44367

Стрелково-пушечное вооружение в условиях воздействия сплошного спектра термомеханических нагрузок

Дипломная

Производство и промышленные технологии

От этих немаловажных факторов и зависит его работоспособность ведь если не осмотреть и не проверить то можно пойти в бой с неисправным вооружением а если не почистить и не смазать после применения – это может привести к коррозии а в свою очередь к заклиниванию частей и механизмов. Продукты коррозии загрязняют детали снижают механические характеристики и портят внешний вид вооружения. Существует некоторая критическая относительная влажность воздуха выше которой при прочих равных условиях наступает резкое возрастание коррозии металла....

Русский

2013-11-13

2.82 MB

8 чел.

ВВЕДЕНИЕ

Перед лицом военной угрозы, исходящей в настоящее время, в первую очередь от США и других стран, наше государство вынуждено постоянно заботиться об укреплении боевой мощи и боеготовности Вооружённых Сил Российской Федерации. Правительство России неустанно проявляет заботу об укреплении боевой готовности войск.

В настоящее время, благодаря именно работе российского правительства, вооружённые силы оснащены всем необходимым для выполнения своих задач по защите Родины.

Поддержание вооружения и военной техники в постоянной готовности к боевому применению складывается из многих факторов: это военная выучка личного состава, правильное использование, хранение, сбережение вооружения в войсках, организация его своевременного обслуживания и ввода в строй.                                                                                                          

В российской армии важное место занимает вопрос повреждаемости вооружения – это и коррозия, и повреждаемость во время транспортирования, хранения, применения по назначению. Большую роль при поддержании вооружения в постоянной боевой готовности играет своевременный осмотр, чистка и смазка изделия.  Современное стрелково-пушечное вооружение эксплуатируется в различных атмосферных и климатических условиях. Поэтому при проектировании и производстве надо учитывать влияние на долговечность вооружения влаги, тепла, холода, света, пыли, песка, пониженного и высокого давления, радиации и других факторов. Влага, постоянно содержащаяся в атмосфере, ускоряет коррозию металлов, способствует гидролизу и вследствие этого вызывает различные физико-механические повреждения вооружения.

Немаловажную роль при повреждаемости являются биологические повреждения и старение материалов, которым посвящено большое количество работ, в которых установлены их основные закономерности.                                          В конструкциях стрелково-пушечного вооружения в условиях воздействия сплошного спектра термомеханических нагрузок возникают различные виды повреждаемости. К наиболее характерным из них можно отнести следующие:

- деформации и механические разрушения;

- изнашивание вследствие трения;

- усталость;

- коррозия;

- биоповреждения.

В конструкциях, работающих в условиях многократного циклического изменения напряжений, может наступить усталостное разрушение. Переменные напряжения вызывают в стали весьма сложные усталостные изменения, зависящие как от величины этих напряжений, так и от числа циклов и развивающиеся постепенно, вплоть до разрушения элемента. Характер переменных напряжений является обычно случайным и определяется условиями эксплуатации.

Эти вопросы освещены в настоящей дипломной работе.

1 Тактико-техническое обоснование дипломной работы

  1.  Эксплуатация и ее основные составляющие

Высокие требования, предъявляемые к надежности существующих и проектируемых образцов вооружения, обусловливают необходимость учета степени влияния множества факторов, воздействующих на образцы в процессе эксплуатации.

Под эксплуатацией РАВ понимается совокупность ряда этапов его жизненного цикла – ввод в эксплуатацию, приведение в установленную степень готовности к использованию по назначению, его техническое обслуживание и ремонт, использование по назначению, хранение и транспортирование [4].

Организация эксплуатации РАВ включает следующие основные мероприятия:

  •  планирование эксплуатации;
  •  ввод в эксплуатацию;
  •  техническую и специальную подготовку л/с;
  •  допуск л/с к эксплуатации;
  •  учет, отчетность и ведение эксплуатационной документации;
  •  контроль и оценку технического состояния;
  •  техническое обслуживание и ремонт;
  •  организацию хранения и повышения живучести складов;
  •  категорирование;
  •  проведение доработок;
  •  ведение рекламационной работы;
  •  проверку общевойсковых средств измерений, испытания и технические освидетельствования электроустановок и котлонадзора;
  •  организацию транспортирования;
  •  обобщение передового опыта эксплуатации и внедрение его в практику войск [4].

При эксплуатации надо учитывать и ее периоды, которые представлены на рисунке 1.

Классификация видов эксплуатации включает в себя: опытную, подконтрольную и массовую эксплуатации. Более подробная классификация представлена на рисунке 2.

В процессе эксплуатации РАВ особое внимание должно обращаться на сохранение военной тайны и обеспечение секретности при перевозке, учете, выдачи, проверке наличия, уничтожении РАВ, контроле соблюдения допуска определенных лиц, обеспечение работы систем управления войсками, РЛС и электронно-вычислительных машин. Требования по этим вопросам изложены в соответствующих приказах МО РФ и руководящих документах по противодействию иностранным техническим разведкам (ПД ИТР) [3].

 

Периоды эксплуатации:

                    1 – приработки

2 – нормальной эксплуатации

3 – износовых отказов

                 

           0      t1                     t2             t

Рисунок 1 - Периоды эксплуатации

Рисунок 2 - Классификация видов эксплуатации

Эксплуатация вооружения осуществляется в условиях скоротечного и динамичного современного боя, в различных климатических зонах, в различное время суток и года. Все это требует от современных командиров и инженеров глубоких теоретических знаний правил эксплуатации и твердых практических навыков в обслуживании и ремонте вооружения для правильного решения всего комплекса задач, связанных с эксплуатацией вооружения.

В настоящее время в ВС РФ находится большое количество разнообразных видов вооружения и техники, начиная от самого простейшего пистолета до сложнейших артиллерийских систем, которые в свое время подвержены различным повреждениям. В основном это повреждения при эксплуатации: транспортировании, стрельбе и тому подобное. Область применения вооружения очень велика. Во всех видах и родах войск имеется стрелковое оружие и во многих артиллерийское.

1.2 Человеческий фактор при подготовке к боевому применению

К подготовке к боевому применению немаловажную роль играет человеческий фактор. В настоящее время в ВС РФ преобладает огромный дефицит обученных солдат и сержантов. Некоторые едва ли умеют читать и писать. Производится сокращение итак малого количества учебок. Дефицит ремонтников составляет 50 – 60 %, да и к тому же если обратить внимание на технологическое оборудование, то оно практически все устаревшее и очень много в неисправном состоянии, что приводит к не своевременной подготовке вооружения к боевому применению. « Да, происходит обновление вооружения, но очень медленно, и солдаты, которые пришли в в/ч не знали никакого оружия кроме АК и ПМ. И у них обязательно срабатывал рефлекс боязни «этой мудрёной штуковины» - рассуждаю так потому, что и сегодня существует эта проблема  – с автоматом АН94. Солдаты не понимают устройства АН94, не доверяют ему и идут в бой с проверенным АК74. А насчёт качества конструкции оружия: даже АК можно (хотя и сложно) загубить беспардонной эксплуатацией. В голове не укладывается порой, что проделывают со своим оружием современные, вроде бы образованные солдаты в некоторых частях! Выстреливают из ПК – да не в бою, а на стрельбах, под наблюдением офицеров, непрерывным огнем бог знает сколько патронов с трассирующими пулями, да так, что стволы загибает. Соревнуются в заряжании АК ударом приклада о пол, используют его как кочергу и даже (!) – стреляют шомполом с помощью боевого патрона». Нужно действительно быть оружием Калашникова, чтобы это всё выдержать[13,14].

1.3 Подготовка вооружения к применению и его обслуживание после применения

Подготовку к боевому применению и обслуживание после применения рассмотрим на примере 30 мм автоматической пушки 2А42 (рисунок 3) 

Рисунок 3 - Общий вид 30 мм автоматической пушки 2А42

Краткие тактико-технические характеристики.

Калибр, мм ………………………………………………………………30

Число нарезов …………………………………………………………...16

Шаг нарезки, мм …………………………………………..................715,5

Темп стрельбы:

большой, выстр./мин …………………...............................не менее 550

малый, выстр./мин …………………………. ……………......200 – 300

Масса пушки, кг ……………………………………………………..115

         Масса ствола, кг ……………………………………………………..38,5

Усилие отдачи, кН (кгс) …………………………..40 – 50 (4000 - 5000)

Длина пушки, мм ……………………………………………………3027

Напряжение питания электроспуска и контактора от источника постоянного тока, В ……………………………………………………..22 – 29

Питание пушки …………………………………………...двухленточное

Перезарядка ………………………………….пиротехническая и ручная

Количество пиропатронов ………………………………………………3

Усилие ручной перезарядки:

при заряжании, Н (кгс) …………………………………… до 400 (до 40)

при перезарядке с извлечением осечного патрона ……...до 600 (до 60)                                                                 

Общие указания по подготовке к стрельбе.

1. Безотказность и эффективность стрельбы из изделия зависят от качества подготовки его к стрельбе.

Для подготовки к стрельбе необходимо:

1) осмотреть и проверить изделие;

2) подготовить патроны, патронные ленты и снарядить ленты патронами.

Большую роль при подготовке к стрельбе играет осмотр и проверка изделия, его чистка и смазка после применения. От этих немаловажных факторов и зависит его работоспособность, ведь если не осмотреть и не проверить, то можно пойти в бой с неисправным вооружением, а если не почистить и не смазать после применения – это может привести к коррозии, а в свою очередь к заклиниванию частей и механизмов.

Осмотр и проверка изделия.

1. Осмотр проводится в следующем порядке:

- протереть снаружи изделие сухой ветошью;

- отделить затыльник, возвратную пружину и затворную раму;

- протереть сухой ветошью и осмотреть патронник и канал ствола, если стрельба предвидится не сразу, смазать канал ствола и патронник;

- проверить наличие смазки на деталях автоматики;

- проверить надежность крепления механизмов изделия.

2. Проверку работы механизмов произвести следующим образом:

- взвести подвижные части прокачиванием рукоятки перезарядки до момента постановки частей на шептало, предварительно выведя рукоятку из зацепления с затыльником нажатием вниз;

- не возвращая рукоятку перезарядки в исходное положение, нажать на спусковой рычаг, при этом спуска частей не должно быть;

- после возвращения рукоятки перезарядки в исходное положение перевести предохранитель  в положение ПР и нажать на спусковой рычаг, при этом спуска частей с шептала не должно быть;

- перевести предохранитель в положение ОГ, при этом спуска частей с шептала не должно быть;

- проверить работу электроспуска, для чего, поставив переключатель темпа стрельбы на пульте управления в положение  0, нажать на кнопку стрельбы, после нажатия на кнопку затворная рама должна сойти с шептала и энергично прийти в переднее положение.

Чистка и смазка изделия.

1. Чистка и смазка изделия производятся после стрельбы, занятий, учений, марша и при ТО-1 и ТО-2.

2. Чистку и смазку производит боевой расчет под руководством командира, который обязан:

- определить степень загрязнения, а также объем необходимой разборки для чистки и смазки;

Проверить объем и качество произведенной чистки и смазки.

3. Чистку и смазку в полевых условиях необходимо производить на чистой подстилке, используя для этого настил из досок, фанеру, брезент, а в помещениях – на специально отведенном для чистки месте (верстаке, столе).

4. Инструменты и принадлежности для разборки и чистки должны быть исправными, а все смазочные и обтирочные материалы чистыми и доброкачественными.

5. Для сбережения материальной части и обеспечения надежной работы механизмов применяется смазка ГОИ-54п.

6. В качестве очистительных материалов применяются:

- раствор РЧС (при ТО - 1);

- топливо Т – 1 или ТС – 1. допускается применение дизельного топлива;

- спирт этиловый ректификованный (гидролизный ).

Смазка ГОИ – 54п применяется для смазки всех частей изделия.

Раствор  РЧС применяется для чистки канала ствола и снятия меди с газового цилиндра, обоймы, поршня.

Топливо Т–1 применяется для чистки всех деталей изделия, кроме деталей электроспуска, контактора и резиновых деталей.

Спирт-ректификат применяется для промывки деталей электроспуска и контактора.

В качестве обтирочного материала применяется чистая ветошь и пакля.

Для удобства чистки пазов, вырезов и отверстий можно применять деревянные палочки [16].

Выводы по разделу

  1.  В данном разделе был рассмотрен вопрос эксплуатации и ее основных составляющих, классификацию видов эксплуатации и периоды эксплуатации. 
  2.  Проведен анализ подготовки вооружения к применению, чистка и смазка после применения, общие указания по подготовке к стрельбе.
  3.  Рассмотрен человеческий фактор, влияющий на подготовку к боевому применению.

2 Анализ факторов и процессов, влияющих на изменение свойств материала стрелково – пушечного вооружения

2.1 Влияние атмосферных и климатических условий на эксплуатационные свойства стрелково-пушечного вооружения

Современное стрелково-пушечное вооружение эксплуатируется в различных атмосферных и климатических условиях. Поэтому при проектировании и производстве надо учитывать влияние на долговечность вооружения влаги, тепла, холода, света, пыли, песка, пониженного и высокого давления, радиации и других факторов.

Влага, постоянно содержащаяся в атмосфере, ускоряет коррозию металлов, способствует гидролизу и вследствие этого вызывает различные физико-механические повреждения вооружения.

В реальных условиях эксплуатации вооружения материалы большинства деталей не подвергаются непрерывному увлажнению. Периодические изменения влажности воздуха вызывают изменения свойств материала. В органических материалах при этом наблюдаются остаточные изменения вследствие того, что скорость поглощения влаги материалом больше скорости потери влаги при прочих равных условиях. В конечном итоге после серии периодических увлажнений и высыханий можно ожидать необратимых изменений в свойствах материалов. Всякое изменение температуры сопровождается изменением геометрических размеров детали, что следует учитывать при проектировании и производстве стрелково-пушечного вооружения. Отклонения в размерах твердых тел часто сопровождаются структурными изменениями, которые зависят от технологического процесса, принятого при изготовлении материала. В материале могут продолжаться физико-химические процессы или оставаться внутренние напряжения. Нагрев и охлаждение материала в определенных пределах температуры могут значительно снизить внутренние напряжения.

Стабилизация материалов происходит наиболее эффективно при одновременном действии температурных циклов и механических напряжений. Все же полностью устранить структурные изменения в материалах не удается.

Адсорбированная влага внутри материала более опасна, чем адсорбированная на поверхности, по той причине, что при кратковременном просушивании влага не удаляется. Материал, содержащий влагу, кроме ухудшения механических и химических качеств имеет и повышенную скорость старения.

Действие тепла и холода, прежде всего, приводит к изменениям размеров деталей. При однородном материале все размеры детали получают пропорциональные приращения от повышения температуры, и форма детали не искажается. Деформация происходит тогда, когда материал детали неоднороден, когда температура отдельных мест неодинакова или когда к детали приложена механическая нагрузка.

При сопряжении разнородных материалов, например пластмасс и металлов, компенсировать температурную деформацию можно путем подбора материалов и размеров деталей механизма. Предельно допустимые температуры пластмасс при таких условиях могут достигать величин, указанных в таблице 1.

Таблица 1 -  Предельно допустимая температура пластмасс

Группа пластмасс

Температура в 0С

Примечание

Пластмассы на основе полистирола и полиметилметакрилата

Ацетилцеллюлозные пластмассы

Литые фенопласты

Карбомидные пластмассы

Фенопласты

Меламиноформальдегидные пластмассы

Фенопласты

65-75

59-60

70

75

120

150

150

-

В зависимости от количества и типа пластификатора

С целлюлозным наполнителем

С древесным и тканевым наполнителем

С минеральным наполнителем

С асбестовым наполнителем

Коэффициент линейного расширения пластмасс отличается от коэффициентов линейного расширения металлов и сплавов. Коэффициент линейного расширения металлов, применяемых совместно с пластмассами, примерно на один порядок меньше. Таким образом, различие в свойствах металлов и пластмасс при изменении температуры приводит к образованию зазоров между этими материалами. Зазоры способствуют проникновению влаги в опрессованные или герметизированные в пластмассу изделия.

Пластмассы выдерживают низкую температуру не разрушаясь, хотя их прочность на удар и разрыв с понижением температуры понижается. Морозостойкость пластиков на основе полихлорвинила и сополимеров хлорвинила с винилацетатом находится в пределах от —15 до —500С и зависит от типа и количества введенного пластификатора. Морозостойкость полиэтилена достигает —780С, политетрафторэтилен не изменяет заметно эластичности и при температуре —1000С [7].

Особенно вредно действуют отрицательные температуры, периодически чередующиеся с положительной (зона пустынь, где дневная жара сменяется ночными заморозками). При резких колебаниях температуры на поверхности стрелково-пушечного вооружения и его внутренних частях конденсируется влага, которая адсорбируется через микрокапилляры и проникает в зазоры между деталями. При низкой температуре вода, заполняющая трещины, поры и зазоры, замерзает и, расширяясь, вызывает дальнейшее увеличение пор, трещин, зазоров. Низкая температура, как правило, увеличивает пусковые моменты машин вследствие загустевания смазки. Механизмы могут заклиниваться от изменения зазоров между деталями, материалы которых имеют различные коэффициенты линейного расширения.

Способность пластмасс длительно выдерживать статические нагрузки зависит от температуры материала. Разрушение материала происходит постепенно, в течение всего времени действия приложенной силы, причем определяющим фактором является тепловое движение частиц материала.

Влажность резко ухудшает теплоизоляционные свойства материала. Вода, проникая в материал, вытесняет воздух из пор и ячеек. Коэффициент теплопроводности воды в 2,5 раза больше коэффициента теплопроводности воздуха, поэтому даже небольшое увлажнение материала вызывает резкое увеличение коэффициента его теплопроводности [8].

Вред, причиняемый коррозией металла, определяется не только потерями металла и снижением механической прочности конструкций, но и уменьшением точности и сокращением сроков работы механизмов. Продукты коррозии загрязняют детали, снижают механические характеристики и портят внешний вид вооружения.

На механизм разрушения стрелково-пушечного вооружения, установленного на открытом воздухе, влияет ряд факторов, зависящих от атмосферных осадков (дождь, снег, вихревые влажные потоки воздуха), ударного их действия, загрязнения атмосферы, разности электрохимических потенциалов примененных металлов.

Существует некоторая критическая относительная влажность воздуха, выше которой при прочих равных условиях наступает резкое возрастание коррозии металла. Критическая относительная влажность, по некоторым данным, для стали находится в пределах 65—70%.

При влажности выше 70% конденсирующаяся на поверхности металла влага начинает создавать адсорбционную пленку, которая играет роль растворителя агрессивных агентов среды; в то же время при влажности выше критической начинается разрушение оксидной пленки, покрывающей металл.

Коррозия в атмосферных условиях интенсивно начинается при влажности, близкой к 100%, когда происходит конденсация водяных паров. Коррозия металлических деталей развивается более интенсивно, когда внутри изделия накапливаются газообразные вещества, получающиеся в результате окислительного процесса высокомолекулярных смол при высыхания лакокрасочных покрытий.

Ориентировочные данные скорости коррозии материалов в зависимости от состава окружающей среды приведены в таблице 2.

С коррозией в водных средах приходится встречаться реже, чем с атмосферной коррозией. Только некоторые специализированные машины эксплуатируются в водной среде или охлаждаются водой. Чаще в процессе эксплуатации стрелково-пушечное вооружение подвергается кратковременным погружениям в воду. Наиболее тяжелые условия при такого рода погружениях возникают тогда, когда температура изделия значительно выше температуры воды. Скорость коррозии в водных средах зависит от материала, состава и физических свойств воды, растительных и животных организмов, всегда имеющихся в воде, ее подвижности, периодического или постоянного смачивания изделия и других факторов второстепенного значения. При температуре воды, близкой к нормальной, коррозия железа в пресной воде определяется концентрацией растворенного в ней кислорода. Чтобы понизить агрессивность применяемой для охлаждения воды, ее предварительно пропускают через железо, реагирующее с растворенным в ней кислородом. Если в воде имеются бактерии, восстанавливающие сернокислые соли, то железо может корродировать и при отсутствии кислорода. Такие бактерии часто встречаются в глубоких колодцах, в почве, в морской воде. В хлорированной воде бактерии не размножаются. Многие бактерии, грибки, образующие слизь, и водоросли способствуют коррозии металлов путем образования пленки, состоящей из самих организмов и продуктов их жизнедеятельности.

Среднюю скорость коррозии стального листа, погруженного в вертикальном положении в морскую воду, можно считать равной примерно 25 мг/дм2 сутки.

Среди сортов латуни лучшие характеристики в условиях полного погружения в морскую воду имеют сплавы, содержащие от 65 до 85% меди. Сплавы меди с оловом хорошо сопротивляются коррозии в морской воде. В сплавах меди с никелем стойкость против коррозии возрастает. Титан является наиболее стойким из всех материалов к действию соленой воды и морской атмосферы.

Морская вода обладает хорошей электропроводностью. Поэтому при сочетании разных металлов и сплавов, подвергающихся действию морской воды, приходится учитывать повреждения от гальванической коррозии. Кальций, магний и стронций, присутствующие в морской воде, могут осаждаться в виде углекислых солей на катодных поверхностях и снижать ее гальваническое действие [6].

Таблица 2 – Стойкость металлов к атмосферной коррозии

Материал

Возникновение продуктов коррозии

Стойкость к атмосферной коррозии

Углеродистые и слаболегированные стали, чугун.

Без поверхностной защиты быстро покрываются ржавчиной (Fe2O3H2O).

Величина коррозии в год: в чистой сухой атмосфере 0-5 мкм и во влажной загрязненной (город) 100 мкм, в сильно  загрязненной промышленной (промышленной на побережье до 1 км) 100 мкм.

Нержавеющие стали (не менее 13% Cr).

Продукты коррозии не возникают; они появляются лишь в исключительных случаях у плохо отшлифованных сталей без никеля.

Величина коррозии в атмосфере всех типов незначительная.

Продолжение таблицы 2

Медь и сплавы меди (бронза и латунь).

В чистой сухой атмосфере образуется цветная пленка; в загрязненной атмосфере в течение нескольких дней возникают красные (Cu2O), затем черные (CuO) продукты коррозии, в наружной атмосфере зеленеют (медянка); продукты коррозии неэлектропроводны.

Величина коррозии меди (более 99% Cu) в год: в чистой сухой атмосфере 2 мкм, в умеренно загрязненной 3-40 мкм, на побережье 4-10 км (наибольшая величина коррозии в атмосфере, содержащей Н2S). Бронза имеет стойкость того же порядка, что и медь; образование продуктов коррозии более медленно; стойкость различных видов бронзы мало отличается. Латунь обычного типа( 58-64% Cu) корродирует несколько быстрее, чем чистая медь. Латунь с меньшим содержанием меди при механической нагрузке и обработке в холодном состоянии иногда ломается (особенно в присутствии NH3), на побережье (при соприкосновении с морской водой) имеется опасность разрушения цинка в латуни; ее можно уменьшить присадкой мышьяка и сурьмы в малых количествах. Сплавы с никелем более стойки; их обычно можно применять без поверхностной защиты.

Продолжение таблицы 2

Алюминий и его сплавы.

В чистой сухой атмосфере продукты коррозии не образуются; в атмосфере, загрязненной хлоридами или пылью быстрое возникновение рыхлых продуктов коррозии.

Величина коррозии в год: в незагрязненной атмосфере 1 мкм, в промышленной 1-9 мкм, на побережье 3-12 км, коррозия имеет вид мелких точек глубиной до 0,02 мм.

Цинк и его сплавы.

В сухой атмосфере продукты коррозии почти не возникают; в жаркой влажной атмосфере быстро появляются рыхлые продукты коррозии – основные соли; стойкость сплавов различных типов и различной чистоты различна.

Величина коррозии в год: в чистой сухой атмосфере (пустыня, сухие тропики) 0,5 мкм, в чистой влажной атмосфере 5 мкм, в приморье 4-20 мкм, в загрязненной промышленной атмосфере 4-15 мкм.

Никель и его сплавы с медью и цинком.

В чистой влажной атмосфере продукты коррозии не образуются; в промышленной атмосфере появляются тонкие слои продуктов коррозии.

Величина коррозии в год: в чистой атмосфере 1 мкм, в загрязненной 1-5 мкм, в приморье 3 мкм.

Магний и его сплавы.

В сухой атмосфере стойкие; имеется значительная разница в стойкости металлов различной чистоты и с различной поверхностной защитой; в загрязненной атмосфере и приморье быстро покрываются рыхлыми белыми продуктами коррозии.

Величина коррозии в год 50 мкм, особенно быстро разрушаются в приморье (более стойкие сплавы с кремнием).

Во влажном климате, особенно в тропических областях, приобретает особое значение электрохимическая коррозия контактных соединений металлов. Часто материалы, применяемые отдельно, не имеют заметных следов коррозии, но при соприкосновении друг с другом в тех же условиях их поверхность подвергается коррозии.

Образцы из пассивированного алюминия марки АОМ и винты из латуни марки Л62 выдерживали испытание в камере влажности без местных коррозионных повреждений. В то же время контактные соединения этих материалов подвергались заметным повреждениям; более сильно была выражена коррозия алюминия и менее заметно коррозия латуни. Контактное соединение меди марки М-1 с травленой и пассивированной сталью 10 вызывает сильную коррозию стали. Бронза марки Бр.КМц 3-1 и пассивированный дуралюмин марки Д16 в закаленном и состаренном состоянии, не корродировавшие в субтропических условиях, заметно корродировали в контактных соединениях.

Подобные повреждения металлов, соприкасающихся между собой, достаточно многочисленны в практике. При соприкосновении разных металлов во влажной атмосфере образуются электрохимические микропары. Один металл является анодом, влажная пленка – электролитом и другой металл – катодом. Чем дальше в электрохимическом ряду напряжений стоят друг от друга металлы, т. е. чем больше между ними разность потенциалов, тем больше вероятность контактной коррозии. Роль анода (менее благородный металл), разрушающегося более интенсивно, играет металл с более отрицательным потенциалом.

При выборе контактных пар металлов практическое значение имеет поведение не относительно чистых металлов, а металлов определенных промышленных марок и металлов с покрытиями.

Эффект коррозии зависит от отношения площади более благородного металла (катодного) к площади менее благородного (анодного). Следует стремиться к тому, чтобы площадь более благородного металла была меньшей. Лучше применять (если это необходимо) медную заклепку в стальной пластине, чем стальную в медной пластине.

Коррозию паяных швов следует рассматривать в основном как контактную, при которой припой (паяный шов) имеет значительно меньшую поверхность, чем спаиваемый металл. Если припой (ПОС-40, ПСР-45) является анодом, то процесс коррозии развивается гораздо интенсивнее, чем в парах, где припой является катодом. Для увеличения срока службы паяного изделия следует выбирать припой с более высоким потенциалом, чем спаиваемые металлы. В этом случае будут незначительно разрушаться спаиваемые металлы, а паяный шов будет защищен.

Коррозионная стойкость припоев в сельской местности приблизительно в 1,5 раза выше, чем в промышленных районах. Для алюминиевых припоев характерно увеличение стойкости с повышением температуры. Испытания, проведенные в районе г. Батуми, показали большую стойкость этих припоев, чем в условиях севера.

Следует иметь в виду, что соприкосновение некоторых сортов древесных пород с металлами вызывает коррозию последних, например дуб, каштан и западную тую не следует применять в соединении с железом, сталью, алюминием и его сплавами, свинцом и свинцовыми сплавами. Некоторые сорта фанеры выделяют активные вещества (вероятно, жирные кислоты), интенсивно действующие на металл, главным образом на цинк, стали и кадмий.

Влияние света на материалы заключается главным образом в химическом разложении некоторых органических материалов – пластмасс, красителей, тканей. Свойства подавляющего большинства синтетических материалов под влиянием света, особенно вместе с дождем и ветром, ухудшаются, причем происходит поверхностное окисление материалов с образованием полярных групп. При одновременном действии облучения и влажности существенно ускоряются физико-химические изменения некоторых материалов [7].

Ультрафиолетовые лучи являются очень сильным катализатором реакции окисления. Такое окисление наблюдается у многих материалов, например у полиэтилена, полистирола. Под действием солнечных лучей происходит также частичное химическое разложение полимеров, содержащих хлор, например поливинил-дехлорида, полихлорвинила. Наибольшее действие солнечные лучи оказывают на нитроцеллюлозные пластмассы. Полиметилметакрилат быстро стареет под действием инфракрасного излучения.

Некоторые виды термореактивных пластмасс подвержены разрушительному действию ультрафиолетового излучения. При этом наблюдаются изменения основного органического компонента материала и изменение цвета.

Введение в пластмассу стабилизирующих составляющих часто значительно удлиняет срок службы изделий в этих условиях. Стойкость полиэтилена к действию света можно значительно повысить введением в него газовой сажи (около 0,1%).

Непосредственное действие солнечного света на натуральную резину ведет к образованию корки на ее поверхности. Растрескивание резины происходит главным образом под действием озона. Разрушающее действие озона особенно сильно сказывается на натуральном и нитрильных каучуках. Бутиловые, неопреновые и полисульфидные резины более устойчивы к озону.

Синтетические резины значительно более устойчивы к действию ультрафиолетовых лучей. Свет не оказывает заметного влияния на поверхность дерева, но продолжительная эксплуатация деталей, изготовленных из дерева, при облучении их ультрафиолетовыми лучами может привести к некоторым изменениям поверхностных слоев древесины.

Свет влияет на скорость атмосферной коррозии, например цинка, у которого выявлено сильное замедление коррозии при действии солнечного света. Цинк на внешних деталях значительно устойчивее в отношении коррозии, чем на внутренних, не освещенных, особенно при повышенной влажности воздуха.

Гигроскопическая пыль приносит из влажного воздуха на поверхность металла частицы воды. Пыль многих материалов, например, угля, поглощает из атмосферы активные газы и переносит их на поверхность металла. Таким образом, как органическая, так и неорганическая пыль в равной мере способствует коррозии и износу металла. В точных механизмах и измерительных приборах пыль увеличивает трение и вследствие этого снижает их точность. На лакокрасочных покрытиях увлажненная пыль вызывает медленную химическую реакцию, в результате которой лаковая пленка тускнеет [5].

Частицы песка влияют на срок службы механизмов главным образом в результате абразивного эффекта. Самое неблагоприятное действие оказывают частицы порядка 15 мкм.

2.2 Микробиологические и коррозионные повреждения материалов и изделий вооружения

Изучению влияния различных климатических факторов на коррозию, биологические повреждения и старение материалов посвящено большое количество работ, в которых установлены их основные закономерности.

Согласно Международному стандарту ИСО 8044-1986 термин «коррозия» означает процесс. Этот процесс заключается в физико-химической реакции между материалом и окружающей средой и приводит к изменениям свойств материала. Результатом является «коррозионный эффект», примерами которого являются порча материала, загрязнение окружающей среды продуктами коррозии и нарушения функций системы, физико-химическими составными частями которой являются и материал и окружающая среда [9].

Установлено, что существенную роль в протекании процессов коррозии, а также старения играет состав атмосферного воздуха (количество содержащихся в нем загрязнений). Так, сернистый ангидрид, попадающий в атмосферу при сжигании серосодержащего топлива (угля), резко увеличивает скорость коррозии таких металлов, как железо, цинк, алюминий, медь. Начиная с некоторой критической концентрации SO2 в атмосфере скорость этого процесса возрастает прямо пропорционально содержанию газа в воздухе (рисунок 4). Однако, после достижения определенного предела, дальнейшее повышение концентрации SO2 в воздухе не приводит к заметному возрастанию скорости коррозии. Скорость растет и в том случае, когда в атмосфере сернистый газ отсутствует, но поверхность металла была им предварительно обработана.

Хлориды и соединения азота образуют при взаимодействии с находящейся на поверхности металла водой растворы электролитов, что способствует протеканию процессов коррозии. Ионы хлора препятствуют также образованию пассивирующих пленок на металле. Кроме того, хлористый натрий собирает влагу из относительно сухой атмосферы,  увеличивая толщину пленки адсорбированной на поверхности металла воды, что сопровождается увеличением скорости коррозии. Например, при влажности атмосферы 75% толщина пленки воды, адсорбированной на чистой поверхности железа, составляет 6...7 молекулярных слоев, а на обработанной хлористым натрием - 12...14 слоев. Основным источником поступления хлоридов в атмосферу являются моря, и их концентрация в воздухе во многом зависит от удаленности от берега моря, содержание солей в морской воде, силы и направления ветра, препятствий на путях движения воздуха и количества осадков. Поэтому скорость коррозии в приморских районах выше, чем в удаленных от моря местностях.

   Δm,

   мг/дм2

        240

                                                                                                   2

        160                                                                                                   4

                                                                                     3

         80

                                                                1

                  60                 90                                        99 φ, %

Рисунок 4 - Влияние частиц угля, SiO2 и (NH4)2SO4 на скорость атмосферной коррозии в присутствии и без SO2 в воздухе: 1 - частиц (NH4)2SO4 без SO2; 2 - частиц угля (с SO2); 3 - частиц (NH4)2SO4; 4 - частиц SiO2SO2).                                                

Содержащиеся в атмосферном воздухе аммиак, сероводород, углекислый газ являются менее коррозионно-активными агентами, чем сернистый газ и хлориды.

Рассмотренные выше атмосферные загрязнения сорбируются не только на металлах, но и на неметаллах. Они способны диффундировать в объем материала и изменять его свойства, вступая в реакции с реакционно-способными группами макромолекул. Вопросы старения полимеров в агрессивных средах подробно рассмотрены в ряде монографий. Конструкционные особенности стрелково-пушечного вооружения какого-либо специфического влияния на процессы старения полимеров в агрессивных средах не оказывают, поэтому для них характерны все общие закономерности, описанные в этих работах; Так, известно, что легко гидролизующиеся связи типа С-О или C-N подвергаются гидролитическому распаду в водных растворах кислот и щелочей, поэтому растворение сернистого ангидрида, сероводорода, окислов азота или аммиака в адсорбированной на поверхности полимерных деталей стрелково-пушечного вооружения пленке воды вызывает химическое старение материала [7].

Известно, что хлор, сернистый газ, аммиак являются биоцидными веществами, однако их концентрация в атмосферном воздухе слишком мала для того, чтобы оказывать заметное антимикробное действие.

Озон, содержащийся в атмосфере, является очень сильным окислителем и заметно ускоряет старение полиамидов, особенно резин, вызывая быстрое растрескивание и разрушение находящихся под действием растягивающего напряжения резинотехнических изделий.

Рассмотрение конструктивных особенностей основных образцов стрелково-пушечного вооружения приводит к выводу, что озонное старение и растрескивание резинотехнических изделий не играет заметной роли в возникновении неисправностей вооружения, но озонное старение других полимерных материалов учитывать необходимо. Озон обладает биоцидными свойствами, однако в реальных условиях хранения и эксплуатации вооружения и военной техники заметного влияния на ее биоповреждаемость не оказывает: концентрация озона в атмосфере и время его воздействия на микроорганизмы недостаточны для получения заметного дезинфицирующего эффекта.

Напротив температура оказывает существенное влияние на процессы коррозии, старения и биоповреждений материалов стрелково-пушечного вооружения. В первую очередь это связано с температурной зависимостью химических реакций: известно, что при повышении температуры скорость всех реакций увеличивается. Это выполняется и для электрохимических реакций, и для реакций деструкции и сшивания макромолекул полимерных материалов. При повышении температуры ускоряются также процессы транспорта: миграции компонентов неметаллических материалов из объема на поверхность детали, диффузии молекул воды и агрессивных веществ через лакокрасочное покрытие, полимерную пленку, в которую может быть упакован образец стрелково-пушечного вооружения, или в объем материала и так далее.

Если повышение температуры однозначно ускоряет процесс старения полимерного материала в результате увеличения скорости, как транспортных процессов, так и химических реакций макромолекул, то температурная зависимость процесса коррозии имеет более сложный характер. Это связано с тем, что при повышении температуры в результате опять-таки увеличения скорости десорбции молекул воды с поверхности металла уменьшается длительность контакта электролита с металлом.

Влияние продолжительности пребывания на материалах пленки влаги на коррозию, старение и биоповреждения материалов рассмотрены в ряде работ. Показано, что, например, количество металла, превратившегося в продукты коррозии, зависит от длительности пребывания пленки электролита на его поверхности: чем дольше не высыхает пленка на поверхности металла и чем чаще она возобновляется, тем дольше протекает процесс коррозии и, тем самым, при прочих равных условиях большему коррозионному разрушению подвергается металл. Было также установлено, что в атмосферах, не загрязненных значительным количеством специфических коррозионно-активных веществ, процесс коррозии начинался лишь тогда, когда на поверхности металла присутствовала пленка влаги толщиной 10...20 молекулярных слоев, приобретающая свойства электролита. Известно, что количество газа, адсорбируемое определенным количеством данного адсорбента, зависит от условий протекания процесса, в первую очередь от давления газа и температуры. На рисунке 5 представлена типичная изотерма адсорбции из газовой фазы.

                     давление газа, пас

Рисунок 5 - Типичные изотермы: 1 - мономолекулярной; 2 - полимолекулярной адсорбции

Повышение давления газа увеличивает адсорбируемое количество его, но на разных участках адсорбционной изотермы это влияние сказывается неодинаково. Особенно сильно оно проявляется в области низких давлений (участок I изотермы на рисунке 5), где адсорбируемое количество газа прямо пропорционально его давлению. При дальнейшем повышении давления количество адсорбируемого газа тоже увеличивается, но в постепенно уменьшающейся степени (участок II изотермы), и далее кривая, выражающая эту зависимость, стремится к прямой, параллельной оси абсцисс (участок III). Это соответствует постепенному насыщению поверхности адсорбента. Когда насыщение достигнуто, дальнейшее повышение давления практически не влияет на количество адсорбируемого газа. Изображенная на рисунке 5 изотерма сорбции описывает явление мономолекулярной сорбции, когда предельное количество адсорбированного газа отвечает покрытию поверхности адсорбента только мономолекулярным слоем газа. В этом случае количество адсорбированного газа, а можно определить по уравнению Лэнгмюра:

 ,                                                                (1)

где p - равновесное давление газа над сорбентом; к и b - константы.

Если, как, например, при адсорбции паров воды на поверхности металлов, происходит полимолекулярная адсорбция, т.е. на поверхности сорбируется не один, а несколько слоев газа, то график изотермы сорбции имеет S-образную форму (кривая (2) на рисунке 5) и описывается уравнением Брунауэра – Эммета - Теллера:

,                              (2)

где а - количество адсорбированного вещества; ат - количество адсорбированного вещества в сплошном молекулярном слое; р - равновесное давление пара сорбата над сорбентом; р0 - давление насыщенного пара при той же температуре; с - константа.

Из уравнений (1) и (2) следует, что количество воды, адсорбировавшейся на деталях вооружения, при прочих равных условиях определяется содержанием водяного пара в воздухе, т.е. его абсолютной влажностью. Используя уравнение (2) можно оценить при какой влажности воздуха (при заданной температуре) толщина пленки адсорбированной на металлах влаги превысит необходимую для начала коррозионного процесса толщину в 10...20 молекулярных слоев.

Повышение температуры, как правило, вызывает, уменьшение количества адсорбированного газа при постоянном давлении, а понижение температуры увеличивает его. Этот вывод можно сделать также из анализа уравнения (2). Действительно, зависимость давления насыщенного пара р0 от температуры Т описывается выражением:

                     ,                             (3)

где Lucn - мольная теплота испарения вещества; R - универсальная газовая постоянная; D - константа, характерная для каждого вещества и связанная с изменением энтропии при испарении.

С ростом температуры величина lnр0 и, следовательно, р0 растут, а р/р0 при постоянном значении р падает. Соответственно уменьшается и величина а. Кроме того, понижение температуры может приводить к тому, что парциальное давление паров воды в воздухе становится больше давления насыщенного пара при данной температуре, что приведет к конденсации воды на поверхности изделий. Таким образом, количество адсорбированной на материалах стрелково-пушечного вооружения воды зависит от абсолютной влажности воздуха и его температуры. [8]

Влияние адсорбированной воды на старение полимерных материалов связано как с физическим (набухание полимера вымыванием водорастворимых компонентов), так и химическим ее действием (разрушением легко гидролизующихся связей). Для применяемых при изготовлении образцов стрелково-пушечного вооружения полимеров деструкция под воздействием воды происходит только при высокой (свыше 180 °С) температуре, при реальных условиях хранения (эксплуатации) изделий ухудшение свойств материала связано с его набуханием. Изменение влажности воздуха вызывает периодическое набухание и высыхание полимерных материалов, что, в свою очередь, приводит к возникновению градиента концентрации воды по объему деталей, и, как следствие, возникновению внутренних механических напряжений, изменяющихся во времени. Наличие таких напряжений ведет к образованию микротрещин и пор в материалах.

Солнечное излучение не оказывает непосредственного воздействия на материалы стрелково-пушечного вооружения, хранящегося в штатной укупорке в неотапливаемом хранилище. Однако прямое солнечное излучение может существенно увеличить температуру поверхности, на которую оно попадает. Температура может превысить 100 0С. Если эта поверхность является крышей хранилища, то температура внутри него может достичь 70-80 0С и даже выше. Соответственно заметно повысится и температура находящегося в этом хранилище вооружения.

Биоповреждение (биологическое повреждение) - это любое изменение (нарушение) структурных и функциональных характеристик объекта, вызываемое биологическим фактором. Под биологическим фактором подразумевают организмы или их сообщества, воздействие которых на объект техники нарушает его исправное или работоспособное состояние. Наиболее агрессивны по отношению к материалам и изделиям микроорганизмы (микроорганизмы-деструкторы, биодеструкторы): микроскопические грибы, бактерии, дрожжи. Являясь составной частью окружающей среды, биодеструкторы в силу специфики своей жизнедеятельности способны быстро адаптироваться к самым различным материалам и постоянно изменяющимся условиям. Практически все используемые в изделиях техники материалы подвержены повреждающему воздействию микроорганизмов - микробиологическому повреждению.

Достаточно полно исследованы микробиологические повреждения горюче-смазочных материалов, в том числе масел и смазок. Установлено, что ряд видов микроорганизмов, обладая способностью ферментативного окисления жидких углеводородов, используют их в качестве источника питания. Ассимилируя такие углеводороды и воздействуя на них продуктами жизнедеятельности, микроорганизмы-деструкторы приводят к разложению и потере рабочих свойств материала. Нефтяные топлива и продукты из них подвержены микробиологическому повреждению как при хранении и транспортировании, так и в эксплуатационных условиях.

По данным работы все моторные, дизельные, вазелиновые, веретенные, авиационные, почти все трансмиссионные и изоляционные масла и пластичные смазки неустойчивы к грибам и бактериям. При воздействии этих микроорганизмов большинство показателей свойств масел и смазок (вязкость, кислотное число, стойкость к окислению и др.) существенно изменяет свои значения. Возникает коррозия узлов и деталей, контактирующих с поврежденными маслами и смазками.

Многие авторы отмечают большую зависимость микробиологической стойкости горюче-смазочных материалов даже одного и того же типа от исходного сырья и технологии изготовления. Так, масла различного назначения из анастасиевской нефти (Россия) наиболее устойчивы, а трансформаторное масло из этой нефти считают «абсолютно устойчивым» к микроорганизмам. Такие отличия обусловлены особенностями группового и индивидуального углеводородного состава конкретного материала. Установлено также, что многие соединения серы, имеющиеся в сернистой нефти, значительно снижают микробиологическую стойкость изготовленных из нее масел. В то же время имеющиеся в смолистых фракциях нефти азотосодержащие соединения оказываются активными биоцидами - веществами, убивающими микроорганизмы.

Среди многочисленных способствующих микробиологическим повреждениям горюче-смазочных материалов внешних условий определяющими являются наличие в материале воды, минеральных примесей (загрязнений) и оптимальной для развития микроорганизмов температуры.

Масла и смазки наиболее часто повреждаются грибами Aspergillus niger, Penicillium variabile, Penicillium chrysogenum, Penicillium verrucosum, Scopu-lariopsis brevicaulis, бактериями Bacillus subtilis, Bacillus pumilus, Bacillus licheniformis.

Большое число работ посвящено вопросам воздействия микроорганизмов на металлы и их сплавы (биокоррозии). В результате жизнедеятельности микроорганизмов на поверхности металла формируется агрессивная специфическая среда, образуются электрохимические концентрационные элементы, а в окружающей среде (растворе) и (или) на поверхности возникают агрессивные химические соединения, снижающие коррозионную стойкость. Грибы и бактерии способны инициировать и интенсифицировать практически все известные виды коррозии.

Многие бактерии могут инициировать коррозию даже обычно коррозионностойких металлов и сплавов, таких, например, как медь, свинец и другие. Грибная коррозия наиболее часто проявляется на технических изделиях (оборудование, приборы, сложные узлы и агрегаты), в которых металлические детали контактируют с материалами, способствующими развитию грибов. Наиболее часто стимулируют коррозию: Aspergillus niger, As. flavus, Penicillium cyclopium и др. Они выделяют большое количество органических кислот - щавелевую, фумаровую, яблочную, лимонную, винную, молочную. Действие этих кислот на конструкционные материалы стрелково-пушечного вооружения идет по реакциям:

mМе° → mМеn+ + nе , (4)

mМеп+ + n[AH-H+]nH20→МеmH-)n + nН3О+, (5)

3О+ + nе → nН2О + n/2Н2↑ . (6)

Ферменты, выделяемые грибами, - это мощный фактор биоповреждений металлов. Более 50% повреждений техники, эксплуатирующейся в природных условиях, связаны в той или иной степени с воздействием МО.

В процессах коррозии алюминиевых и стальных сплавов принимают активное участие грибы родов Aureobasidium, Alternaria, Stemphylium.

Испытания стальной, алюминиевой и медной проволоки под воздействием микроскопических грибов показали, что менее стойкими являются стальные образцы. Наиболее агрессивны культуры Aspergillus niger, Aspergillus amstelodami и Penicillium cyclopium. В то же время культуры Chactomium globosum и Stachybetris atra заметных изменений не вызвали. Разрушение медной проволоки отмечено лишь под воздействием Penecillium cyclopium.

Многие лакокрасочные покрытия, полимерные материалы и резинотехнические изделия подвержены отрицательному воздействию микроорганизмов. Их потребление в качестве источника питания и повреждение микроорганизмами связывают главным образом с воздействием веществ, продуцируемых микроскопическими грибами и бактериями в процессе жизнедеятельности. Изменение свойств материалов наступает в результате различных реакций - окисления, восстановления, декарбоксилирования, этерификации, гидролиза и других.

Решающее значение для микробиологической стойкости лакокрасочных покрытий имеет состав пленкообразующего полимера и физические свойства полученной из него пленки покрытия (набухаемость, твердость, пористость, гидрофобность и другие). Используемые в качестве пигментов вещества в зависимости от наличия в них биоцидных свойств могут существенно влиять на стойкость лакокрасочных покрытий к микроорганизмам. Авторы показали, что оксиды железа в составе лакокрасочных покрытий  стимулируют рост микроорганизмов, диоксид титана - инертен, а оксид цинка замедляет его. Из наполнителей лакокрасочных покрытий  асбест и тальк увеличивают, а карбонат кальция уменьшает интенсивность роста микроорганизмов. Низкая грибостойкость некоторых лакокрасочных покрытий  связана с наличием в их составе в качестве наполнителя гигроскопичного оксида магния, который поглощает влагу, набухает и способствует интенсивному развитию микроорганизмов.

Многие исследователи подчеркивают большое влияние на микробиологическую стойкость лакокрасочных покрытий  таких внешних факторов, как солнечная радиация, колебания температуры и влажности воздуха, загрязнение поверхности пылью и солями, воздействие различных газов и др. Эти факторы способствуют процессам старения лакокрасочных покрытий  и подготавливают питательную среду для микроорганизмов. Микробиологическим повреждениям лакокрасочных покрытий  благоприятствуют также нарушения технологий нанесения покрытий и требований по уходу за ними в эксплуатации. При исследовании эпоксидных эмалей (ЭП-525, ЭП-567), нанесенных по грунту АК-070, выявлено, что основными факторами, снижающими физико-механические и защитные свойства лакокрасочных покрытий, являются влажность воздуха, температура и метаболиты грибов во взаимодействии. Наибольшее снижение прочностных характеристик наблюдается в первые 15...30 суток в период активного роста грибов.

Основными агентами микробиологических повреждений лакокрасочных покрытий  являются плесневые грибы. Бактериальные поражения встречаются реже. Грибы, повреждающие лакокрасочных покрытий, наиболее часто принадлежат родам Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Trichoderma, Alternaria, Cephalosporium, Pullularia, а бактерии - родам Pseudomonas, Flavobacterium.

Микробиологические повреждения полимеров, применяемых в конструкциях машин и оборудования, встречаются довольно часто. Подсчитано, что на детали из пластмасс приходится около 25% от общего числа повреждений, вызываемых микроорганизмами. Более того, свыше 60% используемых в технике полимерных материалов не обладают достаточной микробиологической стойкостью. Чаще всего микробиологические повреждения возникают под воздействием микроскопических грибов, изменяющих цвет и структуру полимера, а в тонких пленках нарушается герметичность и снижается прочность.

К наиболее характерным микроорганизмам-деструкторам полимеров относятся следующие виды грибов: Aspergillus wamori, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Trichoderma sp., Aspergillus amstelodami, Aspergillus flavus, Chaeto-mim globosum, Trichoderma lignorum, Cephalosporum aeremonium, Penicillium sp., Rhizopus nigricans, Fusarium roseum.

Микробиологическая стойкость резинотехнических изделий во многом зависит от их состава. О низкой стойкости к воздействию микроорганизмов основного компонента - каучука сообщается в работах. Росту микроорганизмов способствуют также и другие компоненты (стеарин, дибутилфталат). Грибостойкость также связана с технологией изготовления резинотехнических изделий, в частности зависит от процесса вулканизации.

Многие исследователи связывают интенсивность роста микроорганизмов на резинотехнические изделия с процессами их старения под воздействием внешних факторов (свет, температура, давление, озон, влага). Под их воздействием происходит разрыв макромолекулярных цепей, изменение состава отдельных звеньев и разрушение поверхностного слоя резины. Все это создает благоприятные условия для развития микроорганизмов.

Исследования процессов микробиологических повреждений оптического стекла показывают, что даже незначительные повреждения поверхности стекол приводит к существенному снижению и даже потере работоспособности оптических приборов, используемых в образцах стрелково-пушечного вооружения.

Авторами установлено, что уже при слабом развитии плесневых грибов на поверхности оптического стекла (монокуляра), коэффициент светопропускания уменьшается в среднем в 5,2 раза.

Отмечается большая роль в возникновении микробиологических повреждений стекла таких стимулирующих факторов, как загрязнения при изготовлении и эксплуатации оптических приборов, контакты с небиостойкими деталями (прокладки, смазка), с поврежденных участков которых биодеструкторы переносятся на поверхность стекла.

С пораженных оптических деталей в различных климатических районах идентифицирован весьма разнообразный видовой состав микроскопических грибов: Aspergillus niger, Aspergillus versicolor, Aspergillus oryzae, Aspergillus flavus, Penicillium luteum, Penicillium spinulasum, Penicillium commune, Penicil-Hum citrinum, Penicillium frequentens, Muscor sp. и др., всего 23 вида.

Зависимость проблемы коррозионных и микробиологических повреждений подчеркивается многими специалистами.

Надежная работа подземных трубопроводов, ядерных электростанций, авиационной и ракетной техники, электронного оборудования, морских нефтедобывающих платформ и многих других технически сложных объектов зависит от эффективной противокоррозионной защиты и применения современных коррозионно-стойких материалов.

Сегодня в мире существует лишь 30 % металлофонда, произведенного за всю историю человечества. Остальные миллиарды тонн исчезли, в основном по причине коррозии. Экономисты в разных странах постоянно делают попытки оценить ущерб от коррозии для народного хозяйства. Основными составляющими затрат на защиту от коррозии являются собственно затраты на противокоррозионную защиту, стоимость замены поврежденных коррозией узлов, убытки от отказа оборудования по коррозионным причинам и возможных аварий.

Общие годовые затраты на борьбу с коррозией в развитых странах оцениваются в 2-4 % от валового национального продукта (рисунок 6) и достигают в год сотен миллионов долларов (рисунок 7).

Рисунок 6 - Годовые затраты на борьбу с коррозией в разных странах (по данным Werkstoffe und Korrosion)

Убыток, наносимый коррозией народному хозяйству США, оценивается в 300 млрд. долларов в год или 1200 долл. в год на душу населения.

В настоящее время объем металлофонда стран СНГ превысил 2 млрд. т и составляет четверть всего металлофонда в мире. Прямые потери от коррозии ежегодно составляют, по оценкам специалистов, около 18 млн.т.

Согласно данным симпозиума по биоповреждениям материалов потери от биокоррозии составляют 15-20% от общих коррозионных потерь, а IV Международный симпозиум микробиологов приписывает микроорганизмам 75% всех потерь от коррозии. Общие потери (прямые и косвенные), в том числе от биокоррозии (отказы, неисправности, ремонты, профилактические работы, а также уменьшение долговечности, надежности и сроков службы изделия), не менее чем в два раза больше прямых потерь металла.

Мировой ущерб от биоповреждений в 50-х годах оценивался в 2% от объема промышленной продукции, а в 70-х он превысил 5%. От коррозии

стальных труб в США, вызываемой сульфатвосстанавливающими бактериями, ущерб оценивается в 2 млрд. долларов в год. 

Рисунок 7 -  Структура затрат на противокоррозионную защиту

Коррозионные и микробиологические повреждения материалов приводят к нежелательным последствиям не только в жизни общества, но и в Вооруженных Силах, поскольку повышение надежности работы образцов вооружения и военной техники, в том числе и стрелково-пушечное вооружение, во многом зависит от мероприятий, осуществляемых по их защите. Из отечественных и зарубежных источников известно, что более 30% отказов вооружения прямо или косвенно обусловлено износом деталей, вызванных как механическим износом, так и процессами коррозии.

Анализ имеющихся данных о техническом состоянии хранящихся в различных климатических районах изделий стрелково-пушечного вооружения показал, что под воздействием внешних факторов возникают многочисленные повреждения и неисправности задолго до истечения гарантийных сроков хранения. Причиной их появления являются коррозионные и микробиологические повреждения материалов и средств защиты.

Серьезные проблемы возникают и при нахождении изделий стрелково-пушечного вооружения в странах с тропическим климатом. Так, изделия 2А72, отправленные в составе объектов 688 в ОАЭ, имея основное защитное покрытие - химическое фосфатирование и ускоренное хроматирование с пропиткой клеем БФ-4 с нигрозином марки А не выдержали воздействия климатических условий. Проведенные на АК «Туламашзавод» испытания на грибоустойчивость согласно ГОСТ 9.048-75 показали, что данный вид защитного покрытия не выдерживает воздействия микроорганизмов в условиях тропического климата.

Долгое время было принято считать, что образцы вооружения и военной техники, в том числе стрелково-пушечное вооружение, после их производства на предприятии-изготовителе практически не подвергаются процессам коррозии и биоповреждений.

Однако в последнее время установлен целый ряд случаев, когда в ходе проведенного перед отправкой заказчику контроля качества консервации и технического состоянии изделий были выявлены значительные недостатки и отклонения от требований руководящих документов. Так, в ходе осмотра изделий 6П26 на Тульском оружейном заводе было выявлено, что причиной возникновения практически всех повреждений и неисправностей послужило воздействие на материалы вооружения процессов коррозии и биоповреждений.

Выводы по разделу

 1. Анализ причин, вызвавших описанные выше повреждения конструкционных материалов и средств их защиты показал, что многие конструкционные материалы, применяемые в изделиях стрелково-пушечного вооружения, не обладают в достаточной мере стойкостью к воздействию климатических и биологических факторов, а используемые в войсковых условиях средства консервации не обеспечивают комплексной защиты материалов от коррозионных и микробиологических повреждений. Не дают возможности осуществлять длительное хранение вооружения без переконсервации и замены наименее стойких деталей.

2. Анализ имеющихся данных о техническом состоянии хранящихся в различных климатических районах изделий стрелково-пушечного вооружения показал, что под воздействием внешних факторов возникают многочисленные повреждения и неисправности задолго до истечения гарантийных сроков хранения. Причиной их появления являются коррозионные и микробиологические повреждения материалов и средств защиты.

3 Разработка математических моделей и описание процессов повреждаемости

3.1 Повреждаемость стрелково-пушечного вооружения

В конструкциях стрелково-пушечного вооружения в условиях воздействия сплошного спектра термомеханических нагрузок возникают различные виды повреждаемости. К наиболее характерным из них можно отнести следующие:

- деформации и механические разрушения;

- изнашивание вследствие трения;

- усталость;

- коррозия;

- биоповреждения.

Изучать и управлять процессами повреждаемости намного легче, если удается создать их адекватные математические модели. При этом необходимо учитывать, что реальные процессы повреждаемости протекают не изолированно, а всегда в некоторой совокупности. Не все факторы в этих процессах могут быть учтены, да сочетание их носит случайный характер, поэтому для моделирования используется математический аппарат, оперирующий случайными величинами и случайными функциями.

В реальных условиях в любом явлении тот или иной параметр и его значение определяются конечным числом факторов. Например, явление деформации деталей имеет в качестве одного из параметров степень деформации, но величина этого параметра обуславливается действием таких факторов, как давление, температура и рядом других. В общем виде параметры и факторы в любом явлении и в любой системе можно рассматривать как элементы множества.

Математическое описание или построение математической модели явления или процесса заключается в нахождении математической зависимости между параметрами и факторами явления. Математическая модель явления или процесса может иметь любой вид математического выражения, например, быть в виде уравнения любой степени, полинома и т.п [8].

Явления, связанные с процессами повреждаемости конструкций, удобно анализировать, используя ориентированные конечные графы (рисунок 8). В данном случае вершины графа можно рассматривать как параметры, а ребра как факторы. Применение теории графов позволяет установить логическую связь факторов и параметров в сложном явление граф может быть задан аналитическим, геометрическим или матричным способом.

Рисунок 8 - Конечный граф

А, Б, В, Г, Д - вершины; 1-8 - ребра (дуги);

а - ребро (дуга), замыкающее вершину на себя.

Для постройки матрицы совокупности процессов повреждаемости целесообразно на основании экспериментальных данных определить виды основных процессов повреждаемости, затем по каждому виду определить основные и простейшие факторы, т.е. такие факторы, которые не являются функцией каких-либо аргументов, и построить математические модели в самом общем виде.

Применительно к основным процессам повреждаемости можно построить следующие приближенные математические модели в общем виде.

3.2 Математические модели различных процессов повреждаемости

Деформации и механические разрушения.

Это наиболее распространенные виды разрушения металлов. Как правило, механическое разрушение является следствием деформаций. К наиболее простым видам деформаций тела относятся растяжение, сжатие, изгиб и кручение. Для изучения процессов повреждаемости, приводящих к отказам, представляет интерес механизм, кинетика образования и развития точечных дефектов, дислокаций и диффузий.

Под точечными дефектами понимаются: вакансии - узлы кристаллической решетки, в которых отсутствует атом или ион (незаполненные места в решетке); спаренные вакансии (две или более соединенные одиночные вакансии); межузельные атомы основного материала и посторонние атомы, образующие растворы замещения или внедрения. Наиболее распространенным типом дефектов в кристалле являются вакансии, которые оказывают наибольшее влияние на механизм и кинетику процессов ползучести, длительного разрушения, образования диффузионной пористости, обезуглероживания, графитизации и других процессов, связанных с переносом атомов в материалах. В реальных кристаллах вакансии постоянно зарождаются и исчезают под действием тепловых флуктуации. Различают два механизма возникновения вакансий: при выходе атома на внешнюю поверхность или поверхность пор в кристалле (механизм Шоттки); при образовании внутри решетки «своего» межузельного атома и, следовательно, пары «вакансия — межузельный атом» (механизм Френкеля).

Величина энергии, необходимой для образования вакансий и межузельных атомов, определяется происходящими при этом упругим искажением кристаллической решетки и нарушениями периодичности структуры кристалла, т. е., в конечном счете, энергией связи между атомами. Атом решетки приобретает энергию, необходимую для образования точечного дефекта, только в результате большой флуктуации.

Термодинамически равновесная концентрация дефектов в кристалле (вероятность существования дефекта или вероятность пребывания атомов в состоянии, характеризуемом энергией, равной энергии активации образования дефекта или превышающей ее) определяется выражением:

                                 ,                             (7)

где п - равновесное число дефектов; N - количество узлов в кристаллической решетке; к - постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура; Е - энергия активации образования дефекта: вакансии (Ev) или межузельных атомов (Е,);ω ' - измененная вследствие образования вакансии частота колебаний х соседних атомов (вдоль направления, соединяющего каждый атом с вакансией); ω 0 - эйнштейновская частота колебаний атомов.

Так как энергия образования атомов внедрения существенно больше энергии образования вакансий, возникновение внедрений собственных атомов для большинства кристаллов гораздо менее вероятно, чем появление вакансий. Однако при сравнительно не больших размерах примесного атома (водорода, углерода, кислорода, азота) энергия активации образования межузельных атомов Ei мала, а вероятность образования дефектов внедрения в решетках металлов достаточно велика.

Наряду с энергией активации образования точечные дефекты характеризуются энергией активации перемещения (миграции), определяющей кинетику процессов, связанных с перемещением дефектов (например, процессов диффузии). Энергия активации миграции вакансий составляет, так же как типичная величина энергии образования вакансий, примерно 1 эв.

При пластической деформации, облучении, закалке происходит большое число неравновесных процессов, приводящих к возникновению или поглощению (исчезновению) точечных дефектов и нарушению их равновесной концентрации. При невысокой температуре неравновесная концентрация вакансий может превышать равновесную на несколько порядков; при нагреве концентрация вакансии стремится к равновесной, определяемой уравнением (7).

Согласно современным представлениям дислокации определяют в значительной степени механическую прочность твердых тел, особенно в начальной стадии нагружения, в начале процесса пластической деформации и разрушения.

До недавнего времени основное внимание дислокационной теории было направлено на выявление влияния на механические свойства кристаллов внутренних напряжений, возникающих вокруг дефектов структуры. В последние годы теория дислокаций все большее внимание уделяет изучению кинетики деформации в связи с перемещением дислокаций и отысканию кинетических уравнений, в основу которых положены представления об элементарных процессах перемещения дефектов решетки.

Дислокации являются источниками внутренних напряжений; они создают поля напряжений в кристаллической решетке приводящие к соответствующим локальным деформациям, смещениям. Вблизи дислокационной линии - в области ядра дислокации (находящегося в пределах примерно одного - двух межатомных расстояний от геометрического центра дислокации) — развиваются большие искажения и напряжения. На расстоянии нескольких межатомных расстояний от ядра дислокации искажения структуры незначительны, напряжения и локальные деформации малы и подчиняются законам теории упругости. Деформированная, напряженная область вокруг дислокации обладает потенциальной энергией. В области, лежащей за пределами ядра дислокации величина энергии, которую можно считать упругой энергией, определяется приближенной формулой

                                    ,                                             (8)

где  – для краевой дислокации;  – для винтовой дислокации; μ – коэффициент Пуассона; G – модуль сдвига; r0 – радиус ядра дислокации; r – расстояние, на которое распространяется деформация (радиус области, в которой сосредоточена энергия дислокации).

Процессы диффузии - необратимого переноса атомов вещества - в объеме твердого тела и на его поверхности в значительной степени определяют кинетику ряда физико-химических процессов, обусловливающих возникновение отказов: разрушения материалов, ползучести, старения, коррозии и др. Многие структурные изменения в материалах, связанные с ухудшением их физических и механических свойств, происходят в результате диффузионных процессов.

Диффузия в твердых телах согласно атомной теории диффузии обусловлена перескоками атомов из одного положения в новое, относительно свободное. Для такого перехода диффундирующий атом должен «продвинуть» препятствующие переходу атомы, искажая решетку, что требует затраты энергии на преодоление препятствия. Необходимая энергия может быть получена за счет тепловых колебаний атомов, которые могут становиться настолько сильными, что приводят к изменению положения атома; таким образом, миграция атомов имеет тепловую природу. В сумме элементарные последовательные перескоки обеспечивают перемещение атомов на большие расстояния. 

Установлено, что энергия активации перехода атома в новое положение (необходимая для преодоления барьера, препятствующего изменению положения атома) при вакансионном механизме имеет наименьшее значение по сравнению с другими механизмами диффузии. Вследствие этого вакансионный механизм диффузии является наиболее распространенным, преобладающим, в частности, в чистых металлах и сплавах со структурой твердых растворов замещения. В сплавах, представляющих собой твердые растворы внедрения, действует главным образом межузельный механизм диффузии - механизм перемещения атомов внедрения.

Дефекты кристаллической решетки и диффузия существенно способствуют механическому разрушению деталей. Они обусловливают кинетику разрушения деталей.

Приближенная математическая модель для процессов деформации и механических разрушений может быть представлена в следующем виде:

                  ,                               (9)

где Р – прилагаемые внешние силы; n – точечные дефекты материала; D – диффузия; Т- температура; t - время; Nдислокации; z – прочие факторы.

Старение материалов - это процесс, характеризующийся изменением строения и свойств материалов, происходящих либо самопроизвольно при длительной выдержке при обычной температуре (естественное старение), либо при нагреве (искусственное старение).

Старение присуще всем деталям, хотя в различных деталях, главным образом в зависимости от материла, это процесс протекает по-разному как по характеру, так и по времени.

При старении в материале (особенно сплавах) происходят следующие процессы: аллотропическое превращение, мартенситное превращение и распад мартенситной структуры; растворение материала в твердом состоянии и распад пресыщенных твердых растворов; упорядочение и разупорядочение твердых растворов, и ряд других процессов. Перечисленные виды превращений при старении могут быть сведены к двум группам:

превращения, протекающие без изменения химического состава, т.е. превращения, связанные только с изменениями кристаллической структуры;

превращения, сопровождающиеся образованием фаз с изменением химического состава.

Старение металлов и металлических сплавав - это совокупность многих процессов, совершающихся параллельно.

В  конструкциях стрелково-пушечного вооружения используется также большое количество деталей из полимерных материалов (пластмасс и каучуков). Процесс старения полимеров является по существу процессом деструкции, т.е. распадом макромолекул под влиянием различных внешних факторов, таких как температура и свет. Процесс старения необратимый. Детали из полимерных материалов  существенно утрачивают свои  физико-химические  свойства,  в результате чего он перестают выполнять свои функции.

Приближенная математическая модель для процессов старения может быть представлена в следующем виде:

                                               ,                                  (10)

где п - образование центров кристаллизации; Т- температура; V- процесс распада мартенсита; t- время; Wраспад молекул; Z - прочие факторы.

Изнашивание вследствие трения.

Процесс изнашивания протекает при действии трех основных факторов: материала тела, материала контртела и смазки, находящейся между телами. В результате трения возникают различного рода разрушения в виде изнашивания, а именно: механическое, молекулярно-механическое, коррозионно-механическое, абразивное, гидроабразивное, усталостное, эрозионное, окислительное и изнашивание при фреттинг-коррозии. Процесс изнашивания моделируется математическими уравнениями, имеющими вид степенного или экспоненциального закона.

Приближенную математическую модель изнашивания вследствие трения в общем виде можно представить следующим образом:

                                    ,                    (11)

где F- сила трения;f - коэффициент трения, W- состояние поверхности; Q - состояние смазки;    Т- температура; t - время; Z - прочие факторы.

Усталость.

На прочность деталей существенно влияет усталость материала. Во многих деталях усталость материала является основным фактором, в результате действия которого детали утрачивают прочность. Установлено, что под действием повторно-переменных нагрузок металлы разрушаются хрупко, т.е. видимых следов остаточной деформации. Усталостные изменения в материале возникают при наличии гармонического или близкого по типу к нему нагружению.

На процесс усталостного разрушения оказывают влияние многие факторы: структура материала, режим термической обработки, температура, вид напряженного состояния, концентрация напряжений, размер деталей, частота приложения нагрузок и др. Сам процесс усталости условно делится на три периода: период упрочнения, разупрочнения и разрушения.

В изучении процесса усталостного разрушения металлов весьма важное значение имеют деформационные и энергетические критерии, связывающие закономерности усталостного разрушения металлов и металлических сплавов с циклическими деформациями и необратимо рассеянной энергией.

Приближенная математическая модель для процессов усталости в общем виде может быть представлена следующим образом:

                                     ,                         (12)

где σ - амплитуда колебаний, N - количество циклов, LПЛ  - скрытая теплота плавления, А - механический эквивалент тепла; К – концентрация напряжений, t – время, Z - прочие факторы.

Коррозия.

Коррозионные процессы являются наиболее существенными разрушительными процессами во многих деталях конструкции стрелково-пушечного вооружения.

Наиболее характерными для деталей вооружения являются следующие виды коррозии: атмосферная коррозия, контактная коррозия, коррозия при трении, фреттинг-коррозия, щелевая коррозия, коррозия под напряжением, структурная коррозия.

Перечисленные виды коррозии обусловливаются по существу условиями протекания процесса.

По характеру распространения коррозии наиболее частыми являются следующие: сплошная - охватывающая всю поверхность детали и местная -охватывающая отдельные участки поверхности детали.

На прочность деталей отрицательное влияние оказывает местная коррозия, она во много раз опаснее сплошной.

В результате коррозии в деталях самолета возникают следующие отрицательные последствия: разрушение сплошности детали и утрата прочности; коррозионная усталость металла; коррозионная хрупкость.

Все виды коррозии кроме газовой обусловливаются электротоком, образующимся в результате разности потенциалов, участвующих в процессе веществ.

На каждый вид коррозии действуют многие ускоряющие и замедляющие процесс факторы. Для атмосферной коррозии существенными факторами являются состав и влажность атмосферы, периодичность смачивания, вид материала, температура и другое; для контактной - вид контактируемых материалов и факторы, действующие при атмосферной коррозии; для щелевой - помимо перечисленных факторов, размер щели и другое, для электрохимической коррозии - скорость процесса, которая определяется силой тока в зоне действия коррозии.

Приближенно математическую модель для процессов коррозии в общем виде можно записать следующим образом:

                                                     ,                      (13)   где J - сила тока, U - разность потенциалов, τ - продолжительность смачивания, Vчастота смачивания,  Wструктура материала, С - агрессивность среды, Z - прочие факторы.

Биологический фактор имеет основное значение в повреждаемости техники и разрушении материалов. При проведении исследований предлагается использовать следующие критерии оценки биоповреждений материалов и изделий.

Эффект повреждаемости микроорганизмов wM (по аналогии с эффектами коррозии wR и старения wc). Под влиянием факторов среды при участии микроорганизмов (ХМ) за определенный промежуток времени Δτ происходят необратимые изменения в материале:

                                            .                         (14)

Выше было отмечено, что часто вклад процесса биоповреждений в общем процессе повреждаемости металлоконструкций определить трудно. В этом случае целесообразно говорить об эффекте повреждаемости w в результате воздействия факторов среды ХЭ:

Скорость процесса биоповреждения υМ определяется аналогично скорости коррозии металлов υR и старения полимеров υc и характеризуется эффектом повреждаемости микроорганизмами в единицу времени:   

 

.

Биостойкость материала (покрытия) - сопротивление материала воздействию микроорганизмов оценивается коэффициентом:

                                          ,                   (15)

где ki - коэффициент стойкости материала к различным видам микроорганизмов (грибам, бактериям), пм - число коэффициентов.

При этом:

                              ,                (16)

где kj - стойкость конкретного образца к данному микроорганизму, баллы;

n0 – число образцов.

Таким образом, в общем виде биостойкость материала (покрытия):

                                  .                                (17)

Аналогично определяют коэффициенты стойкости материалов к коррозии и старению kr и kC.

Коэффициент стойкости материала к факторам среды:

                               .                           (18)

По шкале уровней значимости оценивают стойкость материала к воздействующим факторам и биостойкость [7].

Выводы по разделу

1. Проведенный анализ показывает, что изучение и управление процессами повреждаемости значительно облегчается, если создать их адекватные математические модели. Математическое описание или построение математической модели, явления или процесса заключается в нахождении математической зависимости между параметрами и факторами явления.

2. Применительно к основным процессам повреждаемости  построены следующие приближенные математические модели в общем виде: деформация и механические разрушения, изнашивание вследствие трения, усталость, коррозия.

3. Установили, что деформация и механические разрушения материалов стрелково-пушечного вооружения во многом зависят от дефектов кристаллической решетки и диффузии. Именно они обусловливают кинетику разрушения деталей. В разработанной модели основными факторами являются: прилагаемые внешние нагрузки; точечные дефекты кристаллического строения материала; диффузия; время и другие.

4. Выявили, что процесс изнашивания протекает при действии трех основных факторов: материала тела, материала контртела и смазки, находящейся между телами. В результате трения возникают различного рода разрушения в виде изнашивания, а именно: механическое, молекулярно-механическое, коррозионно-механическое, абразивное, гидроабразивное, усталостное, эрозионное, окислительное и изнашивание при фреттинг-коррозии. Процесс изнашивания моделируется математическими уравнениями, имеющими вид степенного или экспоненциального закона.

5. Определили, что на прочность деталей существенно влияет усталость материала. Во многих деталях усталость материала является основным фактором, в результате действия которого детали утрачивают прочность. Установили, что под действием повторно-переменных нагрузок металлы разрушаются хрупко, т.е. без видимых следов остаточной деформации.

6. Узнали, что коррозионные процессы являются наиболее существенными разрушительными процессами во многих деталях конструкции стрелково-пушечного вооружения.

Наиболее характерными для деталей вооружения являются следующие виды коррозии: атмосферная коррозия, контактная коррозия, коррозия при трении, фреттинг-коррозия, щелевая коррозия, коррозия под напряжением, структурная коррозия.

4 Исследование физико – химического воздействия режима эксплуатации

4.1 Усталость от действия переменных нагрузок

В конструкциях, работающих в условиях многократного циклического изменения напряжений, может наступить усталостное разрушение. Переменные напряжения вызывают в стали весьма сложные усталостные изменения, зависящие как от величины этих напряжений, так и от числа циклов и развивающиеся постепенно, вплоть до разрушения элемента. Характер переменных напряжений является обычно случайным и определяется условиями эксплуатации [10].

Для того чтобы обеспечить безопасность реконструируемой стальной конструкции, нужно установить, имеют ли эти элементы, подверженные действию усталостных нагрузок, достаточный запас надежности или должны быть заменены.

К числу конструкций, которые обязательно следует рассчитывать на усталость, относятся:

- опорные части машин, вызывающих динамические воздействия;

- опорные конструкции подъемно-транспортного оборудования, подкрановые балки и элементы их крепления;

- достаточно гибкие сооружения, в которых под воздействием может возникнуть явление резонанса;

- конструкции речных и морских сооружений, подвергающиеся воздействию большого числа циклов нагрузок вследствие движения воды;

- напорные резервуары и трубопроводы;

- железнодорожные и автодорожные мосты и путепроводы;

- конструкции, подвергающиеся воздействию циклических температурных нагрузок;

- система автоматики различного вооружения.

К объектам, для которых в обоснованных случаях может потребоваться расчет на усталость, относятся системы автоматики автоматических пушек, автоматов, пулеметов в которых следует исключить возможность резонанса.

Для проверки элементов конструкций на усталость на диаграмме Велера (рисунок 9) можно выделить три зоны:

1 зону квазистатической прочности, в которой образование трещин происходит при предельной пластической деформации, сравниваемой с деформациями, наблюдающимися при статической нагрузке. Эта зона, соответствующая диапазону от 1/4 до 103-104 циклов, называется также зоной квазистатического трещинообразования;

2 – зону малоцикловой прочности или малоцикловой усталости, Соответствующую диапазону от 103–104 до 104–105 циклов, где при высоких напряжениях образуются трещины и наблюдаются пластические деформации стали, в частности на изломах разрушенных образцов.

3 – зону высокоцикловой прочности (высокоцикловой усталости), соответствующую диапазону 105–107 циклов, в которой трещины образуются при малых напряжениях и макроминимальных пластических деформациях. Характер излома в этом диапазоне с макроскопической точки зрения близок излому при хрупком разрушении.

Рисунок 9 -  Диаграмма Велера с зонами прочности

а – диаграмма Велера; б — диаграмма пластических удлинений образцов, соответствующих зонам прочности; 1 – квазистатическая; 2 – цикловая; 3 – высокоцикловая; 4 – число циклов.

Необходимо отметить отсутствие ярко выраженных границ между указанными зонами, что зависит главным образом от вида материала и условий нагружения. Однако в целом принимается, что зона квазистатической прочности соответствует числу циклов до 103, малоцикловая усталость – 103–105 циклов и высокоцикловая усталость – число циклов более 105. В практических целях зону 1 обычно объединяют с зоной 2. В этом диапазоне учитывается главным образом зависимость амплитуды пластических деформаций σ от числа циклов N и других соотношений, описывающих малоцикловые свойства материалов.

Диапазон малоцикловой прочности от диапазона высокоцикловой прочности отличается главным образом величиной пластических деформаций. Эти упругопластические деформации вызывают образования петли гистерезиса в каждом цикле переменной нагрузки. Площадь петли характеризует энергию, рассеянную в материале во время цикла нагружения. В этом некоторое сходство с эффектом Баушингера, которое можно рассматривать как своего рода введение в малоцикловую прочность. Поведение материала в области малоцикловой прочности может быть весьма различным. В первую очередь оно зависит от состояния материала после термической и технологической обработки, а также от процесса нагружения.

Современные методы расчета усталостной прочности обычно базируются на линейной гипотезе накопления (суммирования) повреждений, получившей название гипотезы Пальмгрена-Майнера.

Развитие трещин в стали тесно связано с зоной пластического деформирования перед фронтом и ограничивает применение принципов классической механики трещинообразования. Характер трещин зависит от таких факторов, как напряженное состояние, температура, скорости деформирования и геометрические характеристики элементов (форма и размеры). Поэтому пластичное или хрупкое состояние, равно как и промежуточные состояния, представляют собой временные состояния материала в данных условиях работы.

На современном этапе проверка прочности конструкций с учетом усталости материала может производиться в области малоцикловой усталости – по рекомендациям, разработанным в рамках СЭВ; в области высокоцикловой усталости – по проекту стандарта ИСО.

Одновременно следует подчеркнуть, что продолжаются работы по созданию универсальных методов расчета на усталость, охватывающих весь диапазон усталостной прочности (мало - и высокоцикловую).[9]

По рекомендациям СЭВ (при сохранении принятых в них обозначений) зависимость между амплитудой условных упругих напряжений [] и числом циклов N имеет вид:

где Еtмодуль упругости, МПа, при температуре t; – сопротивление стали растяжению, МПа, при температуре t; mp и me  коэффициенты, характеризующие сталь; ψt – относительное сужение стального образца при растяжении; nσ и nN, – частные коэффициенты безопасности; r* и rкоэффициенты асимметрии соответственно условных упругих и действительных напряжений.

Для малоуглеродистых и низколегированных сталей при отношении предела текучести к пределу прочности fy/fU, < 0,7 получим fU  441 МПа, =32% и Еt=1,91·105 МПа.

Кривая малоцикловой усталости для диапазона температур 20–3600С и при r=r* приведена на рисунке 10.

Рисунок 10 – Кривая малоцикловой усталости

В работе изложены также принципы учета в расчетах малоцикловой усталости: концентрации напряжений; влияния температуры; остаточных напряжений; напряжений, вызванных колебаниями (вибрацией); влияния сварки; влияния коррозии.

Для области высокоцикловой прочности  принято, что предел текучести fy≤ 700 МПа, а номинальная область напряжений Δσ ≤ 1,5fy.. При этом усталостная прочность зависит главным образом от диапазона напряжений, числа циклов и типа конструктивного элемента.

Проверка на высокоцикловую усталость производится по формулам:

а) при переменных нагрузках, вызывающих нормальные напряжения в диапазоне ∆σ:  

                                                                                    (20)

   при ;

б) при переменных нагрузках, вызывающих появление в сечении касательных напряжений ∆τ:

                                         ;                                   (21)                        

в) при действии сложных напряжений с составляющими τ и σ должно выполняться условие

при,               (22)     

Если экстремальные значения нормальных и касательных напряжений находятся в разных точках сечения, то должно выполняться условие                                                                                                                             (23)

В формулах приняты обозначения: Δσe- диапазон нормального приведенного напряжения постоянной амплитуды, эквивалентного влияния действительных эксплуатационных напряжений Δσi переменной амплитуды σоi ; при Δσi = const Δσe = 2σa; ΔσR - усталостная прочность элемента при определенном числе циклов перемены напряжений NR; γS - коэффициент безопасности по материалу; γZ - частный коэффициент, учитывающий степень точности расчетной модели и последствий разрушения (γZ ≥1,2); η - понижающий коэффициент, учитывающий влияние толщины элемента; при g > 25 мм

.

Приведенное напряжение определяется по формуле

                                         ,                 (24)

гдe Δσi - диапазон напряжений переменной амплитуды; ni — число-циклов перемены напряжений с диапазоном Δσi; m — коэффициент наклона линии усталостной прочности, причем m = 3 при ΔσiΔσk: m = 5 при Δσi ≤  Δσk (Δσ - усталостная прочность элемента при N = 5 • 106 циклов).

Усталостная прочность элемента определяется по формулам:

                                  (25)

и

                  ,                         (26)

где R и RV - нормативное сопротивление усталости, установленное при N =2 • 106 для нормальных или касательных напряжений постоянной амплитуды; ΔRT, ΔRVT - длительное сопротивление усталости, установленное при N = 108

Графики напряжений ΔσR, соответствующих достижению высокоцикловой усталостной прочности при разном числе циклов N для различных классов элементов, приведены на рисунке 11. 

Рисунок 11 – Усталостная прочность ΔσR  элементов разных классов при числе циклов.

1 – класс элементов; 2 - RA   = ΔσR  при постоянной амплитуде;

3 - ΔσR = const для нормальных или касательных напряжений; при N = 5 • 106 длительное сопротивление усталости составляет RA = 0.735 ΔR, что соответствует случаю нормальных напряжений постоянной амплитуды.

Для стрелково – пушечного  вооружения следует определить область напряжений переменной амплитуды и число циклов нагружения, подвергающихся переменным нагрузкам в течение всего процесса работы и принять решение относительно возможности дальнейшей их работы [8].   

4.2 Моделирование физико – химических воздействий режима эксплуатации

Причинный анализ закономерностей физико – химических воздействий на элементы стрелково – пушечного вооружения свидетельствует о необходимости использования дробной реплики 215-10 для определения 15 линейных эффектов и 16 эффектов взаимодействия. Матрица планирования эксперимента (таблица 3) построена с учетом принятых генерирующих соотношений (таблица 4). При наличии четырех источников неоднородностей в виде различных марок сталей матрица 215-10 разбита на четыре блока для учета существующего различия коррозионной стойкости сталей ВСт3пс, 09Г2С, 10ХСНД, 10ХНДП.

Эффективность практической реализации математических методов планирования эксперимента определяется простотой управления и точностью поддержания необходимых уровней варьирования установленных факторов и параметров. Выполнение поставленной задачи исследования коррозионного износа стрелково – пушечного вооружения связано с использованием специального оборудования, средств и методов физико-химического моделирования входных воздействий.

Особенностью ускоренных коррозионных испытаний является учет масштабного фактора времени при разработке рабочей программы. Выбор обоснованных сроков экспериментального исследования требует анализа возможностей загрузки и режима работы оборудования.

В соответствии с программой технической диагностики коррозионного износа в условиях активного экспериментирования в лаборатории эксплуатационной надежности стрелково – пушечного вооружения созданы автоматические установки регулирования температурно-влажностного режима, обеспечивающие заданные интервалы изменения входных воздействий. Камеры агрессивных сред (АС = 1, АС = 2) включают семь ячеек в виде изолированных объемов для коррозионных испытаний (рисунок 12). Конструктивное исполнение каждой ячейки позволяет выполнять моделирование факторов  прогнозного фона Х1, Х2, Х4X6, а также параметров объекта прогнозирования Х7X11, X13 – Х15 независимо от установленного уровня варьирования. Поддержание температурного режима t = 00С производилось с помощью холодильных установок. Камеры агрессивной среды АС = 1, АС =2 оборудованы вибрационными площадками периодического действия с частотой вынужденных колебаний f = 10 Гц при амплитуде AW = 10 мм.

Увлажнение производилось путем пневматического распыления технической воды с помощью КР = 1 в технологическое отверстие ячеек. Относительная влажность регулировалась прецизионным психрометром, расположенным в контактной цепи воздухоувлажнителя. Контроль влажностного режима в течение испытания выполнялся недельными гигрографами и психрометром аспирационным типа МВ = 4М. Требующаяся температура на верхнем уровне значений  = 30 0С устанавливалась при регулировании   температуры в калорифере подогрева воздуха ртутным электроконтактным термометром. 

Рисунок 12 – Общий вид камеры агрессивной среды АС - 2


Таблица 3. Матрица планирования эксперимента с разбивкой на 4 блока, рандомизированная по времени.

положение

обозначение

х0

х1

х2

х3

х4

х5

х6

х7

х8

х9

х10

х11

х12

х13

х14

х16

х1х4

х1х5

1

(1)

+

-

-

-

-

-

+

-

-

+

+

+

+

+

-

-

+

+

1

cb

+

-

-

+

+

-

-

+

-

+

-

-

+

+

-

-

-

+

1

be

+

-

-

-

+

+

-

-

+

-

-

+

+

+

-

-

-

-

1

abcd

+

+

+

+

+

-

-

+

+

+

-

-

-

+

-

-

+

-

1

ab

+

+

+

-

-

-

+

-

+

+

+

+

-

+

-

-

-

-

1

ce

+

-

-

+

-

+

+

+

+

-

+

-

+

+

-

-

+

-

1

abce

+

+

+

+

-

+

+

+

-

-

+

-

-

+

-

-

-

+

1

abde

+

+

+

-

+

+

-

-

-

-

-

+

-

+

-

-

+

+

2

a

+

+

-

-

-

-

+

+

-

+

-

-

+

-

-

+

-

-

2

acd

+

+

-

+

+

-

-

-

-

+

+

+

+

-

-

+

+

-

2

ade

+

+

-

-

+

+

-

+

+

-

+

-

+

-

-

+

+

+

2

bcd

+

-

+

+

+

-

-

-

+

+

+

+

-

-

-

+

-

+

2

b

+

-

+

-

-

-

+

+

+

+

-

-

-

-

-

+

+

+

2

ace

+

+

-

+

-

+

+

-

+

-

-

+

+

-

-

+

-

+

2

bce

+

-

+

+

-

+

+

-

-

-

-

+

-

-

-

+

+

-

2

bde

+

-

+

-

+

+

-

+

-

-

+

-

-

-

-

+

-

-

3

abc

+

+

+

+

-

-

-

+

-

-

-

+

+

+

+

+

-

-

3

abd

+

+

+

-

+

-

+

-

-

-

+

-

+

+

+

+

+

-

3

abcde

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

3

d

+

-

-

-

+

-

+

-

+

-

+

-

-

+

+

+

-

+

3

c

+

-

-

+

-

-

-

+

+

-

-

+

-

+

+

+

+

+

3

abc

+

+

+

-

-

+

-

-

+

+

-

-

+

+

+

+

-

+

3

e

+

-

-

-

-

+

-

-

-

+

-

-

-

+

+

+

+

-

3

cde

+

-

-

+

+

+

+

+

-

+

+

+

-

+

+

+

-

-

Продолжение таблицы 3.

4

ac

+

+

-

+

-

-

-

-

+

-

+

-

-

-

+

-

-

-

4

ad

+

+

-

-

+

-

+

+

+

-

-

+

-

-

+

-

+

-

4

acde

+

+

-

+

+

+

+

-

-

+

-

-

-

-

+

-

+

+

4

bd

+

-

+

-

+

-

+

+

-

-

-

+

+

-

+

-

-

+

4

bc

+

-

+

+

-

-

-

-

-

-

+

-

+

-

+

-

+

+

4

ae

+

+

-

-

-

+

-

+

-

+

+

+

-

-

+

-

-

+

4

be

+

-

+

-

-

+

-

+

+

+

+

+

+

-

+

-

+

-

4

bcde

+

-

+

+

+

+

+

-

+

+

-

-

+

-

+

-

-

-

Продолжение таблицы 3.

положение

обозначение

х1х6

х1х7

х1х8

х1х9

х2х4

х2х5

х2х6

х6х7

х6х8

х6х9

х7х9

х1х4х5

х1х4х5

х1х5х6

у

-1

(1)

-

+

+

-

+

+

-

-

-

+

-

-

+

+

Y1

-1

cd

+

-

+

-

-

+

+

-

+

-

+

+

+

-

Y2

-1

de

+

+

-

+

-

-

+

+

-

+

+

-

+

+

Y3

-1

abcd

-

+

+

+

+

-

-

-

-

-

+

-

-

+

Y4

-1

ab

+

-

+

+

-

-

+

-

+

+

-

+

-

-

Y5

-1

ce

-

-

-

+

+

-

-

+

+

-

-

+

+

-

Y6

-1

abce

+

+

-

-

-

+

+

+

-

-

-

-

-

+

Y7

-1

abde

-

-

-

-

+

+

-

+

+

+

+

+

-

-

Y8

-2

a

+

+

-

+

+

+

-

+

-

+

+

+

-

-

Y9

-2

acd

+

+

-

+

+

-

-

-

-

+

+

+

+

-

Y10

-2

ace

-

+

+

-

-

-

+

-

-

+

-

+

-

-

Y11

-2

bcd

+

+

-

-

+

-

-

+

-

-

-

+

+

-

Y12

-2

b

-

-

-

-

-

-

+

+

+

+

+

-

+

+

Y13

-2

ace

+

-

+

-

+

-

-

-

+

-

+

-

-

+

Y14

-2

bce

-

+

+

+

-

+

+

-

-

-

+

+

+

-

Y15

-2

bde

+

-

+

+

+

+

-

-

+

+

-

-

+

+

Y16

-3

abc

-

+

-

-

+

-

-

-

+

+

-

+

+

+

Y17

-3

abd

+

-

-

-

-

-

+

-

-

-

+

-

+

-

Y18

-3

abcde

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Y19

-3

d

-

+

-

+

-

+

-

-

+

-

+

+

-

+

Y20

-3

c

+

-

-

+

+

+

+

-

-

+

-

-

-

-

Y21

-3

abc

-

-

+

+

-

+

-

+

-

-

-

-

+

-

Y22

Продолжение таблицы 4.3

-3

e

+

+

+

-

+

-

+

+

+

-

-

+

-

+

Y23

-3

cde

-

-

+

-

-

-

-

+

-

+

+

-

-

-

Y24

-4

ac

-

-

+

-

-

+

+

+

-

+

+

+

+

+

Y25

-4

ad

+

+

+

-

+

+

-

+

+

-

-

-

+

-

Y26

-4

acde

+

-

-

+

-

-

-

-

-

+

-

+

+

+

Y27

-4

bd

-

-

+

+

+

-

+

+

-

-

-

+

-

+

Y28

-4

bc

+

+

+

+

-

-

-

+

+

+

+

-

-

-

Y29

-4

ae

-

+

-

+

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

Y30

-4

be

+

-

-

-

-

+

-

-

-

-

+

+

-

+

Y31

-4

bcde

-

+

-

-

+

+

+

-

+

+

-

-

-

-

Y32


Таблица 4 – Генерирующие соотношения дробной реплики

№ п.п.

Обозначение факторного плана 25

Обозначение плана 215-10

№ п.п.

Обозначение факторного плана 25

Обозначение плана 215-10

1

Х1

Х1

17

Х1Х5

Х1Х5

2

Х2

Х2

18

Х2Х5

Х2Х5

3

Х1Х2

Х13

19

Х1Х2Х5

Х6Х7

4

Х3

Х3

20

Х3Х5

Х6

5

Х1Х3

Х1Х5Х6

21

Х1Х3Х5

Х1Х6

6

Х2Х3

Х1Х7

22

Х2Х3Х5

Х2Х6

7

Х1Х2Х3

Х7

23

Х1Х2Х3Х5

Х10

8

Х4

Х4

24

Х4Х5

Х6Х9

9

Х1Х4

Х1Х4

25

Х1Х4Х5

Х1Х4Х5

10

Х2Х4

Х2Х4

26

Х2Х4Х5

Х6Х8

11

Х3Х4

Х9

27

Х3Х4Х5

Х14

12

Х1Х2Х4

Х7Х9

28

Х1Х2Х4Х5

Х11

13

Х1Х3Х4

Х1Х9

29

Х1Х3Х4Х5

Х1Х4Х6

14

Х2Х3Х4

Х8

30

Х2Х3Х4Х5

Х12

15

Х1Х2Х3Х4

Х1Х8

31

Х1Х2Х3Х4Х5

Х15

16

Х5

Х5

Получение необходимых концентраций газообразных агрессивных компонентов соответствовало условиям протекания следующих реакций:

                         Сu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O;            (27)

                           Na2S2O3 +  H2SO4 → Na2SO4 + SO2↑+ H2O + S↓ .          (28)

Среднесуточные концентрации окислов азота и сернистого ангидрида установлены при экспериментальной оценке содержания коррозионно-активных агентов в объеме испытания. Контроль концентраций сернистого ангидрида выполнен йодометрическим методом. Экспресс-анализ суммарной концентрации окислов азота производился химическим газораспределителем ГХ-4. Суточное изменение содержания окислов азота и сернистого ангидрида при относительной влажности W = 70% и температуре t = 20 0С приведено на рисунке 13

Режим запыленности создавался при пневматической подаче в объем испытания производственной пыли, соответствующей химическому составу пылевых выделений в характерной точке N0 11 чугунолитейного цеха.

Рассмотренные вопросы характеризуют физико-химическое воздействие факторов прогнозного фона и связаны с особенностями конструктивного исполнения камер агрессивных сред АС-1 и АС-2.

Моделирование параметров объекта прогнозирования выполнялось при размещении стальных образцов в ячейках коррозионных испытаний.

Рисунок 13 - Суточное изменение концентрации агрессивных компонентов в объеме испытания

Выбор формы, размеров и материала стальных образцов определился параметрами Х10, Х11, Х13, Х14, Х15 методами оценки интенсивности коррозионного износа. Для исследования коррозионного повреждения стальных конструкций применены пропорциональные плоские образцы без головок. Основные размеры стальных образцов (рисунок 14) рассматриваемых марок сталей приведены в таблице 5.

Различные варианты пространственного расположения образцов при изменении уровней варьирования входных воздействий Х7, Х8, Х9, Х12 представлены на рисунке 15.

Рисунок 14 - Плоский образец без головки для коррозионных испытаний

Таблица 5 – Размеры плоских стальных образцов

Марка стали

Номер образца

ао

b

t0

t

h1

L

ВСт3пс

21

5

20

60

75

50

175

09Г2С

22

4

20

50

65

50

165

10ХСНД

21

5

20

60

75

50

175

10ХНДП

23

3

20

45

60

40

140

Для моделирования ориентации поверхности образца использовался пленочный материал "Синплез-100". При нанесении на металл синплеза в горячем виде (t = 90—100 0С) образовывалось защитное покрытие, которое надежно защищало поверхность образца, не подвергавшуюся агрессивным воздействиям в период испытания, и легко удалялось с металла благодаря нулевой адгезии.

Напряженное состояние в элементах стрелково – пушечного вооружения моделировалось о специальных приспособлениях — кассетах растяжения и сжатия (рисунок 16). Необходимый уровень напряжения в образцах устанавливался соотношением:

                                           ,                                        (29)

и определялся в зависимости от вида напряженного состояния по формулам:

                                            ,                                  (30)

                                                ,                                  (31)

где N - продольная сила; Ry - расчетное сопротивление стали растяжению или сжатию по пределу текучести; А - площадь сечения брутто; Аn — площадь сечения нетто; φкоэффициент продольного изгиба; γc - коэффициент условий работы.

Растяжение и сжатие образцов в кассетах для испытания выполнялось с помощью гидравлического пресса с номинальным усилием N = 3,9 тс. Контроль напряженно-деформированного состояния образцов осуществлялся электромеханическим тензометром Аистова (рисунок 7). 

На основании пробных экспериментов срок общего времени испытания образцов для каждого из 32 опытов установлен 28 суток. Интервал для четырех последовательных оценок кинетики коррозионного разрушения принят равным Т=168 ч. Испытания в коррозионных камерах выполнялись круглосуточно в соответствии с матрицей планирования входных воздействий (смотри таблицу 3).

Требующиеся параметры объекта прогнозирования моделировались на образцах в процессе подготовки и размещения кассет в камерах агрессивной среды. Факторы прогнозного фона поддерживались на заданном уровне при ежедневном создании в объеме испытания необходимых концентраций коррозионно-активных агентов. Установленный порядок однозначно определяет условия физико-химического моделирования при коррозионных испытаниях [7].

Рисунок  15 -  Поперечный

разрез стальных образцов при моделировании различных уровней сочетаний входных воздействий Х7, Х8, Х9, Х12 на верхнем (+) и нижнем (-) уровне варьирования.    

       - рабочая поверхность образца при коррозионном испытании; R - возмущающая возвратно-поступательная нагрузка; 1 - стальной образец; 2 - пленочное покрытие; 3 — примыкающая поверхность злемента;4 - фиксирующая прокладка;5 - упругая опора.

Рисунок 16 - Кассеты для проведения испытаний под напряжением

1 — образец для испытания; 2 — рамка для приложения нагрузки; 3 — анкеры; 4 — упорная планка; 5 — фиксирующая накладка; 6 — планка приложения нагрузки

Рисунок 17 -  Общий   вид  установки  для  предварительного напряжения образцов

Выводы по разделу

 Анализ данного раздела показал, что уже накоплен значительный опыт исследований по обеспечению долговечной и надежной работы стрелково-пушечного вооружения. Это позволяет систематизировать на единых методологических принципах условия режима эксплуатации вооружения. Практика использования вероятных методов расчета стрелково-пушечного вооружения обеспечивает дальнейшее приближение статических расчетов к действительной работе конструктивных элементов на основе теории надежности. Вместе с тем, существующая методика расчета вооружения по предельным состояниям не учитывает опасности коррозионного разрушения, одного из главных недостатков стрелково-пушечного вооружения.  

Общие выводы и результаты

В данной выпускной квалификационной работе были рассмотрены вопросы, из которых можно сделать следующие выводы:

1. был рассмотрен вопрос эксплуатации и ее основных составляющих, классификацию видов эксплуатации и периоды. Проведен анализ подготовки вооружения к применению, чистка и смазка после применения, общие указания по подготовке к стрельбею. Рассмотрен человеческий фактор, влияющий на подготовку к боевому применению.

2. Причины, вызвавшие описанные ранее повреждения конструкционных материалов и средств их защиты показал, что многие конструкционные материалы, применяемые в изделиях стрелково-пушечного вооружения, не обладают в достаточной мере стойкостью к воздействию климатических и биологических факторов, а используемые в войсковых условиях средства консервации не обеспечивают комплексной защиты материалов от коррозионных и микробиологических повреждений. Не дают возможности осуществлять длительное хранение вооружения без переконсервации и замены наименее стойких деталей. Анализ имеющихся данных о техническом состоянии хранящихся в различных климатических районах изделий стрелково-пушечного вооружения показал, что под воздействием внешних факторов возникают многочисленные повреждения и неисправности задолго до истечения гарантийных сроков хранения. Причиной их появления являются коррозионные и микробиологические повреждения материалов и средств защиты.

3. Изучение и управление процессами повреждаемости значительно облегчается, если создать их адекватные математические модели. Математическое описание или построение математической модели, явления или процесса заключается в нахождении математической зависимости между параметрами и факторами явления. Применительно к основным процессам повреждаемости  построены следующие приближенные математические модели в общем виде: деформация и механические разрушения, изнашивание вследствие трения, усталость, коррозия. Деформация и механические разрушения материалов стрелково-пушечного вооружения во многом зависят от дефектов кристаллической решетки и диффузии. Именно они обусловливают кинетику разрушения деталей. В разработанной модели основными факторами являются: прилагаемые внешние нагрузки; точечные дефекты кристаллического строения материала; диффузия; время и другие. Процесс изнашивания протекает при действии трех основных факторов: материала тела, материала контртела и смазки, находящейся между телами. В результате трения возникают различного рода разрушения в виде изнашивания, а именно: механическое, молекулярно-механическое, коррозионно-механическое, абразивное, гидроабразивное, усталостное, эрозионное, окислительное и изнашивание при фреттинг-коррозии. Процесс изнашивания моделируется математическими уравнениями, имеющими вид степенного или экспоненциального закона. Определили, что на прочность деталей существенно влияет усталость материала. Во многих деталях усталость материала является основным фактором, в результате действия которого детали утрачивают прочность. Установили, что под действием повторно-переменных нагрузок металлы разрушаются хрупко, т.е. без видимых следов остаточной деформации.

Коррозионные процессы являются наиболее существенными разрушительными процессами во многих деталях конструкции стрелково-пушечного вооружения.

Наиболее характерными для деталей вооружения являются следующие виды коррозии: атмосферная коррозия, контактная коррозия, коррозия при трении, фреттинг-коррозия, щелевая коррозия, коррозия под напряжением, структурная коррозия.

4. Показано, что уже накоплен значительный опыт исследований по обеспечению долговечной и надежной работы стрелково-пушечного вооружения. Это позволяет систематизировать на единых методологических принципах условия режима эксплуатации вооружения. Практика использования вероятных методов расчета стрелково-пушечного вооружения обеспечивает дальнейшее приближение статических расчетов к действительной работе конструктивных элементов на основе теории надежности. Вместе с тем, существующая методика расчета вооружения по предельным состояниям не учитывает опасности коррозионного разрушения, одного из возможных недостатков стрелково-пушечного вооружения.  

5. Было предложено и защищено четыре рационализаторских предложения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Консервация РАВ. Руководство. – М.: Военное издательство, 1990.

2. Салуквадзе К.В., Бодрянин Е.И. Организация и методика подготовки артиллерийского вооружения к использованию после хранения. – Тула, 1984.

3. Руководство по эксплуатации РАВ. Часть 1,2. – М.: Военное издательство, 1978.

4. Салуквадзе К.В., Бодрянин Е.И. Эксплуатация РАВ. Справочный материал курсанту на войсковую стажировку. – М.: Военное издательство, 1983.

5. Скачко П.Г. и др. Управление войсками с помощью сетевых методов. – М.: Военное издательство, 1974.   

6. Астафьев А.В. Окружающая среда и надежность радиотехнической аппаратуры. Л., «Энергия», 1965, 360 с.

7. Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. Издание 2е переработанное и дополненное. Москва, «Машиностроение», 1973.

8. Култышев А.П. Расчет пространственного каркаса промышленного здания // Расчет пространственных конструкций.

9. Долговечность стальных конструкций в условиях реконструкции, Москва, Стройиздат, 1994.

10. Салуквадзе К.В. и др. Теоретические основы эксплуатации артиллерийского вооружения. Москва,: Воениздат, 1985.

11. ГОСТ 2.105 – 95. Единая система конструктивной документации. Общие требования к текстовым документам. Минск. Издательство стандартов, 1995, 25 с.

12. ГОСТ 7.32.2001. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления. Минск. Издательство стандартов, 2001,16 с.  

13. «Военная мысль», № 1, 1993 .

14. «Военная мысль» № 2, 1995 .

15. Малыгин Ф.К., Стариков Н.Е., Шибаев А.С. «Методические указания по выполнению ВКР для специальности «Эксплуатация и ремонт РАВ»  - Тула, издательствовоТАИИ,2003.

16. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 30 мм автоматической пушки 2А42.


1

2

3

(t)

Опытная

Подконтроль-ная

Эксплуатация

Массовая

Ввод в эксплуа-тацию

Использо-вание по назначе-нию

Доработка

Транспор-тирование

Хране-ние

Реклама-ция

Техническое обслужива-ние

Снятие с эксплуата-ции

Ремонт

Стра-тегия ТО

Виды ТО

Ме-тоды ТО

Стра-тегия ре-мон-та

Фор-ма ре-мон-та

Виды ре-мон-та

Ме-тоды ре-мон-та

   0                20                 40                60                 80   t, сутки

а

д

с

о

р

б

ц

и

я

,                    (19)

3

2

1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

70070. Учебно-методический комплекс: Основы экономики 666.72 KB
  Цель данного учебного курса – дать обучающимся представления об основах экономической теории, раскрыть механизм функционирования рыночной модели хозяйствования, показать роль и место государственного регулирования в условиях рыночной экономики и в общих чертах изложить...
70071. Правовые основы организации деятельности судебных приставов: Учебно-методический комплекс 291.5 KB
  Учебная дисциплина «Правовые основы организации деятельности судебных приставов» включена в учебный план ПФ РАП по специальности «Правоведение» для студентов факультета непрерывного образования по подготовке специалистов для судебной системы.
70072. Учебно-методический комплекс: Теория государства и права 325.5 KB
  Изучение теории государства и права формирует и развивает юридическое мышление, правовую культуру, а глубокое усвоение системы основных категорий и понятий, в том числе в их отраслевом преломлении способствует приобретению навыков работы с законодательством, практикой его толкования и применения.
70073. ФИНАНСОВОЕ ПРАВО: УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС 598.5 KB
  В современных условиях рыночной экономики, замены прежнего механизма управления процессами новыми методами хозяйствования, Финансовое право Российской Федерации выдвигается в число ведущих отраслей отечественного законодательства и играет всё более значительную роль...
70074. Философия: Конспект лекций 1.84 MB
  Философии как специальному, систематизированному знанию несколько тысячелетий. Что касается философствования как особого размышления людей о себе, о смысле жизни и о мире, то его возраст, скорее всего, равен времени существования человечества.
70077. ИНОСТРАННЫЙ ЯЗЫК: УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС (2 курс) 232.5 KB
  Основной целью обучения английскому языку в колледже является формирование языковой личности профессионала для судебной системы, т.е. формировании у него такой лингвистической компетенции, которая позволит ему вести профессиональную деятельность и продолжать учебу в иноязычной среде.
70078. ИНОСТРАННЫЙ ЯЗЫК: УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС (3 курс) 217.5 KB
  Настоящий факультатив представляет собой углубленный курс английского языка для студентов желающих совершенствовать свои навыки и умения и повышать таким образом свою конкурентоспособность.