Гарматний ствол і спосіб його виготовлення

Винахід відноситься до галузі машинобудування, зокрема, до виготовлення стволів танкових гармат. Відомі гарматні стволи з розташованим на внутрішній поверхні шаром твердого хрому, що зменшує знос ствола [1, 2]. У відомих гарматних стволах використовується саме твердий хром, при цьому приймаються заходи для підвищення твердості хрому. Найближчим аналогом технічного рішення, що заявляється, є ствол по патенту [2]. На внутрішній поверхні відомого ствола розташований шар хрому, нанесений гальванічним осадженням. У шарі хрому, у процесі його нанесення, утворюється сітка тріщин. Тріщини виникають унаслідок високих напружень розтягування, обумовлених фізикою процесу гальванічного осадження хрому. Для підвищення пластичності хрому пропонується збільшити кількість тріщин для зниження частки напружень розтягування, що приходиться на окрему тріщину (псевдопластичність). Недоліком відомого технічного рішення є низька пластичність і наявність тріщин у захисному покритті. При пострілі на метал ствола і шар покриття, розташований на внутрішній поверхні, діють значні механічні навантаження, що створюють у покритті і приповерхньому шарі металу ствола ударні напруження розтягування. Покриття має високу твердість і низьку пластичність, тому під дією ударних навантажень у ньому утворюються тріщини, що відкривають доступ продуктів згоряння пороху до металу ствола. Наявність тріщин приводить до проникнення газоподібних продуктів згоряння пороху до металу ствола і його ерозії під захисним шаром, наслідком чого є відшаровування ділянок хромового покриття. В основу винаходу поставлена задача створення гарматного ствола, в якому покриття з хрому на внутрішній поверхні має необхідні властивості для підвищення живучості гарматного ствола за рахунок запобігання утворення тріщин у захисному покритті при ударних навантаженнях. Сутність винаходу полягає в тому, що на внутрішній поверхні гарматного ствола розташовано покриття з хрому, причому метал покриття містить сумарну кількість домішок кисню, азоту і вуглецю, що не перевищує 0,05%, а також будь-який рідкісноземельний метал (наприклад, лантан або ітрій) у кількості 0,10,2%. Межі величини кількості рідкісноземельних металів обумовлені наступним: зміст домішок менш 0,1% не приносить відчутного ефекту по підвищенню пластичності покриття, а зміст домішок вище 0,2% приводить до погіршення пластичності. Сумарна кількість домішок кисню, азоту та вуглецю не повинна перевищувати 0,05%, тому що при більшій кількості домішок знижується пластичність покриття. Технічний результат полягає в тому, що пластичне покриття при ударних навантаженнях деформується без утворення тріщин, зберігаючи непроникність для продуктів згоряння пороху. Для забезпечення таких властивостей покриття пропонується спосіб його одержання. Розглянемо відомі способи нанесення тугоплавких покрить на внутрішню поверхню гарматного ствола. По винаходу [1] на внутрішню поверхню ствола наносять шар твердого хрому гальванічним осадженням. Однак, гальванічне покриття є крихким і недостатньо стійким. Відомий також спосіб нанесення покриття на внутрішню поверхню ствола [3], у якому після гальванічного осадження шару твердого хрому проводять термообробку покриття з хрому шляхом його короткочасного опромінення світлом потужного лазера або потужної електричної лампи, що приводить до значного зниження твердості і до поліпшення пластичності шару хрому. Однак, підвищення пластичності шару є недостатнім, крім того, осадження покрить гальванічним методом є екологічно небезпечним процесом. Відомі також способи нанесення захисних покрить з тугоплавких металів, в яких тугоплавкий метал розташовують у вн утрішній порожнині ствола у вигляді порошку або дроту, потім плавлять його за допомогою плазми [4] чи лазера [5] і наносять на внутрішню поверхню ствола. Однак, наплавлення тугоплавкого металу погіршує механічні властивості металу гарматного ствола, тому є небажаним для нанесення покрить на гарматні стволи, які сприймають значні ударні навантаження. Найближчим аналогом технічного рішення, що заявляється, (способу виготовлення гарматного ствола) є спосіб нанесення покриття на внутрішню поверхню ствола по патенту [6]. Нанесення покриття цим способом здійснюють шляхом введення металу покриття у внутрішню порожнину ствола у вигляді дроту і випарювання металу за допомогою «вибуху дроту» при пропусканні електричного струму. При цьому способі забезпечується висока адгезія, однак покриття має значну нерівномірність по товщині і велику кількість крапель, що підвищують шорсткість покриття. В основу винаходу поставлена також задача створення способу виготовлення гарматного ствола, який забезпечив би нанесення пластичного шару хрому на вн утрішню поверхню. У запропонованому способі в хром, який містить сумарну кількість домішок кисню, азоту та вуглецю, що не перевищує 0,05%, вводять рідкісноземельні метали у кількості 0,1-0,2%, потім розташовують хром усередині ствола, випаровують його і конденсують пари хрому на внутрішню поверхню ствола в середовищі зі зниженим атмосферним тиском. При конденсації пару відбувається його взаємодія з елементами навколишнього середовища. Якщо в цьому середовищі знаходяться кисень, азот та вуглець, вони додатково поглинаються хромом, що приводить до зменшення його пластичності. Щоб запобігти появі домішок кисню, азоту та вуглецю і зв'язаному з цим зменшенням пластичності покриття, нанесення покриття здійснюють в середовищі з парціальним тиском вуглеводнів не більш 1х10-6Па, а кисню й азоту не більш 5х10-5Па. Випарюють хром електричним дуговим розрядом у вакуумі. Для запобігання відпускання металу ствола і погіршення його механічних властивостей температуру ствола в процесі нанесення покриття підтримують не вище 400°С. Технічний результат полягає в тому, що шляхом випаровування хрому, який містить домішки, які зв'язують кисень, вуглець та азот (рідкісноземельні метали), і не більше ніж 0,05% домішок кисню, азоту та вуглецю, та конденсації його пару в середовищі з парціальним тиском вуглеводнів не більш 1х10-6Па, а кисню й азоту - не більш 5х10-5Па, одержують пластичне покриття з хрому. Більш детально сутність винаходу пояснюється представленими фігурами і подальшим описом. На фігурі 1 представлений гарматний ствол з покриттям з тугоплавкого металу. На фігурі 2 представлений гарматний ствол з покриттям в момент пострілу. На фігурі 3 представлений гарматний ствол в процесі нанесення захисного покриття. На внутрішній поверхні ствола 1 розташоване захисне покриття 2 (Фіг.1). Порожнина 3, в якій здійснюється згоряння пороху, обмежена зарядом 4 і снарядом 5, напрям дії продуктів згоряння пороху вказано стрілками 6 (Фіг.2). Хром 7, розташований у внутрішній порожнині ствола 1, струмені пару 8 направлені від хрому 7 до внутрішньої поверхні ствола 1 (Фіг.3). Розглянемо процес впливу продуктів згоряння пороху на захисне покриття. Порожнина 3, у якій відбувається згоряння пороху, обмежена зарядом 4 і снарядом 5 (Фіг.2). У момент згоряння пороху в порожнині 3 тиск досягає 8000атм при температурі газу до 4000К. Під дією тиску продуктів згоряння пороху покриття 2 разом із приповерхнім шаром ствола 1 деформується протягом 0,001-0,002с у радіальному напрямку, показаному стрілками 6. Хромове покриття 2, нанесене на внутрішню поверхню ствола 1 відомими способами, є крихким, і при деформації ствола 1 в шарі покриття 2 з'являються тріщини і відшаровування металу покриття 2. Хромове покриття 2, одержане запропонованим способом, деформується разом із приповерхнім шаром ствола 1 без утворення тріщин, і зберігає свою непроникність для продуктів згоряння пороху. Розглянемо процес одержання покриття запропонованим способом. В хром 7, який має не більш ніж 0,05% домішок кисню, азоту та вуглецю, при його виготовленні вводять рідкісноземельні метали (наприклад, лантан або ітрій) у кількості 0,1-0,2%. Потім хром з рідкісноземельними металами розташовують у вн утрішній порожнині гарматного ствола 1, наприклад, у вигляді циліндра (Фіг.3). У внутрішній порожнині ствола за допомогою вакуумних насосів забезпечують тиск не вище 5 х10-5Па. Потім ініціюють електричний дуговий розряд між хромом 7, що випаровується, і внутрішньою поверхнею гарматного ствола 1. Електричним дуговім розрядом випаровують хром 7, формуючи струмені пару 8. Конденсуючи пари хрому 7 на внутрішній поверхні ствола 1, одержують хромове покриття 2, що містить рідкісноземельні метали у кількості 0,1-0,2% і мінімальний зміст домішок впроваджування, що забезпечує пластичність покриття. Джерела інформації, використані при створенні винаходу: 1. Патент ФРН 4107273 А1. 2. Патент ФРН 19834394 А1. 3. Патент ФРН 19853293 А1. 4. Патент ФРН 19919687 А1. 5. Патент ФРН 19919688 А1. 6. Патент ФРН 19736028А1.