Όταν πρόκειται για πυροβολικό, οι πρώτες σκέψεις των ανθρώπων συνήθως στρέφονται στην εμβέλεια και την καταστροφική δύναμη. Ωστόσο, λίγοι σταματούν να σκεφτούν: πώς αντέχει αυτή η λεπτή κάννη σε θερμοκρασίες χιλιάδων βαθμών και πιέσεις εκατοντάδων μεγαπασκάλ, όλα αυτά ενώ πυροβολεί κάθε γύρο;
Η απάντηση βρίσκεται σε μια ενιαία έννοια: το υλικό της κάννης του όπλου.
Το νέο πυροβολικό της PLA διεξάγει ασκήσεις κρούσης ακραίας-εμβέλειας σε οροπέδιο σε υψόμετρο 4.400 μέτρων (Φωτογραφία)|China_Sina Military_Sina.com
Ο ρυθμός βολής, η εμβέλεια και η μακροζωία ενός πυροβολικού εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο του χάλυβα που χρησιμοποιείται για την κάννη του.
I. From Wood to Gun Steel: The Evolution of the Barrel
Το πυροβολικό υπήρχε από τη δυναστεία των Μινγκ, αλλά τα πρώτα βαρέλια ήταν κατασκευασμένα από ξύλο, όχι από χάλυβα.
Καλά διαβάσατε-τα πρώτα βαρέλια ήταν ξύλινα. Φυσικά, η πυρίτιδα εκείνης της εποχής δεν είχε εκρηκτική δύναμη, οπότε το ξύλο μόλις που μπορούσε να αντέξει. Καθώς η πυρίτιδα γινόταν πιο ισχυρή, το ξύλο αποδείχτηκε ανεπαρκές, οδηγώντας σε αλλαγή στο χυτοσίδηρο. Ο χυτοσίδηρος ήταν φθηνός αλλά εύθραυστος, καθιστώντας τις εκρήξεις των βαρελιών κοινό κίνδυνο. Αργότερα χρησιμοποιήθηκε ο μπρούτζος. ενώ πρόσφερε καλή σκληρότητα, ήταν πολύ μαλακό, που σημαίνει ότι οι κάννες θα φθαρούν μετά από μερικές μόνο βολές.
[Εικών]
Μέχρι τη σύγχρονη εποχή, με την ωρίμανση της τεχνολογίας κατασκευής χάλυβα, ο εξειδικευμένος χάλυβας όπλων τέθηκε τελικά σε χρήση.
Η μετάβαση από το ξύλο στον χάλυβα όπλου αντιπροσωπεύει αιώνες δοκιμής και λάθους. Ο σημερινός χάλυβας όπλων είναι ένα εξειδικευμένο κράμα σχεδιασμένο ειδικά για το πυροβολικό.
II. Τι συμβαίνει μέσα στο βαρέλι;
Για να καταλάβουμε τι κάνει το ατσάλι όπλου τόσο ιδιαίτερο, πρέπει πρώτα να δούμε τις συνθήκες μέσα στην κάννη.
Τη στιγμή που εκτοξεύεται μια οβίδα, η καμένη πυρίτιδα δημιουργεί θερμοκρασίες που ξεπερνούν τους 3.000 βαθμούς και πιέσεις που ξεπερνούν τα 300 megapascals (MPa). Τι σημαίνει αυτό πρακτικά; Τα 300 MPa ισοδυναμούν με βάρος 3 τόνων ανά τετραγωνικό εκατοστό.
Ακόμη πιο τρομακτικό είναι το γεγονός ότι όλα αυτά συμβαίνουν μέσα σε λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Ο συνηθισμένος χάλυβας θα έλιωνε, θα παραμορφωνόταν ή θα θρυμματιζόταν εντελώς κάτω από τέτοιες συνθήκες. Ωστόσο, ο χάλυβας πιστολιού πρέπει να διατηρεί επαρκή αντοχή τόσο σε θερμοκρασία περιβάλλοντος όσο και σε υψηλές θερμοκρασίες (300 βαθμοί – 450 μοίρες) χωρίς να υποστεί μόνιμη παραμόρφωση. III. Έξι βασικές μετρήσεις για το Gun Steel
Ποιες συγκεκριμένες απαιτήσεις πρέπει να πληροί ο χάλυβας όπλων; Μπορούν να συνοψιστούν σε έξι σημεία:
Πρώτον, επαρκής δύναμη. Πρέπει να παραμένει δυνατό όχι μόνο σε θερμοκρασία δωματίου αλλά και σε ενδιάμεσες θερμοκρασίες που κυμαίνονται από 300 βαθμούς έως 450 βαθμούς. Τα προωθητικά αέρια μπορούν να θερμάνουν αμέσως την κάννη του όπλου σε εκατοντάδες ή και πάνω από χίλιους βαθμούς Κελσίου. ανεπαρκής αντοχή θα οδηγούσε σε άμεση αστοχία.
Δεύτερον, καλή σκληρότητα. Η ανθεκτικότητα πρέπει να πληροί πρότυπα όχι μόνο σε θερμοκρασία δωματίου αλλά και σε χαμηλές θερμοκρασίες έως και -40 βαθμούς. Διαφορετικά, η εκτόξευση του όπλου το χειμώνα θα μπορούσε να προκαλέσει θραύση της κάννης υπό σχετικά χαμηλή πίεση.
Τρίτον, αντοχή στη φθορά και την κατάλυση. Τα προωθητικά αέρια είναι εξαιρετικά χημικά διαβρωτικά και η τριβή υψηλής-ταχύτητας μεταξύ του βλήματος και του τοιχώματος της οπής σημαίνει ότι το εσωτερικό της κάννης συνεχώς "ξύνεται και καίγεται".
Τέταρτον, υψηλή θερμοκρασία σκλήρυνσης. Η θερμοκρασία σκλήρυνσης για τον χάλυβα πιστολιού πρέπει να υπερβαίνει τους 500 βαθμούς για να ανακουφίσει πλήρως τις εσωτερικές πιέσεις στην κάννη και να αποτρέψει την καθυστερημένη αστοχία.
Πέμπτον, καλή δυνατότητα κατασκευής. Η παραγωγή χάλυβα όπλων δεν αφορά μόνο τη δημιουργία ενός μόνο τεμαχίου σε ένα εργαστήριο. απαιτεί σταθερές,-δυνατότητες παραγωγής μεγάλης κλίμακας.
Έκτο, ανεξάρτητη μαζική παραγωγή. Αυτό είναι αυτονόητο-σε κρίσιμες στιγμές, δεν μπορείτε να βασίζεστε σε άλλους για προσφορά.
Τα πρώτα τέσσερα σημεία αντιπροσωπεύουν τη βάση για την απόδοση, το πέμπτο είναι μια οικονομική εκτίμηση και το έκτο είναι μια γραμμή βάσης για την ασφάλεια.
IV. Ποια "συστατικά" μπαίνουν στο Gun Steel;
Ο σύγχρονος χάλυβας πυροβόλων όπλων βασίζεται κυρίως στο σύστημα κράματος νικελίου-χρωμίου-μολυβδαινίου-βαναδίου (Ni-Cr-Mo-V). Με απλά λόγια, στοιχεία κράματος όπως νικέλιο, χρώμιο, μολυβδαίνιο και βανάδιο προστίθενται στον χάλυβα, μετατρέποντας τον συνηθισμένο χάλυβα σε ανώτερο υλικό.
Άνθρακας: Με περιεκτικότητα που κυμαίνεται από 0,25% έως 0,60%, εμπίπτει στην κατηγορία μεσαίου-ανθρακικού χάλυβα. Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα καθιστά τον χάλυβα ευκολότερο να σκληρύνει μέσω της απόσβεσης, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη αντοχή και αντοχή στη φθορά.
Νικέλιο: Ένα στρατηγικό υλικό που είναι σχετικά σπάνιο στη χώρα μου. Το νικέλιο ενισχύει σημαντικά την αντοχή σε κρούση και τη σκληρυνσιμότητα του χάλυβα πιστολιού. Γενικά, υψηλότερη περιεκτικότητα σε νικέλιο αποδίδει καλύτερη απόδοση. Κατά συνέπεια, η περιεκτικότητα σε νικέλιο επισημαίνεται ρητά σε χαρακτηρισμούς ποιότητας όπλου χάλυβα-για παράδειγμα, PCrNi1MoV και PCrNi3MoV.
Χρώμιο: Βελτιώνει τη σκληρότητα και την αντοχή ενώ παρέχει έναν βαθμό αντοχής στην κατάλυση. Ο συνηθισμένος κράμα χάλυβα 40Cr διαθέτει ήδη εξαιρετικές ιδιότητες και το χρώμιο παίζει καθοριστικό ρόλο και στον χάλυβα πιστολιού. Μολυβδαίνιο: Στοχεύει συγκεκριμένα στην ευθραυστότητα της ιδιοσυγκρασίας. Η επαρκής περιεκτικότητα σε μολυβδαίνιο είναι απαραίτητη στον χάλυβα πιστολιού.
Βανάδιο: Ένας τροποποιητής που ενισχύει τη δύναμη και τη σταθερότητα ενώ βελτιώνει το μέγεθος των κόκκων. Κατά την παραγωγή του αντιαεροπορικού όπλου Type 57, οι Κινέζοι μηχανικοί χρησιμοποίησαν δημιουργικά το βανάδιο για να μειώσουν την κατανάλωση νικελίου, αναπτύσσοντας το κράμα PCrNi1MoV-παράγοντας έτσι συμβατό χάλυβα όπλου χρησιμοποιώντας λιγότερα στρατηγικά υλικά.
V. Τρεις «δολοφόνοι» κρυμμένοι μέσα στο ατσάλι
Οι εχθροί του χάλυβα όπλου υπάρχουν όχι μόνο εξωτερικά-με τη μορφή προωθητικών αερίων υψηλής-θερμοκρασίας και υψηλής-πίεσης-αλλά και εσωτερικά. Τρία επιβλαβή στοιχεία κρύβονται μέσα στο ατσάλι. η παραμικρή παράβλεψη σχετικά με αυτά μπορεί να καταστήσει άχρηστη μια κάννη όπλου.
Υδρογόνο: Ο αριθμός-ένας δολοφόνος. Το υδρογόνο σχηματίζει ένα ενδιάμεσο στερεό διάλυμα μέσα στον χάλυβα. Μόλις η συγκέντρωσή του υπερβεί το όριο διαλυτότητας, διαχέεται σε μικροσκοπικά κενά στη μεταλλική δομή. Κάτω από πίεση, αυτό οδηγεί σε διακοκκώδες εύθραυστο κάταγμα-ένα φαινόμενο γνωστό ως "ευθραυστότητα υδρογόνου".
Πόσο καταστροφική είναι η ευθραυστότητα του υδρογόνου; Ελλειπτικές, ασημί-γκρίζες "λευκές κηλίδες" εμφανίζονται στη διαμήκη διατομή-του χάλυβα, ενώ συστάδες λεπτών ρωγμών εμφανίζονται στην εγκάρσια διατομή-, καταστρέφοντας ουσιαστικά τη μήτρα του χάλυβα. Οι μετρικές πλαστικότητας πέφτουν κατακόρυφα και σε σοβαρές περιπτώσεις, η μείωση της επιφάνειας πλησιάζει το μηδέν. Μια κάννη όπλου σε αυτή την κατάσταση ενδέχεται να εκραγεί κατά την πυροδότηση.
Τα καλά νέα είναι ότι η διαλυτότητα του υδρογόνου στον χάλυβα μειώνεται καθώς πέφτει η θερμοκρασία. Η ελεγχόμενη αργή ψύξη μπορεί να αφαιρέσει αποτελεσματικά το υδρογόνο.
Φώσφορος: Προκαλεί ψυχρή ευθραυστότητα. Καθώς ο τηγμένος χάλυβας στερεοποιείται, ο φώσφορος διαλύεται μόνο στη φάση -Fe. Καθώς η θερμοκρασία πέφτει, η περίσσεια φωσφόρου καθιζάνει ως Fe3P, μειώνοντας σημαντικά την πλαστικότητα και τη σκληρότητα.
Θείο: Προκαλεί θερμή ευθραυστότητα. Το θείο υπάρχει στον χάλυβα ως FeS ή MnS. όταν τα σφυρήλατα θερμαίνονται στους 1150 βαθμούς -1250 βαθμούς, το FeS στα όρια των κόκκων λιώνει, προκαλώντας το ράγισμα του μετάλλου αμέσως.
VI. Η Gun Steel έχει "Δελτίο Ταυτότητας"
Η χώρα μου έχει σαφή πρότυπα για τον χάλυβα όπλων. Το παλαιότερο πρότυπο είναι το YB475-93 (πρότυπο του Υπουργείου Μεταλλουργικής Βιομηχανίας), το οποίο κατηγοριοποιεί τον χάλυβα σε δέκα κατηγορίες με βάση τη χημική σύνθεση. Το τρέχον πρότυπο είναι το GJB 1220A-2008 (Εθνικό Στρατιωτικό Πρότυπο).
Για κάθε κάννη όπλου, η συγκεκριμένη ποιότητα χάλυβα, η χημική σύνθεση και τα χαρακτηριστικά απόδοσης είναι πλήρως τεκμηριωμένα και ανιχνεύσιμα. Αυτό δεν είναι κάτι που μπορεί να επιτευχθεί απλά χρησιμοποιώντας οποιοδήποτε χάλυβα- υψηλής ποιότητας.
VII. Η γέννηση μιας κάννης όπλου είναι πολύ πιο περίπλοκη από ό,τι φαντάζεστε.
Ο μετασχηματισμός του χάλυβα πυροβόλων όπλων από ακατέργαστο μετάλλευμα σε τελικό προϊόν περιλαμβάνει μια σειρά διαδικασιών, συμπεριλαμβανομένης της τήξης, της σφυρηλάτησης, της θερμικής επεξεργασίας και της μηχανικής κατεργασίας. Ένα ελαφρύ σφάλμα σε οποιοδήποτε στάδιο θα μπορούσε να καταστήσει ολόκληρη την κάννη άχρηστη.
Μια κατάλληλη κάννη όπλου πρέπει να αντέχει εκατοντάδες ή και χιλιάδες επαναλαμβανόμενες κρούσεις κάτω από ακραίες συνθήκες-που χαρακτηρίζονται από υψηλές θερμοκρασίες, τεράστιες πιέσεις, υψηλές ταχύτητες και γρήγορους κύκλους βολής.
Ο συνηθισμένος μηχανικός εξοπλισμός δεν θα αντιμετωπίσει ποτέ τέτοιες συνθήκες λειτουργίας καθ' όλη τη διάρκεια ζωής του.
Έτσι, την επόμενη φορά που θα δείτε πλάνα από βολές πυροβολικού, αφιερώστε λίγο χρόνο για να σκεφτείτε: πίσω από αυτόν τον φαινομενικά συνηθισμένο χαλύβδινο σωλήνα κρύβεται το αποκορύφωμα της προόδου στην επιστήμη των υλικών, τη μεταλλουργία και την τεχνολογία κατασκευής. Αυτό που αντέχει δεν είναι απλώς ένα κέλυφος, αλλά η αιώνες-ανθρώπινη αναζήτηση να ξεπεράσει τα όρια των υλικών δυνατοτήτων.
