Результат интеллектуальной деятельности: Способ оценки ресурса стальных корпусов артиллерийских снарядов

Изобретение относится к артиллерийским боеприпасам и может быть использовано при оценке ресурса стальных корпусов снарядов после длительных сроков хранения.

В процессе хранения металл снаряда подвергается деформационному старению или деструкции (действующие напряжения, температурные изменения, время), что на начальном этапе приводит к возрастанию плотности дислокаций, затем к образованию пор и далее к разрушению.

В настоящее время при продлении сроков эксплуатации снарядов с истекшими сроками хранения по отдельным методикам проводят оценку состояния металла корпусов снарядов. При этом случайной выборкой отбирают до 10% снарядов, их разбирают, проводят дефектоскопирование корпусов, как правило, магнитопорошковым методом, на предмет обнаружения трещин. Измеряют твердость металла, как правило, в области центрирующих уплотнений (ЦУ). Из группы корпусов с максимальным значением твердости вырезают стандартные образцы для механических испытаний, проводят испытания этих образцов. И на основании данных испытаний принимают решение о продлении сроков эксплуатации всей партии снарядов.

Недостатком такой методики является низкая достоверность результатов, на основании которых принимается решение о продлении сроков эксплуатации снарядов. Так как, на испытания отбирают изделия случайным образом без учета их фактического состояния. Твердость металла не является показателем, определяющим деструкционное состояние металла. Твердость металла коррелирует только с пределом прочности стали. При протекании деструкции предел прочности стали не меняется.

Измерения в области ЦУ малоинформативны, так как эта зона снаряда минимально нагруженная.

Для повышения оценки состояния стальных изделий применяют неразрушающие методы контроля, которые позволяют выявить зоны металла с пониженными свойствами.

Проведенные автором расчеты и эксперименты показывают, что рост коэрцитивной силы (на измерении коэрцитивной силы построен один из магнитных методов неразрушающего контроля) в корпусе стального снаряда будет свидетельствовать о протекании в последнем различных деструкционных процессов, которые могут привести металл к потере физико-механических свойств. Известно, что превышение уровня деструкции на определенную величину приведет к необратимым процессам в металле корпуса и, недопустимо для его применения по назначению.

Известен способ определения остаточного ресурса трубопровода (патент РФ №2194967), в соответствии с которым для определения остаточного ресурса стального трубопровода на трубопроводе выявляют места с максимальным значением коэрцитивной силы и в этой зоне с помощью переносного твердомера выполняют пластическое деформирование металла. После чего, на основании этих исследований определяют относительное удлинение металла.

Применение этого способа для оценки состояния партии снарядов невозможно, так как при его использовании возможно определять состояние металла только в случае, если он не был подвергнут пластической деформации или процессу образования микротрещин в процессе старения. Кроме того, испытания в соответствии с этим способом не позволяют определять другие технические характеристики металла, такие как: предел текучести металла, ударную вязкость, относительное сужение. А для продления срока эксплуатации снарядов необходимо знание именно этих характеристик.

Экспериментально установлено, что при пластической деформации стали (начало диапазона появления деструкционных процессов в сталях) коэрцитивная сила в стали существенно возрастает. На фиг. 1 показана часть стального образца, вырезанного из корпуса снаряда, после его нагружения на разрывной машине. По длине этого образца, в отмеченных точках (точки 1-11), с помощью коэрцитиметра ИКМ-02Ц проведены измерения коэрцитивной силы H_c. Данные этих измерений приведены в таблице фиг. 2.

Фиг. 1. Стальной образец после разрушения: 1-11 - зоны измерения H_c; 1 - место разрушения образца; ширина образца в зоне 11 составляет 10 мм; толщина образца 6 мм. Фиг. 2. Таблица.

Как видно из таблицы, H_c в «рабочей части» образца (зоны 1-7) изменяется от 81 (рядом с зоной разрушения и локализацией деформации - зона 1) до 37 (зона 7). В этих зонах (1-7) степень деформации различна и максимальна в месте разрушения (зона И). В зонах образца устанавливаемых в захваты разрывной машины Н_с изменяется в пределах от 26 до 32 единиц. В образце до разрушения величина Н_с в «рабочей части» составляла 30-31 единицу. Исследования микроструктуры образца в различных областях показали, что уже в зоне 7 в металле наблюдаются отдельные поры и микротрещины. Состояние металла, соответствующее зоне 7, невозможно вернуть к исходному путем термообработки. Это состояние сопровождается приростом коэрцитивной силы более чем на 20%, по сравнению с исходным. Приведенные данные и отмеченные закономерности подтверждены многочисленными экспериментами на всех ферромагнитных сталях.

Эти результаты положены в основу предлагаемого неразрушающего контроля механических свойств металла партии корпусов однотипных снарядов после длительных сроков их хранения. А именно, предлагается по значениям коэрцитивной силы в корпусе стального снаряда оценивать степень деструкции металла, и, далее, по данным разрушающих испытаний определять фактические механические свойства металла корпуса с полученным значением коэрцитивной силы, учитывая, что чем выше значение коэрцитивной силы стали, тем степень ее деструкции выше.

Установить исходное значение коэрцитивной силы в корпусе исследуемого снаряда, для сравнения с измеренным в настоящее время, невозможно.

В связи с этим в настоящем изобретении предлагается оценивать фактические свойства партии однотипных корпусов путем вырезки образцов из корпусов с максимальными значениями коэрцитивной силы и проведении на них измерений механических свойств по действующим стандартам. При этом корпуса со значением коэрцитивной силы больше или равным значению в корпусе со свойствами несоответствующими требованиям отбраковывают. Экономически и технологически это обосновано, так как предлагаемый способ будет применяться к партии однотипных снарядов (в партии несколько тысяч снарядов) и разрушающие испытания, максимум на трех снарядах, составляют незначительные затраты.

Предлагаемый способ оценки ресурса стальных корпусов артиллерийских снарядов заключается в том, что при решении вопроса о продлении сроков эксплуатации партии снарядов с истекшими сроками хранения проводят оценку соответствия механических свойств металла корпусов снарядов, заданному чертежом уровню. Для этого на всех корпусах снарядов, без их разборки, в непосредственной близости к ведущему пояску на корпусе, производят измерение коэрцитивной силы. Измерение выполняют путем сканирования зоны корпуса вдоль всего пояска, причем с обеих сторон пояска. Измерения выполняют стандартными приборами для измерения коэрцитивной силы, например, прибором МС-10. Зона снаряда в непосредственной близости к месту крепления ведущего пояска снаряда является максимально напряженной на всем корпусе снаряда. А, как известно, максимально быстро процессы деструкции проходят в местах с максимальными напряжениями. Поэтому изменение механических свойств металла снаряда будет проходить максимально быстро именно в зонах непосредственно, примыкающих к месту крепления ведущих поясков. Расчетом на основании данных измерений на каждом корпусе определяется среднее значение коэрцитивной силы в корпусах для всей партии. Снаряды, на корпусах которых коэрцитивная сила более чем на 20% превышает среднее значение в партии, отбраковывают. Превышение коэрцитивной силы более чем на 20% свидетельствует, что в этих корпусах деструкция уже имеет недопустимое состояние (см. данные на фиг. 1 и в таблице фиг. 2). Из оставшихся проконтролированных снарядов отбирают не менее десяти процентов от партии с наибольшими значениями коэрцитивной силы. Объем выборки в 10% обусловлен необходимостью подтверждения идентичности состояния металла корпусов во всей партии изделий. Из выборки, снаряд с максимальным значением коэрцитивной силы разбирают. Из корпуса этого снаряда из зоны крепления ведущего пояска вырезают образцы для механических испытаний. Испытания проводят по стандартным методикам. На основании этих испытаний оценивают механические свойства металла корпуса. При соответствии этих свойств заданному чертежом уровню принимают решение о продлении сроков эксплуатации партии изделий. При отклонении этих свойств от заданного чертежом уровня, отбирают, как минимум, два снаряда с уровнем коэрцитивной силы не менее чем на 10% меньше, чем у уже испытанного, что составляет примерно середину диапазона изменения коэрцитивной силы до наступления недопустимой деструкции (рост примерно на 20%, см. таблицу, фиг. 2). По той же методике оценивают механические свойства металла этих двух корпусов. При соответствии механических свойств металла этих корпусов заданному уровню принимают решение о продлении сроков эксплуатации партии изделий. Снаряды, в корпусах которых коэрцитивная сила больше чем у последнего испытанного с положительными свойствами, изымают из партии. При получении отрицательных результатов испытаний продление сроков эксплуатации на партию этих снарядов не проводят.