СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ СТВОЛА ОГНЕСТРЕЛЬНОГО ОРУЖИЯ
METHOD TO FORM COATING OF INTERNAL SURFACE OF FIREARMS BARREL

Изобретение относится к обороной технике, а именно к производству стрелково-пушечного вооружения, и может быть использовано при ремонтно-восстановительных операциях на ремонтных предприятиях или в местах эксплуатации.
Проблема живучести стволов артиллерийского и стрелкового вооружения [1-8] является чрезвычайно острой, так как ствол представляет самую недолговечную из ответственных деталей оружия. В среднем продолжительность службы основных узлов орудия оказывается на порядок больше, чем живучесть ствола.
Живучесть стволов оценивается количеством выстрелов на полном заряде, которое может быть сделано до выхода ствола из строя вследствие износа. Ствол достигает предела живучести, если при стрельбе обнаруживается один из следующих критериев:
- падение начальной скорости снаряда составляет 10% от средней номинальной;
- максимальное давление пороховых газов уменьшилось до величины, при которой не происходит взведения более 30% основных взрывателей при стрельбе на наименьших зарядах;
- произведение величины вероятного отклонения по дальности на величину вероятного бокового отклонения увеличилось в 8 раз по сравнению с табличным.
Живучесть ствола в зависимости от мощности и калибра орудия изменяется в весьма широких пределах: для орудий малой мощности - несколько тысяч выстрелов, для орудий средней мощности - несколькими сотнями выстрелов и для особо мощных орудии крупных калибров - несколькими десятками выстрелов.
На практике живучесть стволов контролируется по измерению начальной скорости снаряда.
Живучесть ствола обуславливается интенсивностью износа внутренней поверхности ствола. Для его снижения употребляют специальные сорта сталей, сменные вставки и системы непрерывного охлаждения стволов и другие методы.
Одним из направлений повышения живучести ствола является применение покрытий внутренней поверхности ствола, способствующих снижению ее износа.
Известен способ смазки канала ствола, частей и механизмов огнестрельного оружия, включающий чистку и нанесение защитного слоя, отличающийся тем, что в качестве защитного слоя наносят посредством натирки ультрадисперсный порошок политетрафторэтилена (УПТФЭ) [9].
Данным способом достигается следующий результат:
- отсутствие коррозии стволов в процессе их хранения до 6 месяцев;
- восстановление внешнего вида внутренней поверхности ствола при шестикратном применении метода перед выстрелом;
- повышение кучности стрельбы.
Недостатком этого способа является то, что для поддержания стабильного состояния ствола необходимо периодически обрабатывать внутреннюю поверхность в связи с недостаточной адгезией УПТФЭ и металла. Для повышения показателей живучести при данном способе, таким образом, требуется постоянная дообработка стволов, что вызывает неудобства в полевых условиях.
3
2
5
4
Еще одним методом применения покрытий внутренней поверхности стволов является способ изготовления износостойкого ствола огнестрельного оружия [10], включающий предварительную очистку и обработку ультрадисперсным порошком или смесью ультрадисперсного порошка и технологической среды, выполняемую перед каждым выстрелом серии, состоящей не менее чем из 3-5 выстрелов, путем нанесения ультрадисперсного порошка или его смеси с технологической средой на внешнюю поверхность каждого снаряда и внутреннюю поверхность ствола, при этом ультрадисперсный порошок приготовляют из природного минерала или смеси природных минералов, выбранных из ряда слоистых силикатов, включающих различные структурные модификации состава Mg[SiO](OH), а содержание природного минерала или смеси природных минералов в технологической среде берут не менее 1,0-1,5 г/мл и количество выстрелов в серии и содержание ультрадисперсного порошка в технологической среде устанавливают в зависимости от состояния внутренней поверхности ствола.
Данным способом достигается следующий результат [10]:
- для стрелкового вооружения кучность боя увеличивается с исходных 9,5-7,5 см до 4,0 см;
- для орудия (калибр 128,5 мм) кучность увеличилась в 1,4 раза.
Недостатком этого способа является необходимость для формирования покрытия внутренней поверхности ствола многократного введения суспензии в ствол и на поверхность снаряда и связанная с этим нестабильность характеристик покрытия.
Третьим способом получения покрытий на внутренней поверхности ствола является способ получения покрытия канала ствола огнестрельного оружия, включающий операцию предварительной обработки поверхности канала и операцию нанесения покрытия, при котором предварительную обработку поверхности канала ствола осуществляют смесью природных минералов и биологических ферментных систем, растворенных и взвешенных в изопропиловом спирте при температуре 50-80°C в течение 60-90 мин, а затем наносят слой полифункционального состава (СПФ), состоящего из смеси гомогенных и гетерогенных катализаторов и дисперсионно-упрочняющих систем в вязком носителе, который подвергают термообработке в течение 2-4 ч при температуре 110-120°C, затем ствол собирают с оружием, которое заряжают пулей или снарядом и осуществляют стрельбу для упрочнения нанесенного покрытия, при этом количество упрочняющих выстрелов и наносимых слоев покрытия устанавливают в зависимости от калибра канала ствола. Процесс стрельбы и нанесения СПФ повторяется определенное количество раз в зависимости от калибра ствола.
При применении указанного способа получены следующие результаты [11]:
- при упрочнении выстрелами образуется защитное покрытие, которое представляет собой непрерывную, неоднородную пленку толщиной порядка 5-20 мкм, с четкой и широкой (10-20% от толщины самого слоя) диффузионной зоной перехода защитного покрытия в металл, которое обеспечивает износостойкость канала ствола при эксплуатации, устраняет дефекты геометрии канала ствола, а также коррозионно-эрозионные поражения;
- полученное по данному способу покрытие не уступает хромовому по износостойкости и превосходит его по сохранению параметров внутренней и внешней баллистики оружия.
Недостатками этого способа являются нестабильные характеристики покрытия и нестабильные показатели надежности и живучести стволов.
Таким образом, из описания приведенных аналогов видно, что по геометрическим и физико-механическим характеристикам покрытия приведенные аналоги не дают стабильности и заранее предсказуемых результатов, по процессам формирования покрытия аналоги не обеспечивают технологичности, простоты и удобства формирования покрытий как при изготовлении, так и при восстановлении ствола в процессе ремонта или эксплуатации и не решают задачу повышения живучести ствола до уровня живучести остальных механизмов артиллерийско-стрелкового вооружения, хотя и обеспечивают существенное улучшения ряда характеристик ствола.
В качестве прототипа выбран способ получения покрытия канала ствола огнестрельного оружия [11] ввиду сходства технологий формирования покрытия.
В прототипе получаются следующие характеристики ствола:
- толщина покрытия переменна - от 5 до 20 мкм - по длине и диаметру ствола;
- покрытие не уступает хромированию по износостойкости;
- покрытие превосходит метод хромирования по внутренней и внешней баллистике ствола, т.е., в частности, по начальной скорости вылета снаряда.
Как и предыдущие аналоги, прототип имеет те же недостатки: нестабильное по характеристикам покрытие, нетехнологичность его формирования в условиях производства, ремонта и эксплуатации.
В основу изобретения поставлена задача создания способа формирования покрытия внутренней поверхности канала стволов артиллерийского и стрелкового оружия, при котором начальная скорость вылета снаряда может поддерживаться постоянной в течение всего срока службы орудия или образца стрелкового вооружения в целом.
Технический результат - стабильность начальной скорости вылета снаряда достигается путем улучшения механических характеристик основного материала внутренней поверхности ствола, использования для формирования поверхностного слоя минеральных материалов природного происхождения, обработки поверхностного слоя, позволяющей обеспечить требуемые для решения поставленной задачи физико-механические характеристики материала.
2
2
Технический результат обеспечивается тем, что в способе формирования покрытия внутренней поверхности ствола огнестрельного оружия при изготовлении изделия формирование покрытия на внутренней поверхности ствола, гладкого или нарезного, осуществляется посредством механического давления, в качестве материала покрытия используются мелкодисперсные порошки природных минеральных материалов или их смесей, обладающих энергоплотностью [12] не менее 80 кДж/см с технологической средой, формирование покрытия проводят при давлении от инструмента не менее 2,5 Н/мм, толщину покрытия обеспечивают не менее 50 мкм, а при эксплуатации стволов орудия или стрелкового вооружения минеральное покрытие внутренней поверхности ствола возобновляют периодически через определенное для каждого типа орудий или стрелкового вооружения число выстрелов посредством инструмента, создающего давление и при использовании порошков природных минеральных материалов или их смесей с технологической средой в соотношении 1:1.
Примеры конкретной реализации
Пример 1. Ствол 122-мм гаубицы с внутренней поверхности покрыт смесью серпентинита и двуокиси циркония до получения матовой поверхности. Произведена серия выстрелов на полном заряде. Увеличение начальной скорости снаряда в течение интервала приработки покрытия в 10 выстрелов составило 0,41%. После последующих 100 выстрелов величина начальной скорости вылета снаряда сохранилась постоянной. Для гаубиц указанного типа по средним статистическим данным на интервале в 1000 выстрелов изменение скорости вылета снаряда от числа выстрелов при полном заряде фиксируется в 0,25% от первоначальной величины. При этом скорость отката ствола снизилась на 2,1%.
Пример 2. Ствол гаубицы Д30 обработан смесью серпентинита и двуокиси кремния. Проведена серия выстрелов на половинном заряде. Увеличение начальной скорости снаряда в течение интервала приработки покрытия в 10 выстрелов составило 0,9% от средней начальной величины. Параметр начальной скорости при дальнейшей стрельбе сохранился постоянным при периодическом возобновлении внутренней поверхности ствола.
Приведенные примеры показывают, что заявленный способ позволяет обеспечить постоянство одного из основных параметров, характеризующих живучесть стволов.
Источники информации
1. Иванов В.А., Горовой В.Б. Устройство и эксплуатация артиллерийского вооружения российской армии. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. тех. ун-та, 2005, 260 с.
2. Орлов Б.В., Ларман Е.К., Маликов В.Г. Устройство и проектирование стволов артиллерийских орудий. М.: «Машиностроение», 1976, 432 с.
3. Проектирование ракетных и ствольных систем. / Под. ред. Б.В.Орлова. М.: «Машиностроение», 1974, 827 с.
4. Справочник офицера наземной артиллерии. / Под ред. В.Я.Лебедева, 399 с.
5. Таптун А.С. Производство артиллерийских систем. Оборонгиз, 1960, 340 с.
6. Годиенко Н.И. Теория и расчет артиллерийских орудий. Пенза, 1967.
7. Артиллерийское вооружение. Основы устройства и конструирования. М.: Машиностроение, 1975.
8. Серебряков М.Е. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет. М.: Оборонгиз, 1962, 703 с.
9. Патент №2074349 от 27.02.1997. Способ смазки канала ствола, частей и механизмов огнестрельного оружия.
10. Патент №2169328 от 20.06.2001. Способ изготовления износостойкого ствола огнестрельного оружия.
11. Патент №2338990 от 20.11.2008. Способ получения покрытия канала ствола огнестрельного оружия.
12. Зуев В.В. Конституция, свойства минералов и строение Земли (энергетические аспекты). СПб.: «Наука», 2005, 400 с.