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全净膛重名词解释1. 引言全净膛重（Fully Cleaned Barrel Weight，简称FCBW）是一种用于枪械领域的术语，指的是在枪管内进行清洁后的重量。
本文将详细介绍全净膛重的定义、作用、测量方法以及相关注意事项。
2. 定义全净膛重是指在进行了彻底清洁后，枪管内没有任何残留物或污垢时的枪管重量。
它通常用于评估和比较不同枪械的清洁程度和性能。
3. 作用全净膛重可以直接反映出枪管内部是否干净，并间接影响到射击精度和持久性能。
以下是全净膛重的主要作用：3.1 射击精度改善随着使用时间的增加，枪管内会积累各种污垢和残留物，如铜屑、铅屑、火药残渣等。
这些污垢会影响子弹与枪管之间的摩擦力，并对弹道轨迹产生不利影响。
通过定期清洁并保持全净膛重可以减少这些影响，提高射击精度。
3.2 延长枪械寿命枪管内的污垢会引起腐蚀和磨损，降低枪械的寿命。
通过保持全净膛重可以减少这些污垢的积聚，延长枪械的使用寿命。
3.3 提高安全性残留物和污垢在射击时可能引发意外情况，如堵塞、爆炸等。
保持全净膛重可以减少这些风险，提高射击过程中的安全性。
4. 测量方法测量全净膛重需要使用精确的称重设备和专业清洁工具。
以下是一般的测量步骤：4.1 准备工作首先，需要将枪械进行彻底清洁。
可以使用专业清洁剂、刷子、棉签等工具进行清洁。
确保将所有残留物和污垢清除干净，并用干燥布或纸巾擦拭干净。
4.2 称重测量将清洁后的枪管放置在称重设备上，记录下全净膛重。
为了提高测量的准确性，可以进行多次测量并取平均值。
4.3 计算全净膛重根据称重结果，计算出全净膛重。
一般来说，全净膛重等于枪管的总重量减去枪管本身的重量。
5. 注意事项在进行全净膛重测量时，需要注意以下事项：5.1 精确性使用精确的称重设备进行测量，并在稳定的环境下进行操作，以保证测量结果的准确性。
5.2 清洁度在进行测量前，必须彻底清洁枪管，并确保没有残留物或污垢。
否则，测量结果可能会受到影响。
国内习惯把枪械故障大致分为6类一提到枪械故障，很多读者马上会想到一个词——“炸膛”。
其实，就枪械来说，故障多种多样，并非仅此一种。
但由于“炸膛”留下的印象实在太深，很多读者对枪械故障也产生了不小的误解，认为好枪从不故障，有故障就不是好枪。
而对于出故障的枪械，许多读者往往是“恨铁不成钢”，把枪械贴上“不可靠”、“坑人”的标签。
实际上，对于任何一种产品，故障都是不可避免的。
同时，枪械的故障分类和分析，也是枪械中一门资深“学问”。
枪械故障的分类按照国内的相关习惯，枪械故障被分为I、II、III、IV、V、VI共6类，每个类下又有几个乃至十几个常见故障模式。
I类故障，指的是射手不需要利用随枪携带的工具和部件，就能在10秒内排除的故障，在故障排除后，并不影响枪械的继續使用。
I类故障中，有空膛、复进不到位、卡壳等几个常见故障模式。
II类故障，指的是射手不需要利用随枪携带的工具和部件，就能在10秒到60秒内排除的故障。
II类故障下，有卡壳、连发挂机、击发无力等几个常见的故障模式。
III类故障，指的是射手不需要利用随枪携带的工具和部件，就能在60秒到5分钟内排除的故障。
III类故障下，有卡壳、不闭锁、不抛壳等几个常见的故障模式。
IV类故障，指的是射手不需要利用随枪携带的工具和部件，排除故障耗时在5分钟以上的故障，或者是使用备件、通用工具才能排除的故障。
IV类故障下，有卡壳、断壳、备用零件失效等几个常见的故障模式。
V类故障，指的是射手无法排除的故障。
V类故障下，有枪管故障、主要零部件或无备件的零部件失效并影响主要功能等几个常见的故障模式。
VI类故障，指的是危害射手或其它器材安全的故障。
VI类故障下，大家熟知的“炸膛”（实际上叫膛炸）光荣上榜，此外还有后喷火、自行击发、自燃等几个常见的故障模式。
在上文中大家可以看到，卡壳这个故障模式，就出现在了I、II、III、IV四个故障类中，这并非是分类不严谨，而是卡壳的情况有轻有重，必须具体情况具体分析。
浅谈武器装备全寿命管理 _18浅谈武器装备全寿命管理（本文由“*”发布）全寿命管理(LifeCycleMan-agement———LCM)是美国70年代中后期开始在武器装备采办中使用的一种管理思想和管理原则。
这一思想出现以来,它在西方国家武器装备采办中得到了广泛传播,其具体方法在约20年的实践中得到了不断的改进和完善。
现在,全寿命管理已经成为西方国家武器装备采办管理的基本原则。
一、全寿命管理的概念和特性1?全寿命管理武器装备全寿命管理,就是对武器系统从诞生到退役处理的整个发展过程进行统一筹划和控制。
主要包含全寿命费用管理和全寿命技术管理。
其对立概念是研制、生产和使用分开的各自独立的管理。
与各阶段分开独立的管理相比,全寿命管理主要强调在费用和技术上都不要单纯考虑某一阶段的问题,而要综合考虑各阶段的问题,使全寿命费用尽可能最小,使各阶段的技术协调发展。
比如,全寿命管理要求搞好预研与型号的衔接,搞好设计与生产工艺的衔接,还要求生产出来的武器便于使用和维护。
2?全寿命管理和全寿命费用管理的关系费用、性能、进度和可保障性是武器装备采办的四大要素,它们之间存在一定的制约关系,比如性能提高通常导致费用增加、进度推迟。
因此全寿命管理不能单纯从费用或技术角度考虑各阶段的问题,而要根据军方提出的需求(关键性能和时间要求)和资源状况,在各阶段综合权衡费用、性能和进度之间的关系。
因为现代武器装备特别昂贵,也因为基本性能是事先明确的,所以在正常的和平环境下,权衡费用、性能和进度关系的主要标准是全寿命费用最小化。
本着追求全寿命费用最小化的目标,在武器装备发展各阶段分析全寿命费用,尤其是分析潜在的高费用项目,通过设定各阶段费用目标和各种费用因素的目标值,以及要求技术管理采取相应措施,来控制武器系统当前和未来的费用,使费用、性能、进度之间保持协调平衡,这就是全寿命费用管理。
所以全寿命管理和全寿命费用管理目标是一致的,全寿命管理的核心是全寿命费用管理,而全寿命技术管理除保证各阶段技术衔接和协调外,主要目标也是全寿命费用最小化。
枪管长寿命关键技术与应用
枪管长寿命是枪械制造和使用领域中的一个重要问题。
为了实现枪械的长期使用并保证质量和安全性，需要采用一系列关键技术和应用。
其中包括：
1.材料选择与处理。
选择优质的材料和采用科学的处理工艺，以提高枪管的耐热、抗腐蚀和抗磨损性能。
2.制造工艺优化。
优化制造工艺、提高制造精度、控制加工质量，以确保枪管的质量和稳定性。
3.枪管保养与维护。
对于枪管的保养和维护至关重要，包括定期清洗、润滑、防锈等措施，以延长枪管的使用寿命。
4.使用技巧与注意事项。
在使用枪械时，需要掌握正确的使用技巧和注意事项，合理使用弹药，减少过度使用和过度磨损。
以上技术和应用，能够有效延长枪管的使用寿命，提高枪械的性能和安全性，推动枪械制造和使用的发展。
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不同成分射孔枪管用钢的组织与性能摘要：射孔枪管是石油开采中必不可少的工具，其材质对其性能有着至关重要的影响。
本文通过对不同成分的钢的组织与性能进行分析和研究，探索射孔枪管材料的进一步优化和提升。
研究结果表明，射孔枪管材料的组织和性能受到材料成分、加热温度和热处理工艺等多种因素的影响，合理的材料选择和处理能够提高射孔枪管的性能和使用寿命。
关键词：射孔枪管、钢材、组织与性能、材料成分、热处理工艺。
正文：射孔枪管是石油开采中常用的工具，其主要作用是通过高压炮击将孔隙性岩石破裂，在这个过程中，射孔枪管需要承受高压和高温等极端环境的影响。
因此，其材质对其使用寿命和运行效果都有着至关重要的影响。
在射孔枪管的制造过程中，材料成分、加热温度和热处理工艺等因素都会影响到最终材料的组织和性能。
钢材是目前射孔枪管材料的主要选择，由于钢的机械性能和耐腐蚀性能等方面都比较理想。
因此，本文对不同成分的钢的组织与性能进行了详细的研究。
首先，我们研究了卡氏体钢材的组织和性能。
研究结果表明，卡氏体钢材的组织以板条状和条带状的马氏体为主，具有较高的强度和硬度，但韧性较差。
在热处理时，通过控制冷却速率和加热温度可以使其性能得到进一步的调整和提升。
例如，在水淬冷却过程中，冷却速率越快，马氏体的数量和尺寸都会增加，硬度和强度也会随之增加。
其次，我们研究了铁素体-贝氏体钢材的组织和性能。
研究结果表明，铁素体-贝氏体钢材的组织主要由铁素体和贝氏体组成，具有良好的韧性和强度，但硬度相对较低。
在热处理过程中，通常采用加入合适的合金元素和高温回火工艺等方式来调整和提升其性能。
最后，我们研究了奥氏体钢材的组织和性能。
研究结果表明，奥氏体钢材的组织主要由奥氏体和少量的铁素体组成，具有良好的韧性和强度，同时硬度也相对较高。
在热处理过程中，经过适当的加热和冷却处理，可以进一步提升其性能。
综上所述，射孔枪管材料的组织和性能受到多种因素的影响，选择合适的材料成分、加热温度和热处理工艺等都是优化其性能的关键。
“枪管下”在枪械中有什么作用？一、提供稳定的支撑枪管下是指枪械中的一个重要组成部分，其作用是为枪支提供稳定的支撑。
在枪支射击时，枪管下承担着枪械重量和后座力的压力，有助于保持枪支的平衡和稳定性，从而提高射击的准确度和稳定性。
枪管下通过与枪托的连接，使枪支能够紧密地握持在射手手中，减少了因后座力而造成的枪械晃动和偏离目标的可能性。
二、引导枪口的方向枪管下不仅能够提供稳定的支撑，还起着引导枪口方向的作用。
在枪械设计中，枪管下通常具有一定的弧度，使得枪口能够对准目标，并在射击过程中保持稳定。
通过枪管下的设计和制造工艺的精确控制，可以确保枪口在射击时能够准确地瞄准目标，并避免枪口的偏移。
三、排除燃气反冲枪管下还具有排除燃气反冲的功能。
在枪械射击时，燃气会产生反冲力，对射手造成一定的冲击和后座力。
而枪管下通过内部的结构设计和材料选择，可以有效地抵抗燃气反冲力的影响，减缓后座力对射手的影响，使得射击更加平稳和舒适。
四、调节枪口上扬枪管下还能够帮助调节枪口的上扬。
在射击过程中，枪支会因为后座力的作用而产生上扬的力量，这会对射击的准确度和稳定性造成一定的影响。
而枪管下可以通过设计和制造工艺的控制，调整枪口的上扬角度和程度，使得射击时枪口能够保持相对平稳和水平的状态，提高射击的准确度。
五、增加射击距离枪管下还有助于增加射击距离。
在射击过程中，枪械的弹道特性会受到枪管下的影响。
精心设计的枪管下可以提供更好的气密性和热量传导性，使得枪支能够充分利用推进剂的能量，提升射击速度和射击距离。
同时，优化的枪管下结构可以减少弹道的散布，提高射击的精准度和一发命中率。
总结：“枪管下”在枪械中扮演着稳定支撑、引导枪口方向、排除燃气反冲、调节枪口上扬和增加射击距离的重要角色。
优质的枪管下设计和制造能够提高枪支的射击准确度和稳定性，为射手提供更好的射击体验，并在军事、执法和运动射击等领域发挥关键作用。
对于枪械制造商和射击爱好者而言，深入了解和掌握“枪管下”的作用和原理，对于提升射击技能和射击品质具有重要指导意义。
第42卷第2期兵工学报Vol.42No.2 2021年2月ACTA ARMAMENTARII Feb.202112.7mm机枪枪管损伤演变规律及其与椭圆弹孔关系薛钧1,王光华1,乔自平1,李峻松1,郑秋1,胡春东2(1.中国兵器工业第208研究所，北京102202； 2.上海大学材料科学与工程学院，上海200444)摘要：为探明12.7mm大口径机枪枪管损伤演变规律及其对椭圆弹孔的影响，开展了寿命射击试验研究。
采用光学显微镜、扫描电子显微镜、内窥镜和口径量规对枪管进行观察和测量，得到枪管内膛在寿命周期内的损伤规律。
结果表明：12.7mm机枪枪管损伤存在3个典型区域,分别是 线膛起始部位、高膛压区部位、枪管口部；这3个区域损伤速率和方式有所不同；线膛起始区域Cr层脱落速率高，导致内径扩大速率高；高膛压区寿命初期Cr层保留完好，寿命后期发生突变，Cr层脱落加速；枪管口部Cr层几乎没有脱落，损伤以磨损为主。
该机枪枪管以椭圆弹孔数超标方式寿终，椭圆弹孔出现的原因是高膛压区部位阳线的Cr层剥落，致使膛线导转能力变弱，弹头转速低，从而导致椭圆弹孔出现。
关键词：枪管损伤；Cr层；线膛；椭圆弹孔；寿终中图分类号：TJ203+.1文献标志码：A文章编号：1000-1093(2021)02-0281-08DOI：10.3969/j.issn.1000-1093.2021.02.006The Evolution of Gun Barrel Damage and Its Relation with Elliptic HoleXUE Jun1,WANG Guanghua1,QIAO Ziping1,LI Junsong1,ZHENG Qiu1,HU Chundong2(1.No.208Research Institute of China Ordnance Industries,Beijing102202,China；2.School of Materials Science and Engineering,Shanghai University,Shanghai200444,China)Abstract:The life firing experiment was carried out to investigate the damage evolution law of12.7mm large caliber machine gun barrel and its influence on elliptic hole.Optical microscope,scanning electron microscope,endoscope and caliber gauge were used to observe and measure the damaged barrel,and the damage rule of barrel bore during its life cycle was obtained.The results show that three typical barrel damage regions of12.7mm machine gun are at the initial position of refiled bore,the high bore pressure zone and the muzzle of barrel.The damage rates and modes are different in these three regions.The Cr layer in the initial region of refiled bore has a high shedding rate,leading to a high expansion rate of the inner diameter.In the early stage of the high bore pressure zone,the Cr layer remains intact,but in the later stage of life,the Cr layer falls off faster.The Cr layer at the muzzle of barrel is almost not shed,and the damage is mainly caused by wear.The barrel life of machine gun ends in the way of keyhole of bullet exceeding the standard.The forming reason of keyhole of bullet is that the refiling lands are damaged and stripped,which weakens the driving ability of refiling and makes the warhead rotate at a low speed,thus leading to the keyholes of bullet.Keywords:barrel damage;Cr layer；rifling；keyhole of bullet;end of life收稿日期：2020-04-29作者简介：薛钧(1983—),男，高级工程师。
枪支主要零部件管理枪支这东西，可不像咱平常玩的玩具枪那么简单。
那可是有极大危险性的东西，所以对于枪支主要零部件的管理啊，必须得重视起来。
就好比一辆汽车，发动机、方向盘、刹车这些关键部件要是乱了套，汽车还能好好开吗？肯定不行啊。
枪支也一样，它的主要零部件那可都是关系到枪支能不能正常使用，会不会造成危险的关键所在。
比如说枪膛、枪管、击发装置这些部件，就如同汽车的核心部件一样重要。
咱先来说说枪膛。
枪膛要是管理不善，出现了损坏或者被非法改装，那子弹发射就可能出现偏差。
这就好比是咱家里的炉灶，炉灶的灶膛要是坏了，那火能好好烧吗？做出来的饭肯定也是夹生的。
枪膛要是出问题，子弹打到不该打的地方，那可就出大事了。
所以啊，对于枪膛的生产、储存、运输各个环节都得严格把关。
生产的时候要有严格的质量检测标准，储存要有专门的安全设施，运输也得小心翼翼，确保枪膛在这些过程中不会受到损坏或者被不法分子获取。
再讲讲枪管。
枪管就像是炮筒子一样，它得笔直、得质量过硬。
要是枪管弯了或者质量不过关，子弹射出去就不知道飞到哪里去了。
这就像咱们射箭，弓要是弯的，箭能射中靶子吗？肯定不能啊。
在管理枪管的时候，要防止它被腐蚀，也要防止有人私自截断或者改造。
每一根枪管从制造出来就应该有详细的记录，就像每个人都有自己的身份证一样，它从哪里来，到哪里去，都得清清楚楚。
击发装置更是重中之重。
这就好比是枪的“大脑”，它决定了枪什么时候发射子弹。
如果击发装置被人乱动，那枪可能就会走火。
这就像家里的电器开关，要是被小孩子乱玩，电器可能就会突然启动或者短路。
对于击发装置，要严格限制能够接触到它的人员范围。
在维修保养的时候，也得是专业的、经过严格审查的人员来操作。
枪支主要零部件的管理还得从源头抓起。
制造这些零部件的工厂啊，得有高度的责任心和安全意识。
不能为了一点利益就放松对生产过程的监管。
这就像盖房子，地基要是没打好，房子能牢固吗？肯定不能。
生产枪支零部件的基础要是没打好，那后面的安全隐患可就大了去了。
第40卷第4期2019年4月兵工学报ACTA ARMAMENTARIIVol.40No.4Apr.2019枪管基体组织对枪管寿命的影响胡春东1,何星1,陆恒昌1,董瀚1,李峻松2(1.上海大学材料科学与工程学院,上海200444;2.中国兵器工业第208研究所,北京102202) 摘要:为了探明枪管基体组织对枪管损伤速率影响的机理,对比研究了两种不同基体组织枪管在射击过程中的损伤表现㊂采用光学显微镜㊁扫描电子显微镜对枪管基体组织进行表征,通过碳复型㊁相分析对枪管基体组织进行分析㊂结果表明,低硬度枪管损伤速率大于高硬度枪管,导致前者寿命较低㊂出现这一结果的原因是:一方面低硬度枪管内表面发生了较大的塑性变形,导致内径扩大速率增加,寿命缩短;另一方面高硬度基体碳化物分布较为细小㊁弥散,抑制裂纹形核扩展能力大于低硬度基体㊂ 关键词:枪管;损伤;枪管寿命;枪管钢 中图分类号:TJ203+.1文献标志码:A文章编号:1000⁃1093(2019)04⁃0728⁃09 DOI :10.3969/j.issn.1000⁃1093.2019.04.007Effect of Matrix Microstructure of Gun Barrel on Its LifetimeHU Chundong 1,HE Xing 1,LU Hengchang 1,DONG Han 1,LI Junsong 2(1.School of Materials Science and Engineering,Shanghai University,Shanghai 200444,China;2.No.208Institute of China Ordnance Industry,Beijing 102202,China)Abstract :The damage characteristics of two different microstructured gun barrels during shooting are comparatively studied to investigate the mechanism of the effect of matrix microstructure of gun barrel on its damage rate.Its matrix structure is characterized using optical microscrope,scanning electron micro⁃scrope,and analyzed using the carbon replica and phase analysis methods.Results show that the damage rate of low⁃hardness gun barrel is larger than that of high⁃hardness gun barrel,and the former’s lifetime is short.This is because the internal surface of the low⁃hardness gun barrel is subjected to a relatively larger plastic deformation,and the carbides in the matrix of high⁃hardness gun barrel show smaller sizes and distribute more homogenously,which inhibites the nucleation and propagation of the cracks.Keywords :gun barrel;damage;gun barrel lifetime;gun barrel steel 收稿日期:2018⁃07⁃11作者简介:胡春东(1981 ),男,博士后㊂E⁃mail:huchundong99@ 通信作者:董瀚(1962 ),男,教授,博士生导师㊂E⁃mail:donghan@0 引言身管是机枪㊁火炮等常规武器的关键部件,其主要功能为赋予弹丸一定的初速和射向㊂射击时身管受高温㊁高压㊁高速气流等作用,内膛直径扩大,药室增长,最终导致弹丸初速和膛压降低,弹丸失去稳定性,弹道性能变差,身管寿终㊂影响身管寿命的因素有很多,首先火药成分对身管烧蚀速率有极大影响[1-5]㊂其次身管内表面镀铬层具有抗烧蚀㊁耐磨损㊁摩擦系数低和制造成本低等优 第4期枪管基体组织对枪管寿命的影响点,对保护身管基体有重要作用,也能很大程度上影响着身管寿命[2,6]㊂另外,膛线㊁弹丸结构及材料㊁射击规范等也不同程度地影响着身管寿命㊂基体材料是身管的载体,亦能对寿命产生重要影响㊂裂纹形核与扩展速率的快慢将对身管寿命产生重要影响㊂Wu等[7]用有限元模拟计算了镀层与基体界面间的应力分布,发现基体裂纹附近是界面正应力和切应力最高的位置,也是最易发生界面分离的位置,可见基体裂纹对Cr镀层损伤有重要影响㊂Vigilante等[8]的研究结果显示,屈服强度对裂纹形核孕育时间有重要影响㊂Troiano等[9]发现,随着屈服强度的升高,裂纹扩展速率也不断增加,原因是高强度钢氢脆敏感性增加,基体材料提高纯净度和增加氢陷阱后,裂纹扩展速率大幅度下降㊂Underwood 等[5]研究发现基体强度越高,氢脆敏感性越强,因此基体强度不宜太高㊂Yang等[10-11]的研究结果表明,对于一定长度的裂纹,随着屈服强度以及杨氏模量的增加,裂纹驱动力减小,与Underwood 等[5]和Vigilante等[8]研究结果截然相反,可能的原因是Yang等[10-11]未考虑氢致延迟断裂的因素㊂但强度降低能导致基体软化㊁Cr镀层坍塌等问题㊂基体强度可以影响基体裂纹形核扩展㊁Cr镀层基体结合力及Cr镀层脱落等,这些因素综合在一起影响着身管寿命,而不是单一因素,这也是身管失效机理研究的难点㊂Underwood等[5]和Yang等[10-11]研究均采用模拟或计算的方式,缺乏寿命试验中基体对寿命施加影响的数据和分析㊂本文通过对比研究两种不同组织的身管寿命试验表现,分析基体组织对枪管寿命的影响机制㊂1 试验材料及方法寿命试验用枪管基体材料为两种不同硬度的高温回火马氏体钢,硬度分别为372HV1和348HV1,两种材料试样分别命名为高硬度(HH)和低硬度(LH)㊂两种试样毛坯经热处理后精加工成长度l0=5d0㊁直径d0=5mm的标准拉伸试样㊂700℃拉伸试验在美国MTS公司生产的MTS810.13型试验机上进行,拉伸速率为2mm/min.相分析试样经表面精加工后用恒流电解分离法得到碳化物粉末,采用1%四甲基氯化铵+10%乙酰丙酮甲醇溶液,电流密度为0.03~0.05A/cm2,温度为-5~0℃.采用荷兰Philips公司生产的APD⁃10X射线衍射仪进行结构分析,衍射角2θ为20°~115°,积分时间为0.4s,步长为0.02°,扫描速度为50°/s,靶型为Co靶,管压㊁管流分别为35kV及35mA.用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP⁃AES)测定各元素的含量㊂M6C㊁MC㊁M2C㊁M3C与M23C6㊁M7C3的分离采用6%(V/V)H2SO4+20%(V/V)H2O2水溶液,在沸水浴中保温1.0~1.5h,中途补加双氧水,M6C㊁M3C㊁MC和M2C相溶解,M23C6和M7C3相保留㊂M3C与MC㊁M2C㊁M7C3的分离采用5%~10%(V/V) HCl乙醇溶液放置0.5~1.0h,M3C相溶解,MC㊁M2C㊁M7C3相保留㊂寿终枪管解剖后,把试样放进丙酮中进行超声波清洗,横截面试样用牙托粉镶嵌后,分别用120目㊁320目㊁600目㊁1000目砂纸磨去划痕并抛光,抛光后试样用2%的硝酸酒精进行轻微侵蚀,目的是分清镀层和基体界面㊂采用德国Leica公司生产的DM2700M光学显微镜观察横截面,在美国FEI公司生产的Quanta650扫描电子显微镜(SEM)下观察微观组织㊂用4%的硝酸酒精侵蚀试样后进行喷碳,喷碳时真空条件下电流设置为40A,喷碳时间为10s.喷碳试样用4%硝酸乙酸浸泡,用铜网捞起碳膜,在日本Hitachi公司生产的透射电子显微镜(TEM)下观察碳化物㊂寿命试验参照国家军用标准GJB3484 1998‘枪械性能试验“,在冷却周期内,用内窥镜观察和拍摄內膛镀铬层的剥落情况,用通尺量规测量內膛不同轴向位置的阳线直径㊂內膛阳线直径测量方法见文献[12]㊂2 试验结果2.1 基体组织与力学性能HH基体枪管寿命比LH基体枪管高约30%,为了分析影响寿命的原因,对两种基体组织进行了对比㊂两种调质后材料的基体组织如图1所示㊂高温回火后,两种基体组织为回火马氏体,马氏体板条界及原奥氏体晶界上布满碳化物,而且碳化物颗粒直径较大㊂HH基体的碳化物分布相对较均匀,原奥氏体晶界碳化物较LH基体少㊂这是因为LH基体回火温度较高,碳化物熟化的结果㊂寿终后的基体组织除靠近內膛表面区域外,其他区域的组织和寿前没有差别㊂寿终试样制作成碳复型,在TEM下观察,其形貌如图2所示㊂由图2可见,LH基体中的大部分碳化物分布在晶界和板条处,表明LH基体碳化物偏聚比HH基体严927兵 工 学 报第40卷图1 HH基体和LH基体组织形貌Fig.1 Microstructure morphology ofHH and LH matrices重㊂用Image Pro软件统计碳复型中碳化物的尺寸分布,结果如图3所示㊂图3中显示HH基体碳化物直径多数小于200nm,而LH基体碳化物则多数大于200nm.由此可知,HH基体碳化物相对细小均匀,LH基体碳化物则相对粗大偏聚㊂用相分析方法分析了二者基体中碳化物的类型及含量,如表1所示,二者碳化物类型和含量几乎一样㊂HH基体和LH基体硬度分别为372HV1和348HV1,如表2所示㊂寿终后,在膛线起始位置,两种试样沿径向硬度如图4所示㊂图4中,两种组织的共同点是从内表面至深0.65mm,两种基体硬度不断增加;大于0.65mm区域,硬度趋于平缓,与寿前硬度相当;二者所不同的是,HH基体硬度高于LH基体硬度,靠近内表面的硬度值最低,分别为342HV1和224HV1.图2 两种基体碳化物形貌Fig.2 Carbides morphology of two matrices图3 碳化物粒径分布图Fig.3 Particle size distribution of carbides表1 HH基体和LH基体中碳化物主要元素的量Tab.1 Major element contents of carbides in HH and LH matrices%基体MC+M2C M7C3Fe Cr Mo V Nb Fe Cr Mo VHH0.3100.4911.2890.3660.1160.3610.4610.0950.034 LH0.3930.4761.2540.3600.1050.3820.4070.0800.028 037 第4期枪管基体组织对枪管寿命的影响表2 HH 基体和LH 基体力学性能Tab.2 Mechanical properties of HH and LH matrices基体700℃抗拉强度/MPa700℃屈服强度/MPa 硬度/HV1HH 373±10250±10372LH320±10205±10348图4 两种基体沿径向硬度Fig.4 Hardnesses of two matrices along radial direction 两种基体700℃拉伸性能如表2所示㊂由表2可见,HH 基体有较高的高温强度,700℃抗拉强度和屈服强度分别为(373±10)MPa 和(250±10)MPa,比LH 基体高约53MPa 和45MPa.图5 两种基体枪管阳线内径沿轴向的变化Fig.5 Change of gun barrel land inner diameters alongaxial direction of two matrices2.2 內膛损伤特征寿命试验过程中,两种基体枪管的损伤速率有所不同㊂图5显示了两种基体枪管从射弹量0发至2105发时阳线内径沿轴向的变化㊂横坐标原点和1003mm 分别为枪管的尾部和口部㊂两种枪管阳线内径变化的总体趋势是:内径随射弹量的增加而不断增加;少量的射弹量(822发)后,内径均发生突增现象;沿轴向的内径在少量射弹量后均呈现两高一低现象,即内径在尾部和口部大㊁中间小㊂二者的不同之处在于HH 基体枪管内径始终小于LH 基体枪管㊂从寿前内径尺寸看,二者尾部内径相差约30μm,口部内径相差较小,约10μm.为了对比研究两种不同基体组织对枪管损伤的影响,用内窥仪对枪管內膛进行了观察,观察点选择在距离枪管尾部150mm 处(膛线起始位置附近区域),此区域受到高膛压㊁高温㊁高火药浓度等条件的作用㊂图6中,随着射弹量的增加,两种基体枪管内表面损伤均不断加重㊂但二者损伤速率不同,1493发后,HH 基体枪管内表面保持完好,LH 基体枪管阴线局部出现脱落;2105发后,HH 基体枪管局部出现脱落,LH 基体枪管已大面积烧蚀;3958发后,HH 基体枪管局部仍保留有铬层,而LH 基体枪管铬层已全部脱落,裸露的基体布满龟裂纹㊂由此可知,LH 基体枪管损伤速率高于HH 基体枪管㊂对两种基体枪管寿终时尾部附近(膛线起始位置附近区域)和口部形貌进行观察,如图7所示㊂由图7可见,在距尾部150mm 处,HH 基体枪管内表面覆盖一白层,已无Cr 镀层;而在同样位置,LH 基体枪管则局部仍保留有Cr 镀层,Cr 镀层外区域覆有白层,Cr 镀层脱落区域呈坑状㊂在口部位置,二者的阳线Cr 镀层均有减薄,但HH 基体枪管的导转侧Cr 镀层已被磨至裸露基体,而LH 基体则无裸露基体㊂通过比较二者寿终枪管两区域的横截面形貌可知,LH 基体的损伤相对较轻㊂两种基体寿终枪管阳线内径沿轴向的变化如图8所示㊂图8中,除口部附近区域,两种基体寿终枪管内径几乎相等:LH 基体枪管口部内径为12.85mm,比HH 基体枪管(12.83mm)略高㊂2.3 裂纹形核与扩展在解剖的枪管中,含有镀层的区域均存在大量的短粗萝卜状 麻点”,这些点通常认为是钢基体暴露于火药气氛而形成的㊂高温高压火药气体穿过Cr 层裂纹,与基体反应,形成 麻点”,这是诱发裂纹形核的一种方式㊂能谱仪(EDS)显示 麻点”的主要成分为Fe㊁Cr㊁O,还有少量的Pb 和Ni(见图9)㊂火药燃烧后气体的主要成分包括CO㊁CO 2㊁H 2O㊁H 2和N 2[3].另外,闪光抑制剂㊁雷管及点火剂(如K 2SO 4)还会形成一些其他气体,如H 2S.枪管腐蚀涉及到的化学反应有:水汽形成 CO 2+H 2=CO +H 2O,积碳2CO =C +CO 2,137兵 工 学 报第40卷图6 距枪管尾部150mm处不同寿命阶段內膛形貌Fig.6 Bore morphologies as a function of lifetime at150mm from breech 铁的氧化Fe+CO2=FeO+CO,形成渗碳体3Fe+2CO=Fe3C+CO2,硫化铁形成Fe+H2S=FeS+H2.按照这些化学反应,可推测高压火药气氛形成的腐蚀产物为Fe3C或FeO或二者都有㊂图9显示了两种基体裂纹形核形貌,二者并无太大差别㊂通过大量观察发现, 麻点”的分布有一些特237 第4期枪管基体组织对枪管寿命的影响图7 两种基体寿终枪管距尾部150mm 处和口部形貌Fig.7 Morphologies of two matrices at 150mm from breeches and muzzles of gun barrels图8 两种基体寿终枪管阳线内径沿轴向的变化Fig.8 Change of failure gun barrel land inner diametersalong axial direction of two matriecs点:1)从膛线起始至枪口, 麻点”密度逐渐减少,尺寸变小;2) 麻点”出现在镀层贯通裂纹的地方㊂基体裂纹形核后开始扩展,如图10所示㊂经大量观测发现,基体中扩展的裂纹有以下3个特征:1)从膛线起始位置至枪口,基体裂纹逐渐减少,深度变浅,膛线起始位置的主裂纹深可达350μm,主裂纹之间分布着大量次裂纹,深度小于60μm,枪口基体较深裂纹不超过15μm;2)向基体内部延伸的裂纹与镀层基体界面法线有一夹角,在7°~35°范围内;3)一些裂纹在镀层与基体界面扩展㊂图10中显示了两种基体的裂纹扩展形貌,二者并无太大差别㊂3 试验结果分析3.1 基体内表面塑性变形枪管寿命是指自动武器在丧失其要求的弹道性图9 基体裂纹形核形貌及EDS 能谱Fig.9 Crack nucleation morphology and EDS energyspectrum in matrix能之前所发射的枪弹总数[13],而枪管寿终一般是内径扩大所导致,因此枪管内径扩大速率关系到枪管寿命的长短㊂为了对比两种基体枪管内径扩大速率及程度,首先对比两种基体枪管内径㊂选择枪口附近区域(距枪尾983mm)寿前㊁寿终内径的变化进行比较,337兵 工 学 报第40卷图10 基体裂纹扩展形貌Fig.10 Crack propagation morphologies of two matrices HH基体和LH基体枪管寿前内径分别为12.67mm 和12.68mm,寿终内径分别为12.82mm和12.84mm,内径分别扩大了0.15mm和0.16mm,二者的内径扩大程度相差很小㊂寿终枪管的内径几乎一致,内径扩大程度也几乎一致㊂对二者枪管内径沿轴向全长比较,HH基体枪管内径寿前比LH基体枪管小,特别是膛线起始位置,二者内径分别为12.67mm和12.70mm,寿前内径对损伤速率影响的机制还未见报道,需要进一步深入研究㊂对比二者内表面形貌,对比结果显示枪管基体内表面发生了塑性变形㊂当两种基体枪管都寿终时,LH基体寿终枪管膛线起始附近区域(距离尾部150mm处)局部仍保留较厚的Cr层,口部Cr层虽有所减薄,但未裸露基体,而HH基体则显示较为严重的损伤(见图7),膛线起始区域已无Cr层,口部导转侧也裸露了基体㊂按此推理,HH基体寿终枪管内径应该大于LH基体枪管㊂但实测数据为二者内径尺寸相差很小(口部区域LH基体枪管内径略大,见图8)㊂由此可推知,LH基体枪管发生了塑性变形或者LH基体枪管的塑性变形大于HH基体枪管㊂LH基体700℃高温屈服强度(R P0.2)为(205±10)MPa,比HH基体((250±10)MPa)低约45MPa.冯国铜等[14]计算了和本文试验相同枪管(12.7mm机枪)的内表面温度,计算结果表明: 120发后,内表面温度为827℃,10ms后衰减到594℃;5.8mm步枪在150发后,内表面温度达740℃,然后瞬间减至460℃[15];12.7mm机枪最高平均膛压为300MPa.热压耦合后,内表面压强高于最高膛压,由此可知内表面压强高于基体的屈服强度,可推测HH基体和LH基体枪管内表面均发生了塑性变形,寿终枪管从内表面至深约0.65mm,基体发生了软化,这一软化区可能也是塑性变形区㊂李强等[16]通过计算得到,速射火炮枪管铬钢界面约0.467mm厚度的基体内发生了塑性变形,与本文试验结果非常接近,Underwood等[4,17-18]也发现在A723钢火炮枪管基体内表面发生了屈服㊂从以上分析可知,强度或硬度对损伤的速率有重要影响㊂二者枪管寿终内径相仿,而HH基体枪管寿命比LH基体枪管高约30%,由此可推知, HH基体枪管的损伤速率低于LH基体枪管㊂內膛形貌的比较也证实高硬度HH基体枪管的损伤速率低于低硬度LH基体枪管(见图6)㊂低屈服强度是基体内表面易于发生塑性变形的原因㊂3.2 基体裂纹形核与扩展影响因素由于Cr层具有抗烧蚀㊁耐磨损㊁摩擦系数低和制造成本低等优点,枪管內膛一般采用电镀Cr层对钢基体进行保护㊂但Cr层本身存在一些问题,例如,Cr层中不可避免地存在固有裂纹,在燃气冲蚀及热应力的作用下很快会转化为主裂纹,火药气体穿过主裂纹与基体产生作用,形成基体裂纹源,并不断扩展成基体裂纹㊂当Cr层主裂纹扩展至基体后,裂纹扩展有2种特征:1)向基体延伸;2)一些裂纹在镀层与基体界面扩展(见图10)㊂Wu等[7]用有限元方法模拟计算了镀层与基体界面间的应力分布,发现裂纹附近是界面正应力和切应力最高的位置,也是最易发生界面分离的位置,可见基体裂纹对Cr层的损伤会产生重要影响㊂Cr层与基体的热错配形成了界面剪切应力,该应力导致的界面剪切剥落是Cr层失效的主要机制[5,17]㊂大量的数据证明[6],枪管內膛一旦Cr层脱落,裸露的基体损伤速437 第4期枪管基体组织对枪管寿命的影响率急剧增加,因此Cr层损伤的轻重㊁快慢对枪管寿命有重要影响㊂Underwood等[4-5,17-18]研究结果表明,基体裂纹的产生与扩展是氢致开裂造成的,火药燃气中的氢气与基体中存在的应力共同作用,导致氢致开裂㊂Spencer等[19]研究发现:作为枪管钢,A723钢优于4340钢,原因是A723钢中含有V的碳化物,改善了氢脆敏感性㊂Cote等[20]认为基体开裂除与氢有关外,还与火药气体中的Co㊁CO2和H2S有关㊂Kimura[21]推出不同火药气体对基体腐蚀由强至弱的顺序为CO2>CO>H2O>H2>0>N2,认为N2为保护性气体,不对基体产生损伤,并依次开发出了低侵蚀㊁高含氮量㊁耐损性的发射药㊂总之,火药气体与基体作用,导致基体破坏㊂基体强度影响裂纹在其内部的扩展速率㊂张国祥等[22]研究表明,提高屈服强度的基体可降低界面裂纹的驱动力㊁延缓界面裂纹的扩展,得出界面剪切应力与硬度呈正比[23]㊂Yang等[10-11]研究表明,对于一定长度的裂纹,随着屈服强度以及杨氏模量的增加,其裂纹驱动力减小,而Underwood等[5]则认为基体强度越高,氢脆敏感性越强,因此强度不宜太高㊂3.3 基体对裂纹扩展的影响高温火药气体与基体作用导致裂纹形核与扩展,而裂纹在基体内扩展,需要穿过基体中密密麻麻的碳化物(见图10(b)),高温火药气体需 攻克”这些障碍才能继续扩展㊂在钢基体中,细小弥散的碳化物一般起到强化作用,因为细小碳化物与基体错配度较小,但随着碳化物的粗化,强化减弱,错配度增加㊂碳化物与基体界面处容易产生应力集中,产生裂纹㊂在高温火药气体作用下,裂纹与大颗粒碳化物交互作用,裂纹更易扩展㊂HH基体与LH基体碳化物形态对比发现,HH基体碳化物相对较为细小㊁弥散,而LH基体则相对粗大㊁偏聚(见图2和图3)㊂碳化物以间接的方式影响裂纹形核与扩展㊂碳化物起到强氢陷阱作用,通过控制基体内的氢分布及扩散行为;碳化物的形状及分布对高强度钢的氢脆敏感性有明显的影响,随着回火时间的增长,表观氢扩散系数均趋于增加,表明钢中陷阱密度的下降㊂基体组织均匀化有利于延缓氢致断裂[24],HH基体组织相对均匀,因此HH基体枪管有利于延缓氢致断裂㊂4 结论LH基体枪管损伤速率大于HH基体枪管,导致前者寿命较低㊂一方面是因为LH基体枪管内表面发生了较大的塑性变形;另一方面是因为HH基体基体碳化物分布较为细小㊁弥散,抑制裂纹形核扩展能力强于LH基体㊂致谢 中国兵器工业第208研究所乔自平博士㊁薛钧高级工程师等在枪管寿命射击试验上的帮助,中国科学院力学研究所张坤教授和钢铁研究总院杨春博士在枪管寿命机理分析上的帮助㊂参考文献(References)[1] LAWTON B.Thermo⁃chemical erosion in gun barrels[J].Wear,2001,251(1):827-838.[2] SOPOK S,RICKARD C,DUNN S.Thermal⁃chemical⁃mechanicalgun bore erosion of an advanced artillery system part one:theories and mechanisms[J].Wear,2005,258(1/2/3/4):671-683.[3] JOHNSTON I A.Understanding and predicting gun barrel erosion:DSTO⁃TR⁃1757[R].Edinburgh,South Australia,Australia: Weapons Systems Diviion,Defence Science and Technology Or⁃ganization,2005.[4] UNDERWOOD J H,PARKER A P,COTE P J,et pres⁃sive thermal yielding leading to hydrogen cracking in a fired can⁃non[J].Journal of Pressure Vessel Technology,1998,121(1): 116-120.[5] UNDERWOOD J H,PARKER A P,VIGILANTE G N,et al.Thermal damage,cracking and rapid erosion of cannon bore coat⁃ings[J].Journal of Pressure Vessel Technology,2003,125(3): 299-304.[6] UNDERWOOD J H,VIGILANTE G N,MULLIGAN C P.Reviewof thermo⁃mechanical cracking and wear mechanisms in large cali⁃ber guns[J].Wear,2007,263(7):1616-1621. [7] WU C W,CHEN G N,ZHANG K,et al.The effect of periodicsegmentation cracks on the interfacial debonding:study on interfa⁃cial stresses[J].Surface&Coatings Technology,2006,201(1): 287-291.[8] VIGILANTE G N,TAUSCHER S,UNDERWOOD J H,et al.Hydrogen⁃induced cracking test of high⁃strength steels and Nickel⁃Iron base alloys using the bolt⁃loaded specimen:ARCCB⁃TR⁃97008[R].Watervliet,NY,US:US Army Armament Research, Development and Engineering Center,1997.[9] TROIANO E,PARKER A P,UNDERWOOD J H.Mechanismsand modeling comparing HB7and A723high strength pressure ves⁃sel steels[J].Journal of Pressure Vessel Technology,2004, 126(11):473-477.[10] YANG B Q,ZHANG K,CHEN G N,et al.A quantitativeanalysis of the effect of laser transformation hardening on crackdriving force in steels[J].Surface&Coatings Technology,537兵 工 学 报第40卷2006,201(6):2208-2216.[11] YANG B Q,ZHANG K,CHEN G N,et al.Effect of a laser pre⁃quenched steel substrate surface on the crack driving force in acoating⁃steel substrate system[J].Acta Materialia,2007,55(13):4349-4358.[12] 乔自平,李峻松,薛钧.大口径机枪枪管失效规律研究[J].兵工学报,2015,36(12):2231-2240.QIAO Z P,LI J S,XUE J.Research on the performance decayrule of large caliber machinegun barrel[J].Acta Armamentarii,2015,36(12):2231-2240.(in Chinese)[13] 游首先,丁志洪,王立,等.兵器工业科学技术辞典[M].北京:国防工业出版社,1998:5-56.YOU S X,DING Z H,WANG L,et al.Dictionary ofordnanceindustry science and technology[M].Beijing:National DefenseIndustry Press,1998:5-56.(in Chinese)[14] 冯国铜,周克栋,赫雷,等.连续射击下的枪管瞬态传热模型[J].弹道学报,2016,28(4):75-79.FENG G T,ZHOU K D,HE L,et al.Transient heat transfermodel of gun barrel under successive firing[J].Journal of Ballis⁃tics,2016,28(4):75-79.(in Chinese)[15] 冯国铜,周克栋,赫雷,等.复杂射击规范下枪管温度场数值分析与试验研究[J].北京理工大学学报,2017,37(10):1003-1008.FENG G T,ZHOU K D,HE L,et al.Numberial analysis andexperimental study of gun barrel’s temperature under complicatedfiring regulations[J].Transactions of Beijing Institute of Tech⁃nology,2017,37(10):1003-1008.(in Chinese) [16] 李强,李鹏辉,胡明,等.速射火炮身管冲击载荷下内膛塑性变形分析[J].中北大学学报(自然科学版),2011,32(5):550-555.LI Q,LI P H,HU M,et al.Plastic deformation analysis of rapid⁃firing gun barrel under impact load[J].Journal of North Univer⁃sity of Chian(Natural Science Edition),2011,32(5):550-555.(in Chinese)[17] UNDERWOOD J H,TROIANO E.Critical fracture processes inarmy cannons:a review[J].Journal of Pressure Vessel Techno⁃logy,2003,125(3):287-292.[18] UNDERWOOD J H,VIGILANTE G N,MULLIGAN C P,et al.Thermomechanically controlled erosion in army cannons:a review[J].Journal of Pressure Vessel Technology,2006,128(2):168-172.[19] SPENCER G L,DUQUETTE D J.Role of vanadium carbidetraps in reducing the hydrogen embrittlement susceptibility of highstrength alloy steels:ARCCB⁃TR⁃98016[R].Watervliet,NY,US:Benet Laboratories,US Army Armament Research,Develop⁃ment and Engineering Center,1998.[20] COTE P J,RICKARD C.Gas⁃metal reaction products in the ero⁃sion of chromium⁃plated gun bores[J].Wear,2000,241(1):17-25.[21] KIMURA J.Hydrogen gas erosion of high⁃energy LOVA propel⁃lants[C]∥Proceedings of the16th International Symposium onBallistics.San Francisco,CA,US:International Ballistic Socie⁃ty,1996.[22] 张国祥,陈光南,张坤,等.激光离散预处理基体镀铬身管延寿的力学机理研究[J].兵工学报,2006,27(6):978-983.ZHANG G X,CHEN G N,ZHANG K,et al.The mechanicalmechanism study on prolonging life of chromium⁃plated gun borethrough laser discrete pretreatment[J].Acta Armamentarii,2006,27(6):978-983.(in Chinese)[23] 张国祥,陈光南,张坤,等.基体激光淬火对镀铬层界面剪切强度的影响[J].中国表面工程,2006,19(6):25-28.ZHANG G X,CHEN G N,ZHANG K,et al.Effect of laser⁃quenched substrate on interfacial shear strength ofchromium plat⁃ed coatings[J].China Surface Engineering,2006,19(6):25-28.(in Chinese)[24] BHADESHIA H K D H.Prevention of hydrogen embrittlement insteels[J].ISIJ International,2016,56(1):24-36.637。
