Прочность и живучесть ствола. Действие нагара на ствол оружия

При выстреле давление газов в стволе оружия достигает очень больших величин, поэтому устройство ствола должно обеспечивать достаточную его прочность. Под прочностью понимается способность ствола выдерживать определенное давление без остаточной деформации.

Из графика (рис. 7) видно, что нет смысла весь ствол рассчитывать на максимальное давление газов, так как по мере продвижения снаряда вперед давление падает. Поэтому обычно в казенной части стенки более толстые, чем во всей остальной части ствола. В каждом сечении стенки ствола изготавливаются с запасом прочности, позволяющей выдерживать давление в 1,3 - 1,5 раза больше, чем давление, возникающее при выстреле.

При всех величинах давления, на которые рассчитано оружие, ствол подвергается только упругим деформациям расширения; при воздействии давления ствол расширяется по окружности, а с прекращением давления принимает первоначальные размеры.

Однако в процессе эксплуатации могут возникнуть условия, при которых давление в канале ствола может превосходить рассчитанный запас прочности. В этом случае ствол подвергается остаточной деформации т. е., расширившись под действием газов, после прекращения давления не восстанавливает своих размеров.

Такое явление называется раздутием ствола. В большинстве случаев раздутие получается от попадания в ствол посторонних предметов (пакли, тряпки, песка, земли и пр.). Снаряд, натыкаясь на посторонний предмет, замедляет свое движение. Газы, следующие за снарядом, отталкиваются от его дна и создают обратное движение. При столкновении газов, движущихся в противоположных направлениях, возникает скачок давления, превосходящий величину, на которую рассчитан ствол: происходит раздутие ствола, а иногда и разрыв его (рис. 8).

Рис. 8. Скачок давления, вызвавший раздутие ствола.

Оружие, имеющее раздутие ствола, непригодно к стрельбе. В целях предупреждения раздутия и разрывов необходимо тщательно протирать канал ствола, внимательно осматривать его перед каждой стрельбой, оберегать стволы при передвижениях от засорения, не допускать затыкания стволов стрелкового оружия и обязательно снимать перед стрельбой дульные чехлы орудий и минометов.

Высокое давление, возникающее в канале ствола при выстреле, требует полной надежности запирания его затвором, что обеспечивается определенной конструкцией оружия. Поэтому при стрельбе необходимо тщательно следить за работой узла запирания, так как случайный выстрел при не полностью закрытом затворе приводит к тяжелым последствиям.

При длительной эксплуатации оружия, а также при недостаточно тщательной подготовке его к стрельбе может образоваться увеличенный зазор между зеркалом затвора и стволом. При выстреле этот зазор позволяет гильзе двигаться назад. Но стенки гильзы, расширившись под давлением газов, плотно прижаты к патроннику. Возникшие при этом силы трения препятствуют движению гильзы; гильза растягивается и, если зазор велик, рвется; происходит так называемый поперечный разрыв гильз.

Для того чтобы избежать разрывов гильз, необходимо при подготовке оружия к стрельбе проверять величину зазора, содержать патронник в чистоте и не применять для стрельбы загрязненные патроны, что может вызвать увеличение сил сцепления стенок гильз с патронником. Предотвращению поперечных разрывов гильз способствует протирание патронника и легкая смазка гильз ружейным маслом.

Предельное число выстрелов, которое можно сделать из данного ствола до допустимой степени его износа, называется живучестью ствола (см. приложение №4).

Основными признаками, по которым в практике можно судить о непригодности стволов, являются следующие.

Для артиллерийских стволов—падение начальной скорости более, чем на 5% - 7% по сравнению с табличной. Падение начальной скорости в войсковых условиях определяется по удлинению зарядной каморы для раздельного заряжания способами, описанными в Руководствах службы.

Для стрелкового оружия — увеличение рассеивания пуль до 2,5 раз по сравнению с табличным или появление срывов пуль с нарезов (свыше 50%), которые устанавливаются наличием на мишени овальных пробоин.

Для повышения живучести важно установить причины, вызывающие износ и разгар ствола. Их обычно объединяют в три группы.

Причины механического характера (трения). Износ канала ствола под действием этих причин представляет собой изменение диаметра канала по нарезам и по полям, а также изменение профиля нарезки (рис. 9). При врезании снаряда в нарезы вследствие большого трения происходит их износ, который увеличивается с последующими выстрелами.

а б в

Рис. 9. Изменение диаметра и профиля нарезки канала ствола после большого числа выстрелов: а) новый ствол, б) до предельного числа выстрелов, в) после большего числа выстрелов.

Поля нарезов на расстоянии 3-6 калибров от начала нарезов при большом числе выстрелов совершено выкрашиваются и исчезают.

Существенной причиной износа стволов, особенно стрелкового оружия, является механическое истирание ствола во время чистки при неправильном использовании принадлежности.

Причины термического характера. Высокая температура пороховых газов сильно, но неодинаково нагревает слои стенок ствола. Вследствие кратковременности выстрела высокая температура успевает передаться лишь очень тонкому внутреннему слою, который, стремясь расшириться, встречает противодействие менее нагретых слоев металла. После выстрела наступает быстрое охлаждение внутреннего слоя и он начинает сокращаться. Глубокие же слои, охлаждаясь значительно медленнее, будут задерживать это сжатие. Такое попеременное сжатие и расширение внутреннего слоя вызывает появление на нем сетки трещин (сетки разгара). Покрытый сеткой трещин поверхностный слой под действием пороховых газов постепенно выкрашивается, и частицы отколовшегося металла выносятся из канала ствола. Такая картина износа—с отколом мельчайших частиц хрома — особенно характерна для хромированных стволов стрелкового оружия.

Причины химического характера. Износ ствола под действием этих причин представляет собой износ поверхности канала ствола под влиянием химического состава пороховых газов. Наличие окиси углерода и азота в продуктах разложения порохового заряда вызывает цементацию и нитрирование стенок ствола, придающие поверхностному слою большую хрупкость.

Большое влияние на износ ствола оказывает образующийся при выстреле нагар. Количество нагара в стволе зависит от числа выстрелов и качественного состояния ствола. Чем больше произведено выстрелов и чем хуже состояние ствола, тем больше в нем остается нагара.

Например, после ста выстрелов из винтовки в стволе, не пораженном

сыпью, остается около 0,06 г нагара; в стволе, пораженном сыпью и раковинами, - 0,22 г, т. е. почти в 4 раза больше.

Нагар состоит из растворимых (12 - 25 %) и нерастворимых веществ (88 - 75%). Растворимые вещества представляют собой соли, образующиеся при сгорании капсюльного состава, в основном, хлористый калий (КСl).

Нерастворимыми частями нагара являются: томпак, сорванный с оболочки пули; медь, латунь, оплавленные из гильзы; свинец, выплавленный из дна пули; олово из расплавленной фольги, прикрывающей капсюль; железо, оплавленное из ствола и сорванное с пули; зола, образовавшаяся при сгорании порохового заряда.

Наиболее вредной примесью растворимых солей нагара является хлористый калий. Эта соль плавится при температуре 768ºС и обращается в пар при 1415ºС. Во время выстрела, когда температура достигает 2800ºС, хлористый калий в виде пара находится в пороховых газах.

Соприкасаясь с холодными стенками ствола, пары хлористого калия конденсируются и в виде расплавленной соли или мелких кристалликов покрывают поверхность ствола. При этом стальная поверхность канала ствола нагревается и частички хлористого калия приплавляются к ней, образуя блестящий, стекловидный слой. Калиевые соли пропитывают все остальные частицы рыхлого нагара, как бы цементируют их, превращая из легко удаляемой массы в твердое, трудно сдираемое вещество, плотно приклеившееся к поверхности металла.

Содержащиеся в нагаре соли легко впитывают влагу из атмосферного воздуха и превращаются в насыщенные растворы солей, вызывающие усиленное ржавление металла. (Напомним, что один литр воздуха, считающегося сухим, при температуре 20ºС содержит около 10 миллиграммов воды).

На рис. 10 показана схема развития коррозии в канале ствола винтовки, не вычищенной после стрельбы. До выстрела (рис. 10 а) поверхность канала ствола со всеми ее рисками, порами, трещинами покрыта тонким слоем смазки. После нескольких выстрелов смазка сгорает, поверхность канала ствола покрывается рыхлым слоем нагара, под которым к металлу приплавилась стекловидная корочка солей (рис. 10 б). На отдельных местах поверхности канала проплавляются частицы меди, сорванные с оболочки пули.

После окончания стрельбы ствол остывает и происходит отпотевание металла, при котором соли нагара поглощают влагу из воздуха и образуется их насыщенный раствор (рис. 10 в). Так создаются благоприятные условия для ржавления. На поверхности канала ствола, особенно в местах углублений и трещин, образуются раковины, которые быстро увеличиваются в своих размерах. Особенно быстро образуются раковины в непосредственной близости от омедненных участков, так как медь и сталь, покрытые солями нагара, как электролитом, образуют гальванический элемент, где быстро разрушающимся отрицательным полюсом является сталь.

Таким образом, износ внутренних стенок ствола является результатом действия многих причин и зависит как от химического и термического воз-

действия пороховых газов, так и от причин механического характера.

Рис. 10. Схема коррозии канала ствола винтовки, не вычищенной после стрельбы: а - до выстрела; б - после нескольких выстрелов; в - после отпотевания; г - после ржавления; д - после чистки ствола.

Все эти причины вызывают изменение поверхности канала ствола и приводят к его расширению, особенно у дульного среза и у пульного входа, следствием что ухудшает центрирование снаряда в стволе. Это приводит к значительному увеличению рассеивания, неправильности полета снаряда и уменьшению дальности стрельбы, сокращая общий срок службы ствола.

Главной причиной износа оружейных не хромированных стволов является механическая. Хромированные же стволы выходят из строя главным образом по причине сильного разгара с казенной части.

Увеличения живучести стволов можно достигнуть: тщательной обработкой поверхности канала; применением легированных сталей; хромированием с целью увеличения твердости поверхности канала ствола; применением пороха с возможно меньшей температурой горения; применением неоржавляющего капсюльного состава; рациональная конструкция ведущих поясков и некоторыми другими мерами.

В тоже время большое значение для живучести ствола имеет правильная его эксплуатация.

Так как живучесть ствола сильно снижается при повышении температуры, необходимо принимать меры по уменьшению нагрева стволов во время стрельбы.

Число выстрелов до полного износа ствола артиллерийского орудия зависит от мощности орудия, т.е. падением P_m, V₀, Q_тем – где: P_m - максимальное давление; V₀ - начальная скорость; Q_{тем .} - температура нагревания пороха. Для орудий средней мощности (полковой и дивизионной артиллерии) оно достигает 10000; для систем большой мощности - до 1000 и меньше (см. приложение 4).

На износ ствола может влиять и масса снаряда, без изменения навески пороха. Так, например при стрельбе из 125-мм орудия (Д-81) ОФС ресурс ствола – 350 выстрелов, а при стрельбе подкалиберным снарядом - 150 выстрелов. Данный пример наглядно показывает, как влияет изменение массы снаряда на износ ствола. Например, при стрельбе из 122-мм гаубицы только наименьшими зарядами живучесть ствола будет в несколько раз больше, чем при стрельбе только полными зарядами.

Поэтому, если огневую задачу можно решить стрельбой при меньшем заряде, то ни в коем случае не следует применять заряды большего веса. Приведённое число выстрелов – число выстрелов эквивалентное стрельбе на полном заряде при нормальных условиях стрельбы ОФС.

• 2 заряд (уменьшенный) 1 выстрел равен 0,8 приведенных.

• Усиленный заряд 1 выстрел равен 1,3 приведенных.

• Калиберный заряд 1 выстрел равен 1,4 приведенных.

На температуру и давление пороховых газов при выстреле сильно влияет температура заряда. С повышением температуры заряда, что происходит, например, при хранении зарядов на огневой позиции на солнцепеке, скорость горения заряда, наибольшее давление и температура газов в канале ствола увеличиваются, следовательно, ускоряются разгар и износ канала ствола. Этим объясняется требование к хранению зарядов артиллерийских выстрелов и патронам стрелкового оружия на позициях в тени, в нишах, под брезентом и т. п.

Исключительно большое значение имеет соблюдение режима огня, установленного для данного вида оружия. Без особой надобности, не вызванной обстановкой боя, не следует вести излишне интенсивную стрельбу, особенно из автоматического оружия, так как высокий темп стрельбы приводит к сильному нагреву ствола.

Живучесть ствола во многом зависит от ухода за ним, от своевременности его осмотра, чистки и смазки.

Перед каждой стрельбой канал ствола следует тщательно протереть, удалив из него загустевшую смазку, пыль и посторонние предметы. Нужно также следить, чтобы канал ствола не загрязнялся от боеприпасов, для чего их перед заряжанием необходимо обтереть от смазки и тщательно осмотреть. Стрельба снарядами, имеющими забоины или ржавчину, особенно на центрующем утолщении, недопустима, так как она может привести к повреждению канала ствола.

Особое значение для сбережения стволов имеет своевременная и правильная чистка и смазка оружия.

Старый метод чистки требовал после стрельбы густой смазки канала ствола щелочным составом. Стволу «под щелочью» давали постоять от 2 до 4 часов. Предполагалось, что за это время «кислотные окклюдированные газы», выйдя из пор стальных стенок канала, будут нейтрализованы (обезврежены) щелочью и ржавление будет устранено. Кроме того, щелочь размягчит (отъест) нагар, и он легче очистится.

После этого оружие чистилось паклей той же щелочью до тех пор, пока на пакле не оставалось черноты, а в стволе заметна была только синева от металла. Затем канал ствола протирали насухо и смазывали ружейной смазкой. Если оружие вносилось с холода в теплое помещение, приступать к его чистке разрешалось только после того, как оно отпотеет и высохнет. В последующие дни чистка повторялась, и каждый раз тряпка после чистки покрывалась грязью. Только после трех - пяти чисток нагар удалялся. Тем не менее, через некоторое время канал ствола оказывался пораженным коррозией. Причиной этого является рассмотренное выше действие растворимых солей нагара от капсюльного состава.

В последние годы правила чистки оружия, изложенные в наставлениях по стрелковому делу, основываются на положениях новой теории коррозии оружия, разработанной В. Н. Поддубным. Они заключаются в следующем:

• оружие необходимо чистить немедленно после стрельбы, по возможности на самом стрельбище;

• весь нагар необходимо удалять при первой же чистке;

• оружие следует чистить вторично для удаления нагара, который мог остаться в стволе, если первая чистка производилась в недостаточно удобных условиях (на стрельбище); вторичная чистка производится немедленно по приходу в места постоянной дислокации;

• для стрелкового оружия: если ствол отпотел при внесении его после стрельбы с холода в теплое помещение, чистка производится немедленно, чтобы не дать оружию согреться, а капелькам росы высохнуть;

• после чистки ствол протирается насухо и затем слегка смазывается.

При правильном уходе за стволом можно избежать ржавления и, следовательно, образования сыпи и раковин. Правильный уход за оружием позволяет значительно повысить срок службы ствола.

Живучесть стволов стрелкового оружия достигает 10 – 12 тысяч выстрелов, а хромированного - до 30 тысяч выстрелов (см. приложение № 3).

Отсюда становится понятной важность строгого соблюдения режима огня, своевременной смены нагретых стволов и учета по формулярам общего числа выстрелов. Стволы крупнокалиберных пулеметов, где при выстреле Р_m достигает 3050 кг/см² имеют меньшую живучесть. Так, у 14,5-мм крупнокалиберного пулемета после 1000 выстрелов начальная скорость падает.

Дата добавления: 2015-07-18