Улучшение эксплутационных характеристик нарезных каналов стволов с помощью противоизносных антифрикционных и фрикционных материалов и использованием природных минералов.

Н.И.Гладких, В.Э.Чернов

Гладких Николай Иванович,Главный металлург Филиала КБП ЦКИБ СОО,

[e-mail], тел.: + 7 0872 316655 (добавочный 322)

Чернов Владимир Эдуардович, Генеральный директор НИИ СТ, [e-mail], тел: + 7 812 5916646

(2003 г, не опубликована)

Улучшение эксплутационных характеристик нарезных каналов стволов с помощью противоизносных антифрикционных и фрикционных материалов и использованием природных минералов.

В настоящий момент, в условиях жесткой конкуренции на рынке вооружений, особое значение приобретает проблема улучшения эксплутационных характеристик ствола, а именно: долговечности, кучности и возможности эксплуатации без чистки и смазки. Эта проблема может решаться посредством улучшения качества материала ствола или за счет нанесения на внутреннюю поверхность специальных износостойких покрытий.

Первый способ связан со значительными материальными затратами, отходом от применения традиционных ствольных сталей (30ХН2МФА, 50РА и др.).

Второй – обеспечивает выполнение задачи значительного повышения ресурса при достаточно небольших затратах.

В России основным износостойким покрытием канала ствола является хромовое покрытие. По справочным данным поверхность каналов практически всех стволов калибра 57 и менее покрывается слоем электролитического хрома. Гальваническое хромовое покрытие обладает высокой износостойкостью, стойкостью к газовой эрозии.

К недостаткам хромового покрытия можно отнести:

- чрезмерную хрупкость;

- сильное наводораживание покрытия и основы;

- высокие внутренние напряжения;

- изменение геометрии канала ствола и следовательно ухудшение характеристик по кучности стрельбы;

- экологическую опасность технологического процесса хромирования вследствие применения высокотоксичных компонентов (шестивалентный хром) и следовательно дополнительных затрат на природоохранные мероприятия.

Ранее проводившиеся исследования в основном имели своей целью создание износостойкого покрытия на основе хромового с дополнительным гальваническим легированием или внедрением сверхтвердых материалов (хром – алмаз, хром – молибден, хром – титан и т.п.).

Данные системы незначительно повышают износостойкость ствола за счет повышения микротвердости покрытия и имеют такие же недостатки, как и хромовое покрытие.

В ЦКИБ СОО на протяжении длительного времени производились работы по улучшению баллистических и эксплутационных характеристик нарезных стволов как боевого стрелкового, так и гражданского и служебного оружия.

Одним из новых направлений в последнее время является защита канала ствола с помощью противоизносных, антифрикционных и фрикционных материалов, в том числе на основе природных минералов.

В течение 2001 – 2002 г нашим предприятием были проведены исследования в области получения защитных покрытий с помощью различных специальных составов.

Цель исследований:

- возможность замены традиционного хромового покрытия на охотничьих карабинах калибра 5,6 и 7,62 мм;

- определение коррозионной стойкости канала и возможность чистки ствола с использованием традиционных чистящих составов;

- проверка долговечности (эксплуатационной стойкости) покрытия

Первоначально были проверены покрытия на основе состава << ХАДО >>.

Данные испытаний в принципе совпадают с испытаниями проведенными разработчиком (журнал Калашников №2, 2002 г) и позволили установить:

- падение скорости пули на всех без исключения стволах испытываемых изделий;

- отсутствие изменения размеров полей каналов ствола (замеры серией гладких калибров через 5 мкм);

- визуальное отсутствие покрытия канала;

- изменение кучности как в сторону улучшения, так и наоборот, т.е. – нестабильность изменения кучности.

Результаты испытаний на нашем предприятии и данные полученные в Санкт – Петербурге (особенно результаты испытаний баллистического ствола СК – 9 № Б – 16 журнал Калашников №2, 2002 г) не позволили дать положительную оценку составу ХАДО и работы были продолжены с применением других составов СПФ «ЖИВОЙ МЕТАЛЛ» (разработчик Научно – исследовательский институт специальных технологий, Санкт – Петербург).

Было произведено покрытие нижнего нарезного ствола охотничьего ружья МЦ 7–07 № 820 673, имеющего нарушенное хромовое покрытие. Нижний ствол был расхромирован и обработан составом СПФ «ЖИВОЙ МЕТАЛЛ», верхний ствол был обработан составом << ХАДО >> по имеющемуся хромовому покрытию. Принципиальным отличием технологии нанесения СПФ << Живой металл>> явилось:

- нанесение покрытия только по поверхности не имеющей хромового покрытия;

- специальная технология подготовки под нанесения и нанесение первых слоев самого состава.

Результаты измерений калибрами, внешний вид каналов стволов до и после покрытия приведены в таблицах №1 и 2

Таблица №1. Нижний ствол изделия МЦ 7–07 № 820 673 (обработка СПФ «ЖИВОЙ МЕТАЛЛ»)

Состояние поверхности канала	Внешний вид поверхности канала	Измерение калибрами
До покрытия	Коррозионные поражения в виде раковин (<< точек >>) по всей поверхности	С казенной части: 7,64 проходит на 120мм С дульной части:7,64 не проходит
После покрытия и 50 выстрелов на упрочнение	Поверхность серого цвета, закрытие раковин (<<точек>>)	С казенной части: 7,615 проходит на 80мм С дульной части:7,615 не проходит
После покрытия и 100 выстрелов на упрочнение	Поверхность серого цвета, закрытие раковин (<<точек>>)	С казенной части: 7,615 проходит на 80мм С дульной части:7,615 не проходит

Таблица №2 Верхний ствол изделия МЦ 7–0 7 № 820 673 (обработка составом <<ХАДО>>)

Состояние поверхности канала	Внешний вид поверхности канала	Измерение калибрами
До покрытия	Хромированная поверхность с коррозионными поражениями в виде раковин (<<точек>>) по всей поверхности	С казенной части: 7,63 не проходит С ду.льной части:7,605 не проходит
После покрытия и 50 выстрелов на упрочнение	Без изменений	С казенной части: 7,63 не проходит С дульной части:7,605 не проходит
После покрытия и 100 выстрелов на упрочнение	Без изменений	С казенной части: 7,63 не проходит С дульной части:7,605 не проходит

Испытания на кучность с одновременным измерением скорости пули производились из положения лежа на дистанции 100 м одним и тем же стрелком. Использовались патроны 7,62 х 51 одной партии. В таблице №3 приведены данные по испытаниям стволов.

Таблица №3

Ствол	Средная кучность (поперечник) в см
Исходная	После покрытия и 100 выстрелов на упрочнение
Нижний	6,0	4,1
Верхний	6,3	4,5
Ствол	Средная скорость V 25 в м/с
Исходная	После покрытия и 100 выстрелов на упрочнение
Нижний	833,4	832,0
Верхний	835,1	827,7

Кучность оценивалась по серии из трех выстрелов, как расстояние между центрами крайних отверстий. За средний результат брался результат трех серий. Измерение скорости производилось при каждом выстреле.

Заключение: применение покрытия на основе СПФ «ЖИВОЙ МЕТАЛЛ» позволило изменить кучность стрельбы без потери скорости полета пули и уменьшить размеры канала ствола.

Для более точной оценки влияния покрытия на основе СПФ «ЖИВОЙ МЕТАЛЛ» и устранения человеческого фактора были проведены работы на стволе изделия МЦ – 14.

Изделие МЦ – 14 - баллистическая винтовка, предназначенная для проверки кучности стрельбы 7,62 мм патроном образца 1943 г (стальной сердечник), выпускается ЦКИБ СОО для нужд патронных заводов в течение 30 лет. Ствол не имеет хромового покрытия. Эксплуатация изделия производится в условиях тиров со специального станка с амортизационным откатом. Работа была разбита на два этапа:

Первый этап:

- отработка технологии нанесения покрытия на основе СПФ «ЖИВОЙ МЕТАЛЛ»;

- проверка коррозионной стойкости;

- исследование влияния покрытия на основе СПФ «ЖИВОЙ

МЕТАЛЛ» на кучность стрельбы и скорость полета пули.

Второй этап: - исследование влияния покрытия на основе СПФ «ЖИВОЙ

МЕТАЛЛ» на долговечность:

- на износ ствола

- на кучность стрельбы и скорость полета пули

Для проведения работ на первом этапе было использовано изделие МЦ 14–1 № 640 306 со стволом № 9–01, забракованное ввиду невыполнения требований ТУ по кучности. По ТУ на изделие кучность стрельбы определяется при стрельбе на 100 м 6-ю группами по 20 выстрелов в каждой и оценивается средним радиусом рассеивания R ₅₀ , который должен быть не более 2,5 см.

R ₅₀ – радиус круга с центом в СТП (средняя точка попадания), вмещающим не менее 50% пробоин, наиболее близко расположенных к СТП. Нанесение покрытия производилось по спецтехнологии, разработанной ЦКИБ СОО совместно с Научно – исследовательским институтом специальных технологий. Упрочнение покрытия производилось (как и при нанесении ХАДО) выстрелами. При испытаниях использовались патроны одной партии.

Для определения коррозионной стойкости покрытия был произведен отстрел ствола в объеме 140 выстрелов. Изделие (ствол) после стрельбы находилось в условиях тира (закрытое помещение) без чистки и смазки в течение 60 часов.

После проведения чистки произведено испытание на кучность согласно требованиям ТУ.

Данные по результатам работ приведены в таблицах № 4,5 и 6.

Таблица №4. Замеры размеров канала ствола до и после покрытия.

Ствол № 9 – 01	Внешний вид поверхности канала ствола	Измерение калибрами с казенной части стола	Имитация выстрела (протягивание свинцового столбика)
До покрытия	Коррозионные поражения в виде раковин (<<точек>>) по всей поверхности	7,61 Проходит 7,615 проходит на длину195 мм. 7,62 не проходит	Расширение <<бочка>> в центральной части, раструб к дульной части
После покрытия	Поверхность серого цвета, закрытие раковин (<<точек>>)	Без изменений	Отсутствие расширения <<бочки>> в центральной части, небольшой раструб к дульной части
После первых испытаний на кучность согласно требованиям ТУ	Без изменений	Без изменений	Отсутствие расширения <<бочки>>, раструба
После испытаний для оценки коррозионной стойкости	Без изменений	Без изменений	Отсутствие расширения <<бочки>>, раструба
После вторых испытаний на кучность согласно требованиям ТУ	Без изменений	Без изменений	Отсутствие расширения <<бочки>>, раструба

Таблица №5. Результаты изменений кучности стрельбы R ₅₀ в см в процессе испытаний

R 50 в см
Исходная до покрытия (1 – ая стрельба)	Исходная до покрытия (2 – ая стрельба)	После покрытия (1 – ая стрельба)	После покрытия (3 – я стрельба)
3,3	2,89	2,6	3,0
2,7	2,84	2,5	2,5
2,6	Испытания изделия прекращены	2,1	2,2
2,9	2,5	2,6
2,1	2,0	2,2
3,1	2,3	2,4
Ср. 2,83	Ср. 2,865	Ср. 2,35	Ср. 2,48

Таблица №6. Результаты изменений средней скорости полета 20 пуль в серии выстрелов в м/с в процессе испытаний

Vср 30
Исходная	После покрытия (первая стрельба)	После покрытия (третья стрельба)
	703,6	701,6

На рисунке №1 приведены мишени стрельб изделия МЦ 14–1

№ 640 306 со стволом № 9 – 01 (первые серии из 20 выстрелов)

Рис. 1

R ₅₀ = 3,3 см R ₅₀ = 2,6 см R ₅₀ = 3,0 см

А Б В

А - 1 серия из 20 выстрелов до покрытия

Б - 1 серия из 20 выстрелов после покрытия

В - 1 серия из 20 выстрелов после покрытия и испытаний на коррозионное

воздействие порохового нагара

В результате проведенных испытаний на первом этапе отмечено:

- выравнивание поверхности канала ствола;

- изменение (улучшение) кучности;

- изменений поверхности канала (появления коррозии) после

выдержки в течение 60 часов без чистки и смазки не обнаружено;

- более << легкая >> чистка поверхности канала, что связано по – видимому с меньшей адгезией порохового нагара к покрытию.

Испытания по второму этапу производились на том же стволе с выполнением требований ТУ и на оборудовании, примененном на первом этапе.

Контроль ствола производился после каждых 1000 выстрелов (880 выстрелов на долговечность + 120 выстрелов на проверку кучности и скорости полета пули)

Чистка ствола производилась после 1000 выстрелов, независимо от количества дней стрельбы (от 2 до 7 дней). Общая продолжительность работ составила порядка 10 месяцев

Результаты.

Результаты работы приведены в таблицах № 7 - 9

Таблица №7

Ствол № 9 – 01	Внешний вид поверхности канала ствола	Измерение калибра ми с казенной части стола	Имитация выстрела (протягивание свинцового столбика)
Исходный - после покрытия и 700 выстрелов	Поверхность серого цвета, закрытие раковин (<< точек >>)	7,61 Пр 7,615 Пр на длину 470 мм	Отсутствие расшире-ния <<бочки>> в центральной части, небольшое сужение (напор) к дульной части
После 700 выстрелов на долговечность и чистки	Без изменений	7,61 Пр 7,615 Пр на длину 470 мм	Без изменений
После 2000 выстрелов на долговечность и чистки	Без изменений	7,61 Пр 7,615 Пр на длину 470 мм.	Без изменений
После 3000 выстрелов на долговечность и чистки	Без изменений	7,615 Пр 7,62 Пр на длину 400 мм	Без изменений
После 4000 выстрелов на живучесть и чистки	Поверхность серого цвета, неполное закрытие раковин (<< точек >>)	7,615 Пр 7,62 Пр на длину 440 мм	Без изменений
После 5000 выстрелов на долговечность и чистки	Поверхность серого цвета, неполное закрытие раковин (<< точек >>)	7,615 Пр 7,62 Пр на длину 460 мм	Без изменений
После 5500 выстрелов на долговечность, без чистки и смазки в тире 3 недель	Поверхность серого цвета, налипание нагара после хранения в тире, неполное полное закрытие раковин (<<точек>>)	7,62 Пр 7,63 Пр на длину 460 мм	Без изменений
После 7000 выстрелов на долговечность, без чистки и смазки в тире 3 недель	Поверхность серого цвета, налипание нагара после хранения в тире, неполное закрытие раковин (<<точек>>)	7,64 Пр 7,65 НеПр	Без изменений
После 8000 выстрелов на долговечность	Поверхность серого цвета, неполное закрытие раковин (<<точек>>)	Без изменений	Без изменений

Таблица №8. Результаты изменения кучности стрельбы R ₅₀ в см в процессе испытаний

R 50 , см в процессе испытаний (количество выстрелов)
Исходная
2,3	2,25	2,4	2,3	2,6	1,9	2,0	1,8	2,5
2,0	2,45	2,1	2,45	2,2	2,4	1,8	1,9	1,9
1,8	2,0	2,1	2,3	2,2	2,2	1,9	2,5	2,5
3,4	3,0	1,6	2,15	1,9	2,7	2,5	3,05	3,2
2,4	2,0	2,3	2,1	1,7	2,6	2,4	2,5	2,2
2,4	2,3	3,0	2,1	2,3	2,2	2,1	2,0	2,4
R 50 ср , см
2,35	2,35	2,25	2,23	2,15	2,35	2,12	2,3	2,45

На рисунке №2 приведены мишени стрельб изделия МЦ 14–1

№ 640 306 со стволом № 9 – 01 (первые серии из 20 выстрелов, всего шесть серий).

Рас. 2

R ₅₀ = 2,35 см R ₅₀ = 2,15 см R ₅₀ = 2,45 см

А Б В

А - 1 серия из 20 выстрелов исходная

Б - 1 серия из 20 выстрелов после 4000 выстрелов

Дата добавления: 2015-07-25