способ изготовления износостойкого ствола огнестрельного оружия

Формула изобретения

1. Способ изготовления износостойкого ствола огнестрельного оружия, включающий предварительную очистку и обработку ультрадисперсным порошком, отличающийся тем, что обработку ультрадисперсным порошком или смесью ультрадисперсного порошка и технологической среды выполняют 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 Mg₃[Si₂O₅](OH)₄.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание природного минерала или смеси природных минералов в технологической среде берут не менее 1,0 - 1,5 г/мл.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество выстрелов в серии и содержание ультрадисперсного порошка в технологической среде устанавливают в зависимости от состояния внутренней поверхности ствола.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обороной технике, а именно к производству стрелково-пишечного вооружения, и может быть использовано для ремонтно-восстановительных операций.

Ввиду массового изготовления оружия особенно большое значение в настоящее время приобретает проблема живучести оружия, в частности живучести стволов. Вопрос о живучести стволов является чрезвычайно важным, так как в настоящее время ствол представляет самую недолговечную из ответственных деталей оружия. Нередко продолжительность службы автоматики в целом оказывается раз в десять больше, чем живучесть одного ствола. Эта диспропорция заставляет уделять вопросу живучести стволов серьезное внимание. Основными причинами, вызывающими износ стволов, являются: давление и температура пороховых газов; давление снаряда на боковую грань нареза; трение о поверхность канала при движении снаряда (пули) по нарезам [1, 2, 3].

Живучесть оружия измеряется количеством сделанных из оружия выстрелов до существенного изменения баллистических качеств оружия, которые определяются по ухудшению кучности боя, возникновению случаев срыва пуль с нарезов, приводящих к неправильному полету пули и т.п.

Изыскивая меры для уменьшения износа канала, прежде всего обратились к изысканию сортов специальных сталей, обеспечивающих большую живучесть стволов. Имеется ряд сортов специальных сталей, достаточно стойких против износа. Специальные стали, имеющие в своем составе такие элементы, как хром, никель, вольфрам, дают некоторое повышение живучести. Однако технологические затруднения при применении специальных сортов стали, в сравнении с незначительностью повышения живучести стволов, заставили искать и другие методы увеличения живучести стволов.

К таким методам относится специальная обработка поверхности канала, сводящаяся к приданию поверхности канала повышенной твердости: например, отложение на поверхности слоя хрома, специальные виды цементирования поверхности канала ствола, наклеп, сообщаемый поверхностному слою металла. Путем таких мер удается повысить живучесть стволов иногда раза в полтора [4].

Однако и при использовании указанных методов затраты на их осуществление во многих случаях не оправдываются уровнем повышения живучести.

Известен способ изготовления износостойкого ствола огнестрельного оружия [5] , включающий термическое повышение твердости части ствола и последующее напрессовывание на ствол кожуха, при котором термообработке для повышения твердости подвергают весь металл казенной части ствола, включая патронник и начало нарезной части на длине не менее трех калибров, а затем на участок с повышенной твердостью напрессовывают кожух, при этом кожух перекрывает этот участок на длину не менее одного калибра.

Изготовленный заявляемым способом ствол имеет высокую твердость материала в подверженной термопластическому износу зоне (начальный участок нарезной части) и достаточную конструктивную прочность за счет изготовления его по скрепленной схеме (наличие напрессованного кожуха).

Однако описанный выше способ существенно увеличивает стоимость изделия, не может быть использован для ремонтно- восстановительных работ, а кроме того, требует использования специального оборудования.

Наиболее близким к заявляемому решению по назначению, технической сущности и достигаемому результату при использовании является способ смазки канала ствола огнестрельного оружия, включающий чистку и нанесение защитного слоя ультрадисперсного порошка [6], при котором в качестве ультрадисперсного порошка используют порошок политетрафторэтилена, а на участки, не находящиеся во фрикционной связи, поверх защитного слоя ультрадисперсного порошка политетрафторэтилена наносят слой нейтральной смазки.

Как показали контрольные стрельбы, после смазки известным способом кучность боя на дистанции 100 м составила 16 см, а после смазки предлагаемым способом контрольные стрельбы показали кучность боя не хуже 5 см на той же дистанции.

Однако описанный выше способ смазывания ствола, частей и механизмов оружия решает в основном проблему с точки зрения защиты от коррозии потому, что защищает поверхность канала ствола в процессе его хранения до 6 месяцев даже в самых жестких условиях эксплуатации (дождь, грязь, отпотевание). Способ не решает задачу повышения живучести ствола, так как действие смазки, содержащей ультрадисперсный политетрафторэтилен, ограничивается всего несколькими циклами стрельбы, после чего процедуру ее нанесения необходимо повторить. Это связано с тем, что при температуре выше 250^oC начинается распад политетрафторэтилена с выделением высокотоксичных продуктов, содержание которых резко возрастает при температурах выше 415^oC [7]. Последнее обстоятельство исключает использование политетрафторэтилена для обработки стволов автоматического оружия, а также оружия, используемого в закрытых помещениях или из ограниченных пространств, например из башни танка, в которых возможно скопление газов, образующихся в процессе выстрелов.

Поэтому целью предлагаемого технического решения является повышение живучести огнестрельного оружия, а кроме того, расширение функциональных возможностей способа путем использования его не только для защиты от коррозии, но и для улучшения технических характеристик стволов огнестрельного оружия, снижения затрат на восстановление боевых и эксплуатационных характеристик огнестрельного оружия.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления износостойкого ствола огнестрельного оружия, включающем предварительную очистку и обработку ультрадисперсным порошком, согласно изобретению обработку ультрадисперсным порошком или смесью ультрадисперсного порошка и технологической среды выполняют перед каждым выстрелом серии, состоящей не менее, чем из 3-5 выстрелов, путем нанесения на внешнюю поверхность каждого снаряда и внутреннюю поверхность ствола ультрадисперсного порошка или смеси ультрадисперсного порошка с технологической средой, при этом ультрадисперсный порошок приготовляют из природного минерала или смеси природных минералов из ряда слоистых силикатов, включающих различные структурные модификации состава

Mg₃[Si₂О₅](ОН)₄.

При этом содержание ультрадисперсного порошка из природного минерала или смеси природных минералов в технологической среде должно быть не менее 1,0 - 1,5 г/мл.

Количество выстрелов в серии и содержание ультрадисперсного порошка в технологической среде устанавливают в зависимости от чистоты обработки внутренней поверхности ствола, качества предварительной химико-термической обработки внутренней поверхности ствола, либо в зависимости от степени изношенности оружейного ствола, если способ применяют для ремонтно-восстановительных операций, а также от калибра оружейного ствола и других его особенностей.

Как видно из изложения сущности заявляемого технического решения оно отличается от прототипа и, следовательно, является новым.

Решение также обладает изобретательским уровнем. В основу изобретения поставлена задача улучшения способа изготовления износостойкого ствола огнестрельного оружия, в котором, вследствие обработки ультрадисперсным порошком или смесью ультрадисперсного порошка и технологической среды перед каждым выстрелом серии, состоящей не менее, чем из 3-5 выстрелов, путем нанесения ультрадисперсного порошка или его смеси с технологической средой на поверхность каждого снаряда и внутреннюю поверхность ствола, а также приготовления ультрадисперсного порошка из природных минералов или смеси природных минералов из ряда слоистых силикатов, включающих различные структурные модификации состава Mg₃[Si₂О₅] (ОН)₄, обеспечивается модификация внутренней поверхности ствола с образованием специфических металлокерамических фаз, устойчивых к коррозии и износу, и за счет этого происходит повышение баллистических характеристик огнестрельного оружия, которое выражается в увеличении дальности полета и убойной силы снаряда, а также в улучшении кучности боя, которая сохраняется длительное время, то есть улучшение характеристик, определяющих живучесть оружия.

Известно использование ремонтно-восстановительного состава на основе природных минералов для обработки цилиндропоршневой группы путем введения технологического состава в надпоршневое пространство двигателя [9]. Затем без установки форсунок с помощью ручного привода 20 мин вращали коленвал. После этого устанавливали форсунки и запускали двигатель обычным образом. Через 65 часов работы двигателя отмечали существенное снижение картерных газов, что свидетельствовало о полном восстановлении цилиндропоршневой группы. В упомянутом техническом решении заметный триботехнический эффект и восстановление зон трения связывают с определенным содержанием аморфной двуокиси кремния и наличием катализаторов на основе шунгита или редкоземельных металлов, которые приводят к образованию специфических металлокерамических слоев, обеспечивающих достижение указанных положительных свойств. Достижение триботехнического эффекта и восстановление завершается при температуре и давлении, при которых осуществляется сгорание топлива в двигателе.

Известно также использование в качестве твердосмазочных покрытий веществ, содержащих связующее и природную минеральную смесь с дисперсностью менее 10 мкм [10] . В этом случае финишная антифрикционная футеровка природными зеркалами скольжения осуществлялась при комнатной температуре, обеспечивая неограниченную работоспособность триад трения и отсутствие износа неподвижного образца - C 421-40 при давлении 6,0 - 13,5 мПа и скорости скольжения 0,3 м/с. Однако при нагревании природной минеральной смеси до 1500^oC происходит реакция дисерпентинизации, продуктами которой являются кварц, фортсерит и пироксен. Эти вещества не образуют зеркал скольжения.

Как видно из описания известных технических решений, использующих природные минералы или смеси природных минералов, условия их применения для модификации поверхностей и использование модифицированных поверхностей существенно отличаются от заявляемого решения. Изготовление износостойких стволов осуществляют при более высоких температурах и сложных динамических нагрузках, которые реализуются в стволе в результате давления пороховых газов и движущегося с большой скоростью снаряда. Тем не менее, в результате осуществления предлагаемого способа наблюдается устойчивая модификация внутренней поверхности стволов, проявляющаяся в улучшении баллистических характеристик стволов и повышении живучести.

Предлагаемое техническое решение промышлено применимо, так как может быть использовано для модификации внутренней поверхности оружейных (орудийных) стволов при их изготовлении, а также при ремонте, поскольку позволяет восстановить утраченные в результате эксплуатации баллистические свойства оружия.

Результаты применения предлагаемого способа иллюстрируют следующие примеры использования ультрадисперсного порошка смеси природных минералов, например не менее 90% офита, с доминирующими структурными модификациями Mg₃[Si₂О₅](ОН)₄.

Пример 1. Ствол мелкокалиберной винтовки калибра 5,6 мм очистили от заводской смазки. Ствол зафиксировали на стенде на расстоянии 50 м от мишени и произвели 10 контрольных выстрелов для определения кучности боя. Паспортное значение для стволов такого класса не хуже 7,5 см. Из ультрадисперсного порошка природного минерала указанного состава подготовили суспензию из расчета 1,0 г порошка на 1 мл керосина или уайт-спирита и т.п. подготовили суспензию, которую равномерно наносили на внутреннюю поверхность ствола и поверхность пули перед каждым выстрелом. Общий расход ультрадисперсного порошка составил 2 г. После серии из трех выстрелов кучность боя стала не хуже 4 см и сохранилась после 1000 выстрелов без дополнительных мер по защите от коррозии.

Пример 2. Ствол мелкокалиберной винтовки калибра 5,6 мм, бывшей в длительном употреблении, очистили от смазки и других загрязнений. Винтовку зафиксировали на стенде и произвели 10 контрольных выстрелов для определения кучности боя. Из ультрадисперсного порошка природного минерала указанного состава и керосина подготовили суспензию, которую равномерно наносили перед каждым выстрелом на указанные выше поверхности. Общий расход ультрадисперсного порошка после серии из 30 выстрелов составил 20 г. При исходной кучности боя 9,5 см после серии из 30 выстрелов кучность боя стала не хуже 4 см и сохранилась после 1000 выстрелов без дополнительных мер для защиты от коррозии.

Пример 3. Ствол орудия калибра 128,5 мм, бывший в длительном употреблении, очистили от смазки и других загрязнений. Из орудия произвели 5 контрольных выстрелов для определения кучности боя и дальности. Из ультрадисперсного порошка указанного выше состава приготовили суспензию, которую также равномерно наносили на внешнюю поверхность снаряда и внутреннюю поверхность ствола длиной 2 м перед каждым выстрелом. После серии из 10 выстрелов кучность боя улучшилась в 1,4 раза, дальность полета снаряда увеличилась в 2 раза. Достигнутые показатели кучности и дальности сохранились и после 600 выстрелов и более также без дополнительных обработок.

Пример 4. Ствол СКС-7,62 бывший в употреблении очистили от смазки и других загрязнений. Зафиксировали на стенде и произвели 10 контрольных выстрелов для определения кучности боя. После контрольных выстрелов произвели дополнительно выстрелы с целью модификации внутренней поверхности ствола. Перед каждым из 10 выстрелов поверхность пули и внутреннюю поверхность ствола покрывали ультрадисперсным порошком, израсходовав для этого 6 г порошка. При исходной кучности боя 9,5 см после серии из 10 выстрелов она устанавливается не хуже 4 см и сохраняется после 1000 выстрелов и более без дополнительных мер для защиты от коррозии.

Как видно из описания примеров осуществления способа, предлагаемое техническое решение имеет широкие функциональные возможности, так как обеспечивает повышение живучести огнестрельного оружия, проявляющееся в устойчивом улучшении баллистических характеристик как нового, так и бывшего в эксплуатации оружия. Кроме того, способ характеризует простота его осуществления и возможность снижения затрат на восстановление боевых и эксплуатационных характеристик огнестрельного оружия.

Источники информации

1. Благонравов А.А. Материальная часть стрелкового оружия. Книга 1 - М.: Оборонгиз, 1945, стр. 23-41.

2. Орлов Б.В. Проектирование ракетных и ствольных систем. - М.: Машиностроение, 1974, стр. 323-373.

3. Орлов Б. В. , Ларман Э.К., Маликов В.Г. Устройство и проектирование стволов артиллерийских орудий. - М.: Машиностроение, 1976. - 431 с.

4. Благонравов А.А. Действие выстрела на орудийные стволы. - Л.: Издательство Артиллерийской Академии РККА, 1933, стр. 2-49.

5. Описание к патенту Российской Федерации N 2066821, от 22.07.93, М.кл. F 41 A 21/00.

6. Описание к патенту Российской Федерации N 2074349, от 22.07.93, М.кл. F 41 A 21/00 (прототип).

7. Энциклопедия полимеров, т. 3. - М.: Изд-во СЭ, 1977, стр. 644-648.

8. Горная энциклопедия, т. 4. - М.: Изд-во СЭ, 1989, стр. 530.

9. Описание к патенту Украины N 24442 A, от 22.04.97, М.кл. C 23 C 26/00, C 10 M 125/40.

10. Описание к патенту Российской Федерации N 2043393, от 25.09.91, М. кл. C10 М 125/04.