尺寸為660mm X1320mmX4000mm，重16t。熔煉純鈦和鈦合金的熔化能力分別為3.6t／h，2.3/h。
　　對(duì)鈦爐床技術(shù)公司(THT，目前為Timet的分公司)生產(chǎn)的直徑為76cm．重4000kg的Ti-6Al-4V鑄錠，在熔煉過程中，沿鑄錠方向每隔125mm取一個(gè)試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表2。

　　　　表2 鑄錠的化學(xué)成分
　　　　元素　　　 Al 　　　　V 　　　O
　　　　平均 　　6.28 　　　4.16　　 0.176
　　　標(biāo)準(zhǔn)偏差　 0.145 　　0.068　 　0.004
　　　最大　　　 6.66 　　　4.25　　 0.181
　　　最小 　　　6.05 　　　3.97 　　0.166
　　　極差　　　 0.61　　　 0.28　　 0.015

　　生產(chǎn)該鑄錠的原料組成為：31.6％的海綿鈦；62.4％的Ti-6Al—4V屑；其余為添加鋁和Al-V中間合金。
　　首先將鑄錠表面車去約6mm，然后根據(jù)如下工藝制度在傳統(tǒng)的鋼鐵軋制設(shè)備上進(jìn)行軋制：
　?、賹㈣T錠加熱至1150℃，軋制成210mmX1030mmX 3810mm的方坯；
　?、谇谐?部分并加熱到940℃，軋制成25mm，38mm和64mm厚的板材；
　　③終軋退火為760℃，1h；
　?、苊繅K板切成2片，且最后全部經(jīng)帶式打磨。
　　這一工藝制度下，從鑄錠到板材最后得到的成品率為71％。當(dāng)產(chǎn)量較大、板材較厚時(shí)，從鑄錠到板材的成品率還可達(dá)到80％。成品率是決定最終成本及最終軋材價(jià)格的一個(gè)重要參數(shù)。
　　測(cè)試表明，板材末端的縱向和橫向試樣的拉伸性能均超過了MIL-T-9046J AB-1級(jí)和MIL-DTL 46077F標(biāo)準(zhǔn)要求。
　　對(duì)于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的板材，一般需經(jīng)固溶處理和時(shí)效處理，但是，對(duì)于裝甲應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn)退火組織的防彈性能最好。Burkins等人研究了退火溫度對(duì)Ti-6Al-4V合金防彈性能的影響，并對(duì)不同的形變熱處理工藝對(duì)Ti-6Al-4V合金防彈性能的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，對(duì)于板材的抗彈性能，交叉軋制的優(yōu)于一般軋制的，。α+β區(qū)軋制的優(yōu)于β區(qū)軋制的；不退火的好于退火的，α+β區(qū)退火的優(yōu)于β退火的，一旦β區(qū)退火后，再在α+β區(qū)退火，并不能恢復(fù)材料性能；軋態(tài)或退火態(tài)的好于固溶處理和時(shí)效態(tài)的。

　　鈦用于地面車輛及裝甲上時(shí)，常用的接合方法為焊接。人們對(duì)厚截面部件的焊接工藝研究很多。鈦是一種極其活潑的金屬，必須采取措施防止空氣污染熔融金屬，避免間隙元素進(jìn)入材料中。目前許多部件(如M1A2主戰(zhàn)坦克)都是利用鋼鐵生產(chǎn)設(shè)備加上惰性氣體保護(hù)措施生產(chǎn)的。通常，焊槍噴嘴處用氬—氦混合氣體進(jìn)行二次保護(hù)，同時(shí)在背面進(jìn)行三次保護(hù)。
　　General Dynamics公司和美國(guó)陸軍實(shí)驗(yàn)室已對(duì)鈦裝甲如何取得滿意的焊接效果、焊接的生產(chǎn)效率和現(xiàn)場(chǎng)焊接修補(bǔ)的可實(shí)施性進(jìn)行了研究。對(duì)不同的切削工藝、焊接邊緣的準(zhǔn)備、惰性氣體保護(hù)措施及焊接金屬的化學(xué)性質(zhì)對(duì)沖擊性能和力學(xué)性能的影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)，開發(fā)出了可用于戰(zhàn)車裝甲生產(chǎn)的高速堆焊焊接工藝。但是，由于惰性氣體保護(hù)比較復(fù)雜，鈦的焊接方法將永遠(yuǎn)不會(huì)像鋼裝甲焊接那樣簡(jiǎn)單且成本低廉，但鈦的焊接成本也不是太高。
　　鈦裝甲的戰(zhàn)地維修是必需的。戰(zhàn)地維修應(yīng)不需要附加惰性氣體保護(hù)。美國(guó)陸軍實(shí)驗(yàn)室已與俄亥俄州Edison焊接研究院達(dá)成協(xié)議，研究利用粉芯焊條而不用惰性氣體保護(hù)的鈦材現(xiàn)場(chǎng)維修焊接工藝。