Введение к работе
Актуальность проблемы. Со второй половины 20-го века в связи с широким распространением средств индивидуальной защиты, в первую очередь бронежилетов, наиболее остро встает вопрос поражения защищенных целей. В этой связи повышается актуальность разработки бронебойных пуль, позволяющих поражать противника, защищенного бронежилетом и другими индивидуальными средствами защиты. Пробитие индивидуальных средств защиты, как правило, производится сердечником пули, при этом сердечник должен иметь достаточную энергию для поражения и не деформироваться при попадании в защитные элементы бронежилета. Для этого наиболее оптимальным материалом сердечника пули (далее ударник) с точки зрения благоприятного сочетания свойств, таких как прочность, твердость, удельный вес, является вольфрамосодержащий твердый сплав с содержанием кобальта 6…8 % по массе.
Для повышения бронебойного действия пуль требуется оптимизация геометрии твердосплавного ударника и улучшение физико-механических характеристик его материала, достичь которые можно созданием соответствующей геометрии ударника, новых материалов и совершенствованием технологии их изготовления.
Связь работы с научными программами
Работа выполнялась в рамках НИОКР «Разработка твердосплавного ударника повышенного бронебойного действия, шифр 7Н39» и в соответствии с план-графиком совместных работ ООО «ТехКомплект» (г. Комсомольск-на-Амуре) и ФГУП «ЦНИИТОЧМАШ» (г. Климовск).
Целью работы является повышение тактико-технических характеристик ударника за счет оптимизации его конструкции, структуры и свойств материала, а также технологии его изготовления.
В рамках поставленной цели были определены следующие задачи:
разработка материала твердосплавного ударника с высокими физико-механическими свойствами;
разработка технологии получения материала твердосплавного ударника и отработка оптимальных технологических параметров;
исследование химического и фазового состава твердосплавного ударника до и после проникновения в броневую сталь, а также взаимосвязь микромеханизмов их деформирования и разрушения;
исследование механизмов пробития брони с целью совершенствования конструкции твердосплавного ударника, способного реализовать менее энергоемкий механизм разрушения;
разработка и оптимизация технологических режимов и параметров изготовления самого ударника;
внедрение результатов исследований в производство.
Для решения поставленных задач применены современные методы исследования: сканирующая электронная микроскопия, метод низкотемпературной адсорбции газа, термогравиметрический анализ и стандартизированные механические испытания.
Достоверность и обоснованность выводов и рекомендаций, представленных в данной работе, обеспечиваетсяприменением современных методов исследования структуры и свойств материалов, использованием методик и оборудования, аттестованных государственной и международной службами стандартизации и метрологии. Научные положения, сформулированные в настоящей работе, подтверждаются результатами экспериментальных работ, а также полигонными испытаниями ударников с высокими функциональными свойствами.
Научная новизна работы:
-
Создана методология формирования оптимальной структуры твердого сплава в зависимости от требуемых физико-механических свойств ударника, заключающаяся во введении дополнительной технологической операции обеспечивающей механоактивацию смеси для создания однородной, мелкозернистой и трещиностойкой структуры.
-
Установлено влияние режимов механоактивации на структуру и физико-механические свойства твердосплавного материала ударника, что позволило выявить оптимальные режимы механоактивации, обеспечивающие повышенные функциональные свойства ударника.
-
Установлены микромеханизмы разрушения контактных поверхностей твердосплавного ударника в зависимости от химического и фазового состава брони.
-
Сформированы новые представления о механизмах взаимодействия твердосплавных ударников с броневыми сталями.
Практическая значимость работы:
-
Определены оптимальные режимы механоактивации, обеспечивающие высокую ударную вязкость материала.
-
Создан материал для твердосплавного ударника с высокими техническими характеристиками, разработана технология его изготовления.
-
Разработан программный комплекс, позволяющий моделировать и прогнозировать поведение различных твердосплавных материалов при высокоскоростном взаимодействии ударника с броней.
-
Разработан материал, конструкция и технология получения материала ударника для проникновения в броню при высоких скоростях соударения, а также усовершенствована технология изготовления ударника.
-
Разработаны основные конструктивные и эксплуатационные показатели эффективного ударника.
-
Разработан новый бронебойный патрон калибра 5,45-мм, индекс 7Н39. В нем использован ударник, изготовленный по разработанной технологии с усовершенствованным материалом. Патрон по тактико-техническим характеристикам превосходит аналоги, имеющиеся в РФ и за рубежом. Результаты работы внедрены в действующее производство.
Положения, выносимые на защиту:
- структура, химический и фазовый состав твердосплавного материала марки ВК8, полученного при различных режимах механоактивации;
- результаты оптимизации физико-механических свойств твердосплавного материала и геометрии (формы) ударника в зависимости от требуемых условий пробития высокопрочных стальных преград (брони);
- технология изготовления ударника с повышенными функциональными свойствами;
- конструкция твердосплавного ударника.
Апробация работы
Апробация результатов работы положительно оценена в ходе выполненного комплекса полных государственных испытаний бронебойного патрона, имеющего в своем составе ударник из твердосплавного материала.
Материалы диссертационной работы представлены на следующих научных мероприятиях: VII всероссийская конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (Томск, 2011); Международная научно-техническая конференция «Инновационные материалы и технологии: достижения, проблемы, решения» (Комсомольск-на-Амуре, 2013).
Публикации. Материалы исследований опубликованы в 14 печатных работах, в том числе 3 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 3 материалах конференций и 8 патентах РФ.
Личный вклад автора состоит в анализе литературных данных по теме исследования, проведении экспериментов, обсуждении полученных результатов, написании статей, докладов и заявок на патенты. Часть экспериментальных данных получены при участии сотрудников ФГБОУ ВПО Комсомольского на Амуре государственного технического университета, ФГБОУ ВПО Ростовского государственного университета путей сообщения, НИИ ПММ Томского государственного университета, ФГУП «ЦНИИТОЧМАШ» и ООО «ТехКомплект».
Структура и объем диссертации.
