陳明輝
說到各國主戰坦克（MBT Main Battle Tank）普遍使用的尾翼穩定脫殼穿甲彈（APFSDS），就不得不提到彈芯材料的鎢鈾之爭。目前廣泛應用於各型杆式穿甲彈彈芯的材料是貧鈾合金與鎢合金，二者材料性能的優劣一直以來都是大家津津樂道的話題。
美國M829A2型APFSDS脫殼的瞬間
一般來說，在同等情況下貧鈾合金的侵徹能力較鎢合金高10~15%，這是由於貧鈾合金材料的臨界絕熱剪切應變率較低，易發生絕熱剪切斷裂，即“自銳”效應。而鎢合金在穿甲過程中，穿杆頭部會“自鈍”，致使侵徹阻力增大，侵徹力深度降低。
下圖為純鎢、鎢合金和鈾合金材料彈芯穿甲過程中彈頭的行為特徵。
自鈍與自銳效果。注：Pure W——純鎢；WHA（Tungsten Heavy Alloy）——高密度鎢合金；DU-3/Ti ——一種貧鈾合金材料（含Ti/V，鈦/釩）
由圖可見，在同等彈芯直徑條件下，貧鈾合金穿甲通道直徑最小，穿甲阻力最小。
另外，貧鈾易燃，在穿甲後具有強烈的縱火作用，對車輛成員有更強的殺傷效果，更容易引發二次效應。
但是貧鈾也有缺點：
貧鈾具有放射性，會威脅坦克裝甲車輛成員的健康，燃燒過程中產生的放射性煙氣被吸入後會造成嚴重內照射。
貧鈾化學活性高，容易氧化變質，不利於長期儲存。
貧鈾合金剛度較低，需要使用更大尺寸的彈託防止在膛內加速時彎曲，增加了消極質量，減小了穿甲體獲得的動能。
U的熔點為1133℃，W的熔點為3370°C。由於APFSDS的飛行速度達M5~M6，在這種速度下的氣動加熱可達2500K左右，在強大的高溫和氣動力的耦合作用下，貧鈾合金的形變較大。彈芯產生的形變會降低速度、加劇章動影響精度和破壞著靶姿態而降低穿深。
貧鈾合金的流變極限強度較低。在穿杆高速撞擊並穿透靶板的過程中會發生壓縮變形，應變速率提高，峰值應力也將逐漸增大，“自銳”效應將被削弱。
貧鈾較低的剪切強度在帶來自銳特性的同時，也使得面對爆炸反應裝甲、約束式複合裝甲時穿杆更容易被折斷。
下圖展示了不同材料的彈芯在長徑比λ=30、衝擊動能E=10MJ的情況下，著速與穿深的關係。
一定長徑比及衝擊動能下著靶速度與穿深的關係。注：WHA（Tungsten Heavy Alloy）——高密度鎢合金；DU（Depleted Uranium）——貧鈾；Steel—— 鋼；Target ——目標；BHN（Brinell Hardness Number）——布氏硬度，後面的數字越大，材料越硬；軋製均質鋼RHA一般特指RC-27鋼板（4340鋼）BHN=250~390，對應國標鋼號40CrNiMoA。
目前以固體火藥為發射動力的120~125mm坦克炮炮口動能都在10MJ~13MJ之間，已經非常趨近常規火炮的極限。在實際應用中，穿甲體的質量和初速是互相制約的——穿甲體加長，速度就會降低；速度升高，穿甲體就要縮短，在設計上需要取捨。
在當前技術條件下，射擊均質鋼裝甲時，貧鈾合金穿甲彈的最佳著速Vc=1600m/s，對於鎢合金穿甲彈Vc=2000m/s（著速可以大致視為炮口初速-速度降）。這一點在彈藥參數選擇上有明顯體現，例如德國DM-43的初速1900m/s、美國M829A3的初速1550m/s、我國出口型125彈初速1800m/s等。
鎢合金所具有的高熔點、高強度使其可以適應更高的發射過載和更大的飛行速度。
制約鎢合金杆式穿甲彈穿深的最主要因素是“自鈍”效應。即前文提到的在穿甲過程中鎢合金穿杆頭部形成的“蘑菇頭”。
提高鎢合金彈穿深最直接的方法是增大發射初速。
採取措施減小鎢合金自鈍現象帶來的影響，也是當前技術條件下提高穿深的有效方法之一。主要有以下兩種方式：
（1）改進材料組份，使其具有絕熱剪切特徵：
鎢鉿合金，有50W-50Hf和74W-26Hf兩種，採用流化床化學汽相沉積加固態固結工藝製成，準靜態壓縮力學性能與 90W-7Ni-3Fe合金相當；
鎢－金屬間化合物，目前合成的有W-7%Ni-Fe-Al，該合金燒結密度達96%，平均晶粒尺寸為7μm，在動態壓縮試驗中，顯示了絕熱剪切特徵；
鎢錳合金，有90W-Ni-Mn和95W-5Mn兩種，燒結密度達95％以上，在動態試驗中，均顯示了絕熱剪切特徵。
（2）改進穿杆結構，用結構自銳來替代材料本身的自銳
下圖所示為一種具有結構自銳能力的組合式侵徹體。其外層的鎢合金管包覆內層的碳化鎢彈芯構成。
組合杆式侵徹體結構示意
組合杆彈體頭部在不同時刻侵徹形狀圖
可以看到，在改進了結構之後，鎢合金也同樣可以“自銳”。不過，相對於貧鈾彈芯合金仍然有差距。
組合式結構自銳彈芯相較於改善材料性能的單杆式彈芯，工序更少、成本更低。目前這項技術已經應用在我國新型坦克炮用尾翼穩定脫殼穿甲彈上。
鎢纖維複合材料也是一種具有結構自銳的構型。例如使用鋯合金玻璃內包鎢絲束的結構，該材料雖然密度小於對比試驗的95W鎢合金，但在使用彈道炮進行對比實驗時，其侵徹能力反而更高。
W纖維-ZrTiCuNiBe金屬玻璃基複合材料彈芯侵徹效果圖
圖6中上方為完整的彈芯，下方位試驗後從靶板上回收的彈芯殘段。可見，該複合材料彈芯並沒有形成“蘑菇頭”。
貧鈾合金和鎢合金有各自的性能優勢，鈾-鎢複合也是一個發展趨勢。另外，基於複合材料的優良性能，目前還開發出了一些用於穿甲彈彈體的貧鈾基複合材料。
目前，由常規火炮發射的穿甲彈初速依然有限，在主戰坦克的典型交戰距離 2000m或更遠距離，穿甲彈的著速仍然小於 2000m/s，所以在對RHA的穿透力上，貧鈾合金比鎢合金仍具有優勢。
隨著新型裝藥技術、液體發射裝藥、電熱化學炮、電磁發射技術等的發展，未來杆式穿甲彈的著靶速度將會超過2000m/s的臨界點。
當著速超過2000m/s時，慣性效應在侵徹中開始居支配地位，穿甲機理髮生變化，材料之間行為差別的影響逐漸減少。這時穿杆的結構由連續杆變為分段間斷杆後，穿甲性能更好。對於不同的著靶速度，分段間斷杆存在著最佳的分段及段間間隙。
最後需要特別說明的是，在可以查閱到的公開數據都是以對均質鋼裝甲（RHA）的穿透能力為比較標準。而當前的先進主戰坦克（MBT）不僅採用了各種複合裝甲（如約束式複合裝甲），還可在外部加掛附加裝甲、爆炸反應裝甲（ERA）等，是不能簡單認為在現有條件下貧鈾合金就一定優於鎢合金。
參考篇目：
1、鎢纖維複合材料穿甲彈芯侵徹時的自銳現象 榮光 黃德武 爆炸與衝擊 2009年7月第29卷第4期 文章編號:1001—1455（2009） 04-0351-05 國標學科代碼：130·3530
2、組合杆式穿甲彈的侵徹能力仿真分析 吳群彪 沈培輝 劉榮忠 系統仿真學報 2013年2月第25卷第2期 文章編號：1004-731X（2013）02-0367-04
3、彈藥概論 李向東 國防工業出版社 ISBN：7118036811
4、穿甲力學 錢偉長 國防工業出版社 ISBN：15034.2753
5、終點彈道學 （美）陸軍裝備部 國防工業出版社 ISBN：7-118-00065-5
6、坦克裝甲車輛設計（武器系統卷） 馮益柏 化學工業出版社 ISBN：978-7-122-21608-3
（西南交通大學國防教育協會供稿）
動科普
說到貧鈾彈那我們就來說一說貧鈾彈的歷史吧。
早在75年就有很多擁有核燃料的國家在利用鈾來做研究，研究的主體是“貧鈾合金動能穿甲彈”聽著名字就感覺是很高大上的東西，那實際上是什麼呢？我們繼續來看看，在76年左右美國就已經裝備了這種子彈，但是自從“貧鈾合金動能穿甲彈”橫空出世以來世界各地都出現了“保守派”和“革新派”。“保守派”從各種方面去批評這種子彈，不管是從技術上、環保上甚至是從倫理上。而“革新派”又從各個方面去幫助這種技術的發展，技術上和資金上。
那麼為什麼這麼多人痴迷於這種子彈的研發呢？“貧鈾合金動能穿甲彈”的出世絕不是因為國庫裡的貧鈾太多了，而是由於貧鈾彈特別優秀的穿深，貧鈾合金穿甲彈和它相同型號的鎢合金穿甲彈的穿甲性能優秀百分之十到百分之二十。貧鈾合金穿甲彈還有一個特點，就是穿甲後燃燒的特性，這一點無疑是給貧鈾彈加了很多附加分，由於這個特性穿甲破甲的效果更加的好了，這種燃燒是不加任何燃燒劑的使之成為了唯一不用加燃燒劑就可以燃燒的彈種。
那接下來我們來分析下貧鈾彈是否能用於製造戰艦穿甲彈的彈芯或披甲。就我個人的觀點來看是不可以的，因為貧鈾彈具有放射性元素存在，雖然這種子彈的穿甲效能很高但還是掩蓋不了它會汙染環境，在這裡我們應該想到地球只有一個破壞了汙染了可就沒有第二個地球在供我們汙染了。所以戰爭垃圾和戰爭汙染是在所有國家都很頭疼的問題。那用來做戰艦的穿甲彈的彈芯或披甲是不可行的。即使打到戰艦上沒有危害但是也不可能打這麼準吧，多多少少會有一些進入海洋中對海洋造成汙染。
貞觀防務
貧鈾可以用於製造戰艦穿甲彈，但鑑於現代戰艦一般不會象二戰或之前那樣用重型艦炮交戰，而是用反艦導彈遠距離攻擊，強調機動性，裝甲並不厚重，因此主炮用彈不會過分強調穿甲性能，但小口徑彈藥為了達到一定的侵徹威力倒會採用貧鈾彈。如美國密集陣6管20mm口徑近防炮就配備貧鈾彈。
