Siła przepychania przez przewód lufy modelowych pocisków wykonanych ze spieków Cu-BNα

• Autorzy: Jackowski A. , Paszkowski R. , Sarzyńska K. , Sarzyński M.

Warianty tytułu

EN

Research on pushing force of bullets made of Cu-BNα sinters through barrel bore

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań modelowych pocisków do nabojów 9×19 mm Parabellum wykonanych ze spiekanych kompozytów miedzianych z rozproszoną fazą w postaci cząstek grafitopodobnego azotku boru (BNα). Badania polegały na przepychaniu pocisków przez stożek przejściowy oraz cylindryczny odcinek przewodu lufy kalibru 9 mm. Celem tych badań było określenie wpływu zawartości BNα na wartość siły przepychania. Modelowe pociski (MP) wykonywano z proszku miedzi gatunku M1E/0,040. Jako fazę rozproszoną zastosowano proszek azotku boru. Badaniom poddano kompozyty o różnej zawartości BNα: 0,5; 1,0; 1,5 i 3,0% mas. Próbki MP prasowano w formie metalowej pod ciśnieniem 300 MPa i spiekano w atmosferze zdysocjowanego amoniaku. Zastosowano spiekanie dwustopniowe: w temperaturze 600°C, a następnie w 900°C. Czas spiekania był jednakowy dla każdego stopnia i wynosił 1 godz. Otrzymane MP po spiekaniu poddano doprasowaniu, aby uzyskać jednakową średnicę ich części cylindrycznej. Podczas próby przepychania rejestrowano zmiany wartości siły przepychania w funkcji położenia pocisku w przewodzie lufy. Na wykresach siły podczas przepychania można wyróżnić dwa obszary zmian. Pierwszy okres zmian obejmuje obszar stożka przejściowego − siła przepychania ma charakter rosnący, a po osiągnięciu maksimum ulega zmniejszeniu. Drugi etap ruchu pocisku charakteryzuje się ponownym wzrostem siły przepychania. Stwierdzono, że dodatek azotku boru do spieków Cu-BNα ma korzystny wpływ na wartość siły przepychania, wzrost udziału BNα znacząco zmniejsza wartość siły przepychania. Uzyskane wyniki badań MP porównano z wynikami przepychania standardowych pocisków 9×19 mm Parabellum. Maksymalna siła przepychania pocisków standardowych ma wartość 4850 N i jest większa od wartości uzyskanych dla wszystkich wariantów pocisków kompozytowych, odpowiednio: 3000 N i 2000 N dla kompozytów o zawartości 0,5% i 3% BNα. Jednocześnie, biorąc pod uwagę mechanikę odkształcenia materiałów spiekanych zawierających w swojej mikrostrukturze pory, należy stwierdzić, że przebieg odkształcenia kompozytów ma charakter złożony i zależy od porowatości spieków oraz udziału BNα. Uzyskane w wyniku badań dane mogą posłużyć jedynie do jakościowej oceny zjawiska. Ocena ilościowa wymaga dalszych badań.

EN

The research results on model 9×19 mm Parabellum bullets made of copper composites with a dispersed phase of boron nitride particles are presented in this paper (BNα). The study consisted of pushing bullets through the forcing cone and cylindrical section of 9 mm caliber barell. The aim of this study was to determine the effect of BNα content on the pushing force. Model bullets (MBs) were made of copper powder grade M1E/0.040. Boron nitride powder was used as the dispersed phase. The tests were realized for Cu-BNα composites with various contents of BNα: 0.5, 1.0, 1.5 and 3.0% by mass. The MBs were compacted in a metal form at a pressure of 300 MPa and were sintered in a dissociated ammonia atmosphere. Two-stage sintering was used: at the temperature of 600°C and then at a temperature of 900°C. The sintering time was the same for each one and was 1 hour. In order to obtain a uniform diameter of the cylindrical part of the MBs, they were sized after sintering. During the examinations of the pushing force, values were recorded as a function of the position of the bullet in the barrel bore. On the graphs one can note two points of force pushing changes, i.e.: the first of the changes covers the area of the forcing cone where the pushing force has an increasing character and after reaching a maximum it decreases. The second stage is characterized by a renewed – increase in the pushing force. One can also notice that the addition of boron nitride has a beneficial effect on the pushing force by significantly reducing the amount of pushing force. The obtained results of MBs research were collated with the test results of standard 9×19 mm Parabellum bullets. It can be seen that the maximum pushing force for standard projectiles is 4850 N and it is higher than the values obtained for all the variants of bullets, respectively 3000 N and 2000 N for the composites containing 0.5% and 3% BNα. Besides, taking into account the mechanics of deformation of the sintered materials containing pores in its structure, one can assume that the course of deformation of the composites is complex and depends on the porosity of the sinter and BNα content. The data obtained from the research can be used only for qualitative assessment of the phenomenon. Quantitative assessment requires further study.

Słowa kluczowe

PL

metalurgia proszków; kompozyty metaloceramiczne z osnową miedzianą; pociski bezołowiowe

EN

powder metallurgy; metal-ceramic composite with copper matrix; lead-free bullets

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 35, nr 4
• Strony: 321--324
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jackowski A.

• Zakład Wspomagania, Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji, Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Paszkowski R.

• Zakład Wspomagania, Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji, Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Sarzyńska K.

• Zakład Wspomagania, Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji, Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Sarzyński M.

• Zakład Wspomagania, Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji, Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

Bibliografia

• [1] Durkee R. R., Douglas D. W.: Development of lead-free 5.56 mm ammunition using a tungsten/nylon composite material. Tungsten, Hard Metals, and Refractory Alloys 5, Metal Powder Industries Federation, Princeton (2000) 9÷12.
• [2] Middleton J. R.: Elimination of toxic/hazardous materials from small caliber ammunition. Tungsten, Hard Metals, and Refractory Alloys 5, Metal Powder Industries Federation, Princeton (2000) 3÷8.
• [3] Marby M. R.: Lead-free 5.56 mm ammunition. Joint Services Small Arms Symposium, Session VII – Ammunition and the Environment, August (2000).
• [4] Vaughn N., Lowden R.: Powder metallurgy replacements for lead in small caliber bullets. NDIA 1998 Small Arms Systems Section, Annual Conference, Culumbus, Georgia (1998) www.dtic mil.
• [5] Lowden R.: U.S. Military “Green Bullet”. www.firearmsid.com.
• [6] Magness L. S., Kapoor D.: Tungsten composite materials with alternative matrices for ballistic applications. Tungsten, Hard Metals, and Refractory alloys 5, Metal Powder Industries Federation, Princeton (2000) 15÷23.
• [7] Lowden R. et al.: Non-lead environmentally safe projectiles and method of making same, United States Patent No. 5, 760, 331.
• [8] Jones J. L.: Frangible and non-toxic ammunition. www.policeandsecuritynews).
• [9] Kelly R.: Advantages in lead-free frangible bullets for training ammunition. Joint Services Small Arms Symposium, Session VII – Ammunition, August (2001).
• [10] Product Data Sheet&General Processing Conditions. RTP Company Imagineering Plastics, USA.
• [11] Dębski A., Janiszewski J., Paszkowski R.: Pociski kompozytowe do ćwiczebnej amunicji strzeleckiej. Kompozyty 2 (2009) 192÷196.
• [12] Janiszewski J., Rutyna K., Surma Z., Furmanek W.: Badania pocisków fragmentujących. Biuletyn WAT vol. LVI 1 (646) (2007) 9÷28.
• [13] Janiszewski J., Rutyna K.: Impact behaviour of Cu-Sn frangible bullets. 8 th Symposium on Weapon Systems, Czechy, Brno (2007).
• [14] Patent US 2003/0164063A1: Tungsten/powdered metal/polymer high density nontoxic composites.
• [15] Patent US 2003/0027005A1, Composite material containing tungsten. 06.02.2003.
• [16] Lawton B.: Thermochemical erosion in gun barrels. Wear 251 (2001) 827÷838.
• [17] Chunga D. Y., Shin N., Myoungho Oh, Sam-Hyeon Yoo, Seok-Hyun Nam: Case study. Prediction of erosion from heat transfer measurements of 40 mm gun tubes. Wear 263 (2007) 246÷250.
• [18] Lazovik I. N., Ashurkov A. A.: Powder gas diffusion into the surface layer of the aviation quick-firing gun barrel. Russian Aeronautics 50 (2) (2007) 210÷214.
• [19] Cote P. J., Todaro M. E., Kendall G., Witherell M.: Gun bore erosion mechanisms revisited with laser pulse heating. Surface and Coatings Technology 163-164 (2003) 478÷483.
• [20] Sopoka S., Rickard C., Dunn S.: Thermal-chemical-mechanical gun bore erosion of an advanced artillery system – part one: Theories and mechanism. Wear 258 (2005) 659÷670.
• [21] Sopoka S., Rickard C., Dunn S.: Thermal–chemical–mechanical gun bore erosion of an advanced artillery system part two: modeling and predictions, Wear 258, (2005), 671–683
• [22] Zelenko V. K., Drozdov Yu. N., Korolev V. M.: Bore wear caused by firing steel monoblock bullets. Journal of Machinery Manufacture and Reliability 40 (1) (2011) 51÷54.
• [23] Cote P. J., Rickard C.: Gas-metal reaction products in the erosion of chromium-plated gun bores. Wear 241 (2000) 17÷25.
• [24] Wlodarczyk E., Moszczynski A., Jackowski A.: Investigation of barrel bore wearing mechanism. JTAM 3 (33) (1995) 539÷549.
• [25] German R. M.: Powder metallurgy science. Metal Powder Federation, USA (1994).
• [26] Wang B., Zang E.: On the compressive behaviour of sintered porous coppers with low-to-medium porosites – Part II: Preparation and microstructure. I. J. Mec. Sci. 50 (2008) 550÷558.