Badania numeryczne wytrzymałości lufy kal. 5,56 mm wykonanej ze stali 30HN2MFA poddanej chromowaniu

• Autorzy: Dębski A. , Małachowski J. , Płatek P. , Sybilski K.

Warianty tytułu

EN

The numerical investigations of durability of chromium coated barrel cal. 5.56 mm made of 30HN2MFA (PN-72/H-84035) steel

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym z kluczowych elementów każdej broni strzeleckiej determinującym jej właściwości użytkowe, tj. trwałość oraz niezawodność jest podzespół lufy. Wpływ obciążenia impulsu ciśnienia wysokotemperaturowych gazów prochowych o znacznej wartości, erozyjny charakter ich oddziaływania oraz wzajemna współpraca płaszcza pocisku z bruzdami przewodu lufy stanowi obciążenie cykliczne o charakterze termomechanicznym. Efektem jego działania jest stopniowa zmiana geometrii przewodu lufy będąca następstwem zużycia warstwy wierzchniej. W przypadku luf karabinkowych (kal. 5,56 mm) jedną z powszechnie stosowanych metod pozwalających na zwiększenie odporności na zużycie cierne przewodu lufy jest m.in. obróbka cieplna materiału (stali 30HN2MFA) lufy (hartowanie, a następnie odpuszczenie wysokie do twardości 25÷30 HRC) oraz pokrywanie samego przewodu powłoką twardego chromu galwanicznego. Autorzy publikacji zaproponowali dwustopniowy proces oceny właściwości wytrzymałościowych lufy poddanej dynamicznemu obciążeniu z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Pierwszy z proponowanych wariantów obliczeń dotyczy ujęcia makroskopowego. Na podstawie otrzymanych wyników można sformułować wnioski dotyczące wartości średnic zewnętrznych określających poszczególne odcinki lufy (rys. 9, 10, tab. 2). Drugi etap obliczeń jest dokadniejszy z uwzględnieniem odmiennych właściwości materiałowych określających powłokę chromu o grubości 0,2 mm. W wyniku realizacji badań otrzymano wyniki w postaci stanów naprężeń oraz odkształceń. Analizując wyniki obliczeń wykonane dla modelu szczegółowego sformułowano wnioski zbieżne z wynikami badań eksperymentalnych dotyczących badań trwałości przewodu lufy. Wyniki obliczeń przedstawiono w postaci wykresów (rys. 14, 15).

EN

Barrel is one of the most significant subassemblies of small arms systems which determines its functional properties such as durability and reliability. During the firing process the barrel bore is exposed to high temperature and pressure of powder charge gases, erosion, and interaction between the grooves with projectile jackets. The main feature of presented process is thermomechanical periodically repeated load. It causes the negative effects such as abrasion wear and produce changes of barrel cross-section geometry during long-term interaction. In order to increase the abrasion resistance of barrel material (30HN2MFA steel) the thermochemical treatments such as hardening and high-temperature tempering (25÷30 HRC hardness) are used. Additionally the surface of barrel bore is coated with hard, abrasion resistive materials (e.g. chromium). The aim of this paper is to present the novel evaluation method of barrel strength in dynamic loading conditions. The proposed procedure consist of two stages of numerical analysis with the use of finite elements method. The first stage is focused on the mechanical strength properties of barrel. The result of this analysis defines the values of barrel’s outer diameters in its different sections (Fig. 9, 10, Tab. 2). The second stage of proposed method is more detailed from materials point of view. This analysis takes into consideration the different material properties of chromium coating (the thickness of chromium layer was 0,2 mm). Based on the numerical calculations the state of stress and strain is achieved as a result (Fig. 14, 15). Following the numerical analysis process, obtained results were compared with experimental data and were found to be convergent with them, which proves the utility of the proposed method.

Słowa kluczowe

PL

badania numeryczne; wytrzymałość lufy; powłoka chromowa

EN

numerical investigation; barrel durability; chromium coating

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 6
• Strony: 677--681
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dębski A.

• Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Małachowski J.

• Wydział Mechaniczny, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Płatek P.

• Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Sybilski K.

• Wydział Mechaniczny, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

Bibliografia

• [1] Allsop D. F.: Wear characteristic of 5.56 mm calibre chromium plated barrels 2 nd. Conference on Barrel Weapon Systems Brno (1997).
• [2] Chałko L., Żurowski W.: Badania wpływu rodzaju prochu eleborowanego do amunicji 5,56><45 mm na zużycie powłoki chromowej przewodu lufy. IV Międzynarodowa Konferencja Uzbrojeniowa - Waplewo (2002).
• [3] Dębski A., Gąsiorowski M.: Badanie zjawiska zużycia luf broni strzeleckiej kalibru 5,56 mm. PBW 882 (sprawozdanie wewnętrzne z pracy badawczej własnej), dostępne w Bibliotece WAT (2004).
• [4] Dębski A.: Materiałowo-technologiczne badania optymalizacyjne pod kątem zwiększenia trwałości luf broni strzeleckiej. Sprawozdanie z pracy badawczej, Wojskowa Akademia Techniczna (2009).
• [5] Liu G. R, Quek S. S.: The finite element method: a practical course. Department of Mechanical Engineering National University of Singapore. Butteiworth Heinenann (2003).
• [6] Reddy J. N.: An introduction to the finite element method. Second edition. Texas A&M University. MCGraw-Hill series in mechanical engineering. (1993).
• [7] Łazowski J., Kamiński R., Małachowski J.: Analiza MES obciążeń cieplnych lufy podczas strzału. Biuletyn WAT. t. LVII, nr 1 (2008) 215÷228.
• [8] Małachowski J., Łazowski J.: Numeryczne aspekty modelowania układu lufa-pocisk. Przegląd Mechaniczny 6 (2007) 33÷38.
• [9] Małachowski J., Łazowski J.: Modelowanie zagadnienia sprzężenia w środowisku ALE na przykładzie układu pocisk-lufa. Naukowe aspekty techniki uzbrojenia i bezpieczeństwa. Tom 1, rozdział 2, wyd. WAT (2008) 285÷299.
• [10] Damaziak K., Małachowski J., Płatek P., Wożniak R.: Analiza możliwości wykorzystania różnych metod numerycznych w procesie projektowania układu automatyki broni strzeleckiej kalibru 5,56 mm. Mechanik 2 (2011) 120÷123.
• [11] Damaziak K., Małachowski J., Płatek P., Wożniak R.: Badania wpływu zmiany parametrów masowo-bezwładnościowych podzespołu suwadła na charakterystyki kinematyczne karabinka standardowego. Mechanik 7 (2011) artykuł na płycie CD.
• [12] Hallquist J. O.: LS-Dyna. Theoretical manual. California Livermore Software technology Corporation. (1998).
• [13] Holzwarth U., Stamm H.: Mechanical and thermomechanical properties of commercially pure chromium and chromium alloys. Journal of Nuclear Materials 300 (2002) 161÷177.
• [14] Matsumoto Y., Ohta S., Aoki N., Morinaga M.: Effect of surface polishingon the ductility of pure chromium tested in several environments. International Journal of Refreactory Metals & Hard Materials 19 (2001) 123÷129.

Uwagi

PL

Praca została zrealizowana jako cżęsc projektu badawczego nr 0025/R/T00/2009 finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego w latach 2009+2012.