兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (5): 1288-1295.doi: 10.12382/bgxb.2022.0063
许耀峰1, 杨雕1,2,*(), 刘朋科1, 陈奇1, 郭俊行1, 王军1
收稿日期:
2022-09-15
上线日期:
2022-10-31
通讯作者:
XU Yaofeng1, YANG Diao1,2,*(), LIU Pengke1, CHEN Qi1, GUO Junhang1, WANG Jun1
Received:
2022-09-15
Online:
2022-10-31
摘要:
火炮射击过程中身管在热、力、化学等因素作用下平均每发射弹会产生微米级的内径扩大,是造成身管寿命终止的主要原因,研究内膛表面材料性能变化对揭示身管寿命机理具有重要意义。通过分析某寿命终止155mm口径身管内膛表面材料组织和性能,获得了身管不同部位内膛表面材料组织形貌、厚度及力学性能。结合身管温度梯度分析及烧蚀模拟试验,揭示了身管内膛表面材料性能退化机理及其与射弹发数关系。研究结果表明:身管寿命初期,在火药燃气作用下内膛表面材料相变形成硬化层,硬化层厚度与火药燃气温度及作用时间相关;身管烧蚀磨损发生在硬化层表面,硬化层常温下硬度和强度比基体高1倍,呈现硬脆特征,高温下硬度和强度迅速下降,在弹带摩擦及气流冲刷下造成身管内径扩大。
许耀峰, 杨雕, 刘朋科, 陈奇, 郭俊行, 王军. 火炮身管内膛表面材料强度退化机理研究[J]. 兵工学报, 2023, 44(5): 1288-1295.
XU Yaofeng, YANG Diao, LIU Pengke, CHEN Qi, GUO Junhang, WANG Jun. Study on Strength Degradation Mechanism of Material on Inner Bore Surface of Gun Barrel[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(5): 1288-1295.
部位 | 药室部 | 膛线起始部 | 高膛压区 | 身管中部 | 炮口 |
---|---|---|---|---|---|
厚度/μm | 0~140 | 165 | 100 | 55 | 1~2 |
表1 硬化层厚度
Table 1 Hardened layer thickness
部位 | 药室部 | 膛线起始部 | 高膛压区 | 身管中部 | 炮口 |
---|---|---|---|---|---|
厚度/μm | 0~140 | 165 | 100 | 55 | 1~2 |
参数 | 测点1 | 测点2 | 测点3 | 测点4 | 平均 |
---|---|---|---|---|---|
硬化层弹性模量/GPa | 228.06 | 219.88 | 228.86 | 202.17 | 219.74 |
基体弹性模量/GPa | 217.08 | 243.14 | 220.76 | 221.47 | 225.61 |
表2 基体及硬化层弹性模量测试结果
Table 2 Test results of elastic modulus of barrel material and hardened layer
参数 | 测点1 | 测点2 | 测点3 | 测点4 | 平均 |
---|---|---|---|---|---|
硬化层弹性模量/GPa | 228.06 | 219.88 | 228.86 | 202.17 | 219.74 |
基体弹性模量/GPa | 217.08 | 243.14 | 220.76 | 221.47 | 225.61 |
基体及 硬化层 | 温度/℃ | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
20 | 200 | 400 | 600 | 700 | 800 | |
基体 | 1091 | 1037 | 931 | 498 | 220 | 107 |
硬化层 | 2340 | 1495 | 357 | 153 | - | - |
表3 基体及硬化层不同温度下的抗拉强度
Table 3 Tensile strength of barrel material and hardened layer at different temperatures
基体及 硬化层 | 温度/℃ | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
20 | 200 | 400 | 600 | 700 | 800 | |
基体 | 1091 | 1037 | 931 | 498 | 220 | 107 |
硬化层 | 2340 | 1495 | 357 | 153 | - | - |
参数 | 膛线 起始部 | 高膛 压区 | 身管 中部 | 炮口 |
---|---|---|---|---|
温度超过830℃的厚度/μm | 150 | 131 | 70 | 4 |
硬化层实测厚度/μm | 165 | 100 | 55 | 1~2 |
表4 温度超过830℃厚度与硬化层实测厚度对比
Table 4 Comparison between the thickness with temperature exceeding 830℃ and the measured thickness of hardened layer
参数 | 膛线 起始部 | 高膛 压区 | 身管 中部 | 炮口 |
---|---|---|---|---|
温度超过830℃的厚度/μm | 150 | 131 | 70 | 4 |
硬化层实测厚度/μm | 165 | 100 | 55 | 1~2 |
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