12_Pisarenko.doc Аналіз проблем зношування стволів стрілецької зброї Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 2 84 Писаренко В.Г. КНВО "Форт" МВС України, м. Вінниця, Україна АНАЛІЗ ПРОБЛЕМ ЗНОШУВАННЯ СТВОЛІВ СТРІЛЕЦЬКОЇ ЗБРОЇ Вступ У процесі пострілу із зброї з нарізним стволом снаряд набуває заданої лінійної й кутової швид- кості, що забезпечує йому необхідну дальність і стійкість польоту по траєкторії [1]. В задній частині сна- ряду або патрона є один або два ведучих паска (у вигляді кілець, закріплених на корпусі) з відносно м’яких матеріалів. При врізанні ведучого паска в нарізи ствола відбувається закручування снаряду нав- коло своєї вісі, в той же час зона ковзного контакту (ведучий пасок - нарізи) повинна запобігати витоку порохових газів в напрямку руху снаряда. Процес фрикційної взаємодії ведучого паска з нарізами каналу ствола супроводжується зносом обох елементів пари тертя, яка розглядається. Термін служби каналу ствола визначається допустимою величиною втрати початкової швидкості снаряду при вильоті зі зброї, або втратою стійкості його в польоті. Зазвичай він визачається декількома тисячами пострілів, що відповідає часу експлуатації ствола до 10 с. Надмірний знос ведучого паска може призвести до появи зазора між паском і стволом, прориву порохових газів в цей зазор, виникненню одностороннього контакту корпусу снаряду з каналом ствола і, як наслідок, до підвищеного зносу ствола. На корпусі такого снаряду після пострілу видно сліди нарізів ствола. Під ресурсом стволів стрілецької зброї розуміють кількість пострілів до досягнення стволом критерія граничного стану. Критерій граничного стану оговорюється в технічних умовах на зброї. Погіршення кучності, тобто зріст розсіювання пробоїн, настає як внаслідок діаметрального зносу каналу ствола, так і внаслідок його нерівномірності по по довжині ствола. Таким чином, ресурс ствола залежить від величини, інтенсивності і характера зноса канала ствола. Дослідженням процесу зноса стволів вогнепальної зброї займався цілий ряд вчених: Д.К. Чернов, А.А. Благонравов, В.Є. Слухоцький, Н.Ф. Дроздов, Ю.В. Чуєв, Є.І. Совз, А.Г. Шипунов, В.В. Свешніков, В.С. Логвінов, Нобль, Шарбоньє, Габо, Летан та інші. [1, 2] Ці дослідження були присвячені як стволам артилерійської зброї з роздільним и гільзовим за- ряджанням, з поодиночними пострілами, так і стволам автоматичної зброї. В загальному випадку, зносом називають залишкові зміни форми або розмірів на поверхнях твердих тіл внаслідок тертя. Стосовно снайперської зброї знос каналу ствола є результатом його взаємодії з двома фізичними тілами - порохо- вим газом, що утворюється в результаті згорання порохового зараду, і кулею. Процеси фізико-хіміко-механічної взаємодії системи «ствол-патрон» Стуктурні перетворення в поверхневому шарі матеріалу стволів можна представити наступним чином. Під час пострілу, внаслідок високих температур і тиску, виникає цементація сталі: завдяки дифузії вуглецю утворюється твердий розчин вуглецю в сталі, який при охолодженні виділяється у вигляді карбіда заліза ( CFe3 ). Шар, який при цьому утворюється називають «білим шаром». Дослідження білого шару дозволили висловити припущення, що насичений вуглецем рідкий метал, який утворюється на поверхні канала ствола, швидко твердіє після пострілу і утворює тонкий шар мілкозернистої евтектики CFe3 і Fe зі значним вмістом аустеніту. Цементований шар плавиться при температурі 1150 ºС, в той час як температура плавлення основного металу складає 1450 ºС, що викликає утворення тріщин. При цьому кисень окислює поверхню канала ствола. Навіть при одиничному пострілі нагрів приповерхневого шару стінки ствола викликає фазове перетворення структури метала в аустеніт при порівняно помірних температурах – близько 725 ºС. При охолодженні утворюється невідпущений крихкий мартенсит з залишками аустеніта. При циклічній зміні температури ствола, яка супроводжується фазовими перетвореннями, невідповідність об’ємів кожної з фаз призводить до виникненян напружень и утворенню тріщин. В приповерхневому шарі утворюються великі термічні напруження через великі відмінності в коефіцієнтах розширення аустеніта і ферита, що викликає при циклічному нагріві - охолодженні виникнення сітки тріщин. Інколи білий шар складається з двох різних шарів: зовнішнього, який включає в себе карбіди заліза, оксіди, нітриди і сталь як в аустенітній, так і в мартенситній фазах, і внутрішнього, що містить вуглець і азот, які розподілені в аустеніті. Аустенітна фаза має низьку межу текучості, високу пластичність, тому більш піддається хімічному впливу; мартенситна структура має високу межу текучості, але значно меншу пластичність і схильність до тріщиноутворення, тому чутлива до механічного зносу. Окрім хімічного і структурно-фазового впливу, пороховий газ справляє механічний і термічний вплив на приповерхнений шар канала ствола. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Аналіз проблем зношування стволів стрілецької зброї Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 2 85 За час пострілу, тривалістю в тисячні долі секунди, поверхня канала ствола в запульному просторі піддається впливу порохового газу з максимальними величинами тиску більше 300 МПа і тем- пературою більше 2700 ºС. Фізичний стан приповерхневого шару під впливом порохового газу змінюється наступним чином: в перший момент в ньому виникають напруження розтягу за рахунок дії тиску порохового газу. Потім приповерхневий шар наргрівається за рахунок тепловіддачі порохового га- зу до високої температури і прагне подовжитись і розширитись. Але навколишні, не нагріті шари металу не дають йому цього зробити, в результаті чого в цьому шарі виникають тангенціальні температурні на- пруження розтягу, які утворюються тиском порохового газу. За рахунок лінійного розширення приповерхневого шару и зміни механічних властивостей матеріалу в ньому виникають напруження стискання. Напруження стикання в приповерхневому шарі ка- налу ствола в перерізі, віддаленому на відстань x від казеного зрізу визначаються залежністю[1]: ( )НxTx ТTE КН −µ− α =σ 1 , (1) де Tα – коефіцієнт лінійного розширення; E – модуль пружності; µ – коефіцієнт Пуасона; КНX T – температура приповерхневого шару канала ствола; НТ – початкова температура стінки ствола. Якщо розподіл температури по товщині стінки таке, що: ( ) TНxT ТTE КН σ>−µ− α 1 , (2) де Tσ – межа текучості, то в стволі з’являється пластично деформована зона стискання зі сторо- ни внутрішньої поверхні. Стиснутий тонкий шар діє на основну товщину ствола як додатковий внутрішній тиск; крім того він є джерелом тепла. Після закінчення теплового імпульсу приповерхневий шар каналe ствола починає вистигати, віддаючи тепло решті металу ствола, напруження стискання в приповерхневому шарі знімаються і вини- кають розтягучі напруження за рахунок лінійного стиснення. Таким чином, при поодиночному пострілі приповерхневий шар каналу ствола під дією порохо- вих газів зазнає циклічних навантаження: розтяг-стискання-розтяг.В результаті на поверхні каналу ство- ла виникає сітка тріщин, з розмірами, які поступово зменьшуються до дульної частини. Температура поверхні каналу ствола залежить від інтенсивності тепловіддачі порохового газу і теплової активності металу, яка характеризує внутрішню передачу тепла в товщу стінки. При розв'язанні задачі про теплообмін між пороховим газом і поверхнею каналу ствола, викори- стовують закон Ньютона-Ріхмана: ( )ХКНX TTdt dq ,−α= , (3) де Xq – кількість тепла, яка вводиться в ствол при пострілі за рахунок тепловіддачі порохового газу через одиницю площі поверхні каналу; α – коефіцієнт тепловіддачі порохового газу; T - температура порохового газу; ХКНT , – температура поверхні каналу ствола в розрахунковому розрізі, віддаленому на відстань х від казеного зрізу каналу ствола. При одиничному пострілі, нехтують тепловіддачею з зовнішньої поверхні в осьовому напрямку. Взаємодія кулі з каналом ствола визначається тиском порохового газу, швидкістю кулі і конструкцією кулі [5], від яких залежить величина сили тертя в парі «куля-кнал ствола». Сила тертя TPF залежить від радіального контактного напруження rσ і коефіцієнта тертя f [1]: ∫ σπ= nl rTP dlrfF 0 2 , (4) де nl – довжина ведучої частини кулі; r – еквівалентний радіус поверхні тертя кулі. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Аналіз проблем зношування стволів стрілецької зброї Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 2 86 Найбільш поширеними є оболонкові кулі, конструкція яких складається з біметалевої оболон- ки, в середені якої або послідовно розташовані сталевий і свинцевий сердечники, або коаксіально стале- вий сердечник і свинцова рубашка. Внаслідок імпульсного характеру навантаження кулі при пострілі свинець переходить у в'язко- пластичний стан, передаючи навантаження по всім напрямкам однаково як пластично нестискаюче сере- довище. Тому радіальне контактне напруження буде визначатися сумою осьового rocσ і відцентрового напруження rццσ від інерції свинцової рубашки або сердечника і відцентровою силою rеσ від ексцен- триситета центра мас кулі, який виникає з технологічних причин. Тертя та зношування нарізного ствола стрілецької зброї Розглядаючи рух снаряду по каналу ствола доцільно виділити три ділянки: початкова (ділянка врізання ведучого паска в нарізи), середня і дульна. Ці ділянки відрізняються одна від одної контактними тисками і швидкостями ковзання. Відома методика В.А. Балакіна [8] експериментального визначення сил тертя в процесі пострілу, яка основана на використанні рівняння руху снаряду по каналу ствола у вигляді: TF dt dV m −= , (5) де m – маса снаряда; V – швидкість; t – час; F – сила тиску порохових газів; T – сила тертя. У рівнянні (5) відсутня сила аеродинамічного опору повітря, отже, ним можна користуватись тільки на початковій ділянці руху, коли швидкість снаряду ще мала. В [8] розглянуті питання контактної геометрії, а також радіальних переміщень ведучого паска, корпуса снаряда і ствола під дією порохових газів. В початкові моменти врізання, коли швидкість ков- зання ще мала, відбувається інтенсивне пластичне деформування поверхневих шарів ведучого паска більш жорсткими виступами нарізки ствола. Характер фрикційної взаємодії двох тіл в зоні ковзного кон- такту при цьому можна кваліфікувати як тертя без змащення. Зі збільшенням швидкості зростає інтенсивність тепловиділення. Приблизно через 130 мм шляху відбувається повне врізання ведучого пас- ка в нарізи ствола, коефіцієнт тертя зменшується до значень, характерних для гідродинамічних режимів тертя. На підставі цього в роботах [4, 8] робиться висновок про плавлення поверхні тертя ведучого паска та подальшого руху снаряду зі змащенням. Дослідження [8] показали, що знос по довжині ствола нерівномірний. Підвищений знос ствола спостерігається на ділянці врізання. Чим вища твердість матеріалу ведучого паска, тим інтенсивніший знос ствола. Використання полімерних і пластмасових пасків збільшує строк використання ствола. За- стосування пасків з відпаленого заліза веде до більшого (в порівнянні з міддю і мідним сплавом) зносу нарізів ствола. Крім тертя на знос ствола зброї діє термічний, хімічний і механічний вплив порохових газів, які викликають ерозію канала ствола. Ряд компонентів порохових газів вступає в хімічну реакцію з нагрітою поверхнею ствола, змінюючи її фізико-хімічні властивості і в, зокрема, знижуючии температу- ру плавлення. В лабораторних умовах моделювання процесів фрикційної взаємодії снаряду з каналом ствола зброї проводилось [1] на спеціальній дисковій установці при швидкостях до 600 м/с. Установка склада- лася з диска диаметром 610 мм, який через коробку швидкостей приводився до обертання за допомогою єлектродвигуна. Диск виготовлений з матеріалу ствола знаряддя. До пласких (торцевих) поверхонь диска поблизу його перифирії притискались (торцем) циліндричні зразки діаметром 2 мм. Зусилля притискання створювалось пневмоциліндром. Зразки мають можливість рухатись по радіусу до центру диска, в результаті чого здійснюється тертя по новому сліду. Радіальний рух зразків здійснювався від автоном- ного електропривода. В процесі випробувань за допомогою тензометрії вимірювались сили тертя і номінальний тиск. Одночасно реєструвалась кутова швидкість диска, а після випробувань лінійний знос зразків. Максимальну температуру на поверхні тертя нарізів ствола в зоні фрикційного контакту можна визначити за домогою теорії Блока, використовуючи формулу [1]: 21 max )(2 ρπλ=ϑ cbVfp , (6) де maxϑ – максимальна температура на ковзаючому контакті; λ – коефіцієнт теплопровідності; PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Аналіз проблем зношування стволів стрілецької зброї Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 2 87 с – питома теплоємкість; ρ – густина; b – довжина контакту. З виразу (6) знаходять коефіцієнт тертя: 210 )( bVc p T Cf пл λρ      ϑ− = , (7) де C – константа; плT – температура плавлення матеріалу паска; 0ϑ – початкова температура. В зоні контакту утворюється рідка плівка змінної товщини в результаті фрикційного нагріву і плавлення поверхневих шарів повзуна. При цьому вважається, що плівка розплаву є ньютонівською рі- диною і має постійну густину; все тепло, що виділяється в плівці при її зсуві, йде на плавлення повзуна; течія рідкої плівки в зазорі описується одномірним рівнянням Рейнольдса. Використання рівнянь гідродинамічної теорії змащування в роботі [8] стало можливим в резуль- таті припущення, що зазор між повзуном і контртілом, заповнений розплавом, має профіль аналогічний профілю зазора в радіальних підшипниках ковзання (тобто, який спочатку звужується, потім розширю- ється). Задача про оплавнення повзуна при високих швидкостях ковзання розглянута в припущенні, що поверхня плавлення повзуна і поверхня контртіла паралельні, а товщина плівки вздовж контакту постійна. У вказаному підході однак не враховується шорсткість контртіла (нарізів каналу ствола). Мо- дель взаємодії повзуна з контртілом при умові паралельності рухомої розплавленої поверхні і поверхні нерухомої значно спрощена, особливо для таких нестаціонарних процесів, як рух снаряда по каналу ствола. Питання механіки контакту, теплофізики тертя і теорії змащування при наявності фрикційного переносу в зоні ковзаючого контакту ведучий пасок - нарізи ствола є складними і недостатньо вивченим. Але , представлені вище моделі дають уявлення про стан питання по теорії тертя і зноса в каналах нарізних стволів артилерійської і стрілецької зброї. В загальному випадку знос каналу ствола залежить від параметрів, які наведені в таблиці [1]. Таблиця 1 Елемент Група параметрів Параметр геометрія каналу ствола діаметр по полям нарізів;число і крок нарізів; ширина нарізів; довжина ствола Ствол приповерхневий шар каналу ствола хімічний склад; фазовий стан; шорсткість; коефіцієнт тертя зрушення кулі; межа текучості; межа міцності; твердість; коефіцієнт лінійного розширення Пороховий заряд параметри інтенсивності газоутворення імпульс тиску за час горіння пороха; коефіцієнт форми зерна; показник закону зміни поверхні горіння; характеристика моменту розпаду зерен Гільза об’єм зарядної камори; тиск розпатронування геометрія кулі діаметр кулі; довжина напрямної частини кулі; діаметр свинцевої рубашки; діаметр сталевого сердечника; товщина оболонки; товщина покриття оболонки масові характеристики маса кулі; маса свинцевої рубашки; ексцентриситет мас кулі Куля матеріал густина матеріалу оболонки; густина матеріалу рубашки; коефіцієнт Пуасона для матеріалу рубашки; матеріал покриття оболонки З таблиці видно, що знос каналів стволів і відповідно ресурс стволів зброї є результатом ком- плексного впливу різних за своєю природою факторів, величина і ступінь участі в зносі яких, залежить від сполучення ряду параметрів системи «ствол-патрон», які закладені конструктором на стадії проекту- вання. Трибологічні фактори граничного стану стволів зброї Я було сказано вище, оцінка ресурса стволів стрілецької зброї виконується по кількості зробле- них пострілів до досягнення стволом критерія граничного стану. Для срілкової зброї існує декілька критеріїв граничного стану, встановлених відносно паспортних значень параметрів: зменшення PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Аналіз проблем зношування стволів стрілецької зброї Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 2 88 початкової швидкості куль на 5 % і більше, збільшення розсіювання куль більш ніж в 2 рази; поява більше 50 % овальних і бокових пробоїн. Збільшення розсіювання куль може наставати як за рахунок діаметрального зноса каналу ствола, коли не забезпечується необхідне обертання і швидкість кулі і, відповідно, стійкість її руху по траєкторії, так і внаслідок нерівномірного зносу по довжині ствола, яке утворює збурювання кулі при виході з її ствола, хоча стійкість руху кулі при цьому може забезпечуватись. Під зносом ствола розуміють незворотні зміни поверхні каналу ствола, обумовлені впливом на неї пострілу. Знос ствола це не тільки зміни розмірів і форми його каналу, але і утворення на ньому сітки тріщин, хімічні і структурні перетворення в матеріалі, остаточні деформації поверхні і т. і. Засновником теорії зносу каналів стволів вважається професор Д.К. Чернов, який показав, що зниження ресурса ствола відбувається внаслідок появи на поверхні каналу ствола тріщин [9]. Найбільш розвинені і глибокі тріщини з’являються в казеній частині. Появу тріщин Д.К. Чернов бачив в різких термічних змінах каналу ствола при пострілі. З причини теплового, хімічного впливу гарячих газів, механічної взаємодії снаряду зі стволом з’являються тріщини, які утворюють, по мірі збільшення числа пострілів, замкнуті петлі. Прорив газів між стінкою ствола і снарядом викликає ерозійний знос ствола, який призводить до втрати початкової швидкості і порушенню правильності польоту кулі. В теперішній час існує розуміння, що визначальним для зношування каналів стволів є знос за рахунок впливу ведучих елементів куль у вигляді трибомеханічного зносу і порохових газів у вигляді трибологічної деструкції - термодинамічного,газодинамічного, ерозивного зносу. Питання трибомеханічного зносу розглянуті ав- торами в роботах [10, 11]. Термодинамічний вплив порохового газу. Картина фізичного стану приповерхневого шару канала ствола при одиночному пострілі, який супроводжується дією високого тиску порохового газу і теплового імпульса, така: оскільки тепло не відразу передається стінці циліндра, то спочатку виникають напружен- ня і деформації тільки за рахунок внутрішнього тиску. Для спрощення приймають, що ці напруження пружні. Динамічний стан порохового газу для піродинамічного періоду, що змінюється, описується сис- темою рівнянь [12]: - зміна внутрішньої енергії газа в закульному об’ємі: )(lSVp dt dU −= ; - середньомасовий тиск в каналі ствола: ( ) SlbmW U kp +− −= ω0 1 ; - тиск біля дна кулі: qm m p lp ω+ = 3 1 1 )( ; - швидкість кулі: )( )( lp m S dt ldV q = ; - шлях кулі: )(lV dt d = l ; - розподіл тиску по довжині закульного простору: ( )20 2 )]()0([)0()( ll x lpppxp + −−= ; де U – внутрішня енергія порохового газу; t – час; p – середньомасовий тиск; k – відношення теплоємності при постіному тиску і постіному об’ємі; 0W – об’єм зарядної камори; b – коволюм порохового газу; ωm – маса пороховогу заряду; S – площа поперечного зрізу канала ствола; l – шлях дна кулі по каналу ствола; )(lp – тиск біля дна кулі; qm – маса кулі; PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Аналіз проблем зношування стволів стрілецької зброї Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 2 89 ( )lV – швидкість газу біля дна кулі (швидкість кулі); 0l – приведена довжина зарядної камори. При згоранні порохового заряда тільки 25 - 30 % енергії, що виділяється витрачається в якості корисної роботи на викид кулі. На врізання в нарізи і подолання тертя кулі при русі по каналу ствола нагрівання стінок ствола, гільзи, шляху, переміщення рухомих частин в автоматичній зброї, викид газоподібної і незгорівшої частини пороха - використовується до 20 % енергії порохового заряда. Близь- ко 40 % енергії не використовується і губиться після вильоту кулі з каналу ствола. Умови теплообміну при пострілі такі, що швидкість зміни температури досить велика і при дослідженні теплових напружень в тілах слід враховувати динамічні ефекти, обумовлені рухом частинок твердого тіла при швидкому тепловому розширенні. В процесі теплового удару різка зміна температури тіла відбувається тільки в надто тонкому приповерхневому шарі, які прилягає до його поверхні. Різка зміна температури тіла в процесі теплового удара відбувається тільки в надто тонкому приповерхневому шарі, тому, на відмінність від вище розлянених задач термопружності, при тепловому ударі в рівняннях руху не враховується інерційні (Даламберові) сили [12]. При тепловому ударі великої інтенсивності в приповерхневому шарі виникають значні пластичні деформації стискання, після закінчення удару вони міняють знак, досягаючи приблизно тої ж абсолютної величини. Для теорії теплового удару і напруженості граничного шару не суттєво, рівномірно чи нерівномірно в різних точках поверхні тіла відбувається тепловіддача, суттєво тільки, щоб градієнти температур в будь-якому напрямку на поверхні тіла були значно менші градієнта температури по глибині граничного шару [13]. При тепловому ударі в каналі ствола під дією температури і внутрішнього тиску відбуваються наступні явища. В приповерхневому шарі металу ствола, на протязі часу дії теплового імпульса, виника- ють тангенціальні і осьові стискаючі напруження, які перевищують межу текучості і викликають пластичні деформації стискання порядка 1 % [13]. По закінченні дії теплового імпульсу у вказаному шарі металу тангенціальне і осьове напруження стають розтягуючими, інтенсивність напружень перевищує межу текучості. При цьому тангенціальна і осьова пластичні деформації видовження знову досягають значень порядка 1 % [13]. При батократній дії теплових імпульсів тонкий шар металу зазнає повторних знакозмінних пластичних деформацій, що викликає втомне руйнування. Після досягнення межі втоми і утворення великої кількості мікротріщин, відстань між якими значно менша товщини приграничного шару метала, при наступних теплових імпульсах повинен почати- ся інтенсивний знос приповехневого шару канала ствола. Якісна сторона явищ, які описуються вперше встановлена Д.К. Черновим [9]. Таким чином, при одиночному тепловому імпульсі внутрішній шар ме- талу двічі або (у випадку достатньо великого максимального внутрішнього тиску) тричі виходить за ме- жу пружності, отримуючи спочатку від максимального тиску невелике видовження порядка 0,3 %, потім значне стискання від дії високої температури порядка 1 % і потім за рахунок повного вистигання значне видовження порядка 1 % [14, 15]. Газодинамічний вплив порохового газу. При сильному нагріві внутрішньої поверхні каналу ство- ла і наявності потоку порохового газа вздовж осі канала однією з можливих причин руйнування припо- верхневого шару може бути газодинамічний винос металу, який не ще приходить в рідкий або газоподібний стан [15]. Інтенсивний винос твердої речовини з поверхні починається з моменту, коли швидкісний напір газу або рідини 22Vρ стане порядку межі текучості sσ нагрітого поверхневого шару метала. Отже ос- новним параметром, що характеризує газодинамічне винос поверхневого металу потоком рідини або газів, буде: s V Г σ ρ = 2 2 . Тобто граничний стан виникає при Г , близькому або більшому одиниці. Ерозивний знос каналу ствола. Ерозивне руйнування - процес динамічний, тому він не може бу- ти ефективно проаналізований на основі традиційних статичних критеріальних співвідношень, яким є, наприклад, критерій критичного напруження. В аналізі процесів ерозійного руйнування користуються підходами М.Ф. Морозова, В.І. Смірнова, Ю.В. Петрова [15]. Найважливішою особливістю ерозійного процесу є те, що при цьому поверхня піддається впливу коротких динамічних імпульсів напруження. Оцінка можливості руйнування в таких умовах може бути проведена тільки на основі критеріїв, які вра- ховують специфіку швидкісного динамічного розриву твердих тіл. Фрактографічний аналіз показав [1], що при ерозійному руйнуванні визначальним фактором є утворення кільцевих тріщин, утворених контактною динамічною взаємодією летючих твердих частинок з поверхнею. В експериментах по ерозійному руйнуванню використовують дрібні сферичні частинки розмірами до сотен мікрометрів, які при контактній взаємодії з поверхнею утворюють короткі руйнуючі імпульси. За їх характеристиками і граничною швидкістю удара , при якій починається ерозійне руйну- вання поверхні, можна визначити елементарний «квант» руйнування і відповідний йому інкубаційний PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Аналіз проблем зношування стволів стрілецької зброї Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 2 90 час. З іншого боку за визначальними параметрами руйнування, можна визначити характеристики ерозійного процесу. Хімічна дія порохового газу. Склад порохових газів впливає на зношування поверхні канала ствола. Хімічна енергія палива перетворюється в кінетичну енергію газів і далі в кінетичну енергію об’єкту. Внаслідок хімічної дії газів в каналі ствола можуть мати місце явища: цементації, окислення, нітрування, утворення твердих розчинів азота, водню з залізом. Поверхневий шар каналу ствола стає більш крихким, легкоплавким, з утворенням нітратів заліза. Процеси, що відбуваються в каналі ствола є нерівноваженими в просторі і нестаціонарними в часі. Постріл протягом десятків мілісекунд характеризується високим тиском до 600 МПа і високими температурами до 3000 К. Потенційна хімічна енергія пороху претворюється в результаті тертя в тепло- ву енергію порохових газів; теплова енергія порохових газів в кінетичну енергію руху кулі. Хімічні гетерогенні реакції не проявляють суттєвої ролі в процесах взаємодії поверхні канала ствола з пороховими газами. В нагарі ствола містяться продукти хімічної взаємодії порохових газів з металами ствола і кулі. Залізо, мідь, свинець знаходяться в нагарі у вигляді окислів і вуглекислих солей, оміднення стволів є ре- зультатом дії порохових газів на мідь. Добавка свинцю до порохового заряду зменшує вигорання міді [1]. Література 1. Дроздов Ю. Н. Прикладная трибология (трение, износ, смазка) / Ю. Н. Дроздов, Е. Г. Юдин, А. И. Белов. – М.: Эко-Пресс, 2010. – 604 с. 2. Ханов Г.В., Кучеров В.Г., Садовников В.И. и др. Физические основы устройства и функцио- нирование стрелково-пушечного, артиллерийского и ракетного оружия. Часть 1. Учебник, Волгоград: РПК "Политехник, 2002 г. . – 560 с. 3. Дроздов Ю.Н. Прогнозирование изнашивания с учетом механических, физико-химических и геометрических факторов / Ю.Н. Дроздов // Современная трибология. Итоги и перспективы; под ред. К.В. Фролова.– М. 2007. – С. 24-32. 4. Платонов Ю.П. Термогазодинамика автоматического оружия / Ю.П. Платонов // М.: Машино- строение, 2009. – 356 с. 5. Взаимосвязь износа каналов стволов снайперского оружия с конструкцией пули / В.К. Зелен- ко, В.М. Королев, Ю.Н. Дроздов // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2010. – № 3. – С. 83-87. 6. Дроздов Ю.Н. Трение и износ в экстремальных условиях / Ю.Н. Дроздов, В.Г. Павлов, В.Н. Пучков // М.: Машиностроение. – 1986, 220 с. 7. Дроздов Ю.Н. Противозадирная стойкость трущихся тел / Ю.Н. Дроздов, В.Г. Арчегов, В.И. Смирнов // М.: Наука, 1981, 139 с. 8. Балакин В.А. Трение и износ при высоких скоростях скольжения / В.А. Балакин // М.: Маши- ностроение, 1980. – 136 с. 9. Зеленко В.К. Система вооружения антитеррора / В.К. Зеленко // В сб. Труды IX всеросийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты и безопасности», т.1. «Технические средства противодействия терроризму и оружие нелетального действия». – СПб.– 2006 – С. 301-311. 10. Серебряков М.Е. Внутренняя балистика ствольных систем и пороховых ракет / М.Е. Сереб- ряков // М.: Оборонгиз, 1962, 214 с. 11. Д.К. Чернов. О выгорании каналов в ствольных орудиях. Артжурнал, 1912, №7. 12. Взаимосвязь износа каналов стволов снайперского оружия с конструкцией пули / Зеленко В. К., Королев В. М., Дроздов Ю. Н. // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2010. – № 3. – С. 83-87. 13. Зеленко В.К., Королев В.М., Дроздов Ю.Н. Основные факторы влияния на ресурс стволов снайперского оружия. 14. Платонов Ю.П. Термогазодинамика автоматического оружия. / Ю.П. Платонов // М.: Маши- ностроение, 2009 – 356 с. 15. Огибалов П.М., Грибанов В.Ф. Термоустойчивость пластин и оболочек / П.М. Огибалов, В.Ф. Грибанов // Изд-во Моск. Универст., 1968, 520 с. 16. Ильюшин А.А., Огибалов П.М. Теория теплового расчета толстостенных труб в упругой и упруго-пластической областях / А.А. Ильюшин, П.М. Огибалов // «Изв. артил. инж. академии им. Ф.Э. Дзержинского». – 1958. – 109 с. 17. Морозов Н.В., Смирнов В.И., Петров Ю.В. Об эрозионном разрушении твердых тел. Меха- ника контактных взаимодействий / Н.В. Морозов, В.И. Смирнов, Ю.В. Петров // М.: Физматгиз, 2001. – С. 640-650. Надійшла 1.04.2012 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com