Результат интеллектуальной деятельности: СТАЛЬ ДЛЯ ЗВЕНЬЕВ ПАТРОННОЙ ЛЕНТЫ

Изобретение относится к сплавам черных металлов, а более конкретно к легированным сталям, содержащим хром с бором, которые предназначены для изготовления штамповкой из полосы звеньев патронной ленты, в частности, под набивку малокалиберных артиллерийских патронов для автоматической стрельбы.

Уровень данной области техники характеризует легированная сталь 50 по ГОСТ 1050-88, содержащая (мас.%): углерод (0,47-0,55), кремний (0,17-0,37), марганец (0,50-0,80) и железо остальное, из которой прокаткой получают листовые заготовки для изготовления изделий пластической деформацией.

Недостатком указанной легированной стали является структурная и химическая неоднородность, ограничивающие автоматизацию упрочняющей термообработки изделий в закалочных агрегатах конвейерного типа, используемых в серийном производстве боеприпасов, потому что при этом технологически не обеспечивается повторяемость заданных механических свойств.

Отмеченный недостаток устранен в легированной стали 50РА (по ТУ 14-1-2687-79), из которой изготавливают штамповкой звенья патронной ленты стрелкового оружия, содержащей (мас.%): углерод (0,49-0,55), кремний (0,17-0,37), марганец (0,50-0,80), хром (0,10-0,30), бор (0,001-0,0045) и железо - остальное, которая по назначению и числу совпадающих признаков выбрана в качестве наиболее близкого аналога.

Хром является основной легирующей добавкой, способствующей улучшению механических и эксплуатационных свойств звеньев, изготовленных из этой стали, а введение бора улучшает ее технологичность, повышая устойчивость аустенита при закалке в проходных автоматах.

Диапазон содержания в стали углерода ограничен уровнем пластичности звеньев патронной ленты при эксплуатации, обеспечивающей на верхнем пределе заданное усилие разрушения (не менее 950 кг), а на нижнем - растягивающее усилие 500 кг.

При содержании кремния выше 0,37 мас.% снижается пластичность стали в отожженном состоянии, что на операциях гибки профиля звеньев служит причиной трещинообразования, то есть брака.

Уменьшение содержания кремния менее 0,17 мас.% приводит к снижению твердости звеньев патронной ленты после закалки и отпуска.

Уменьшение доли марганца менее 0,50 мас.% повышает критическую скорость закалки, что снижает твердость звеньев.

Повышение содержания марганца более 0,30 мас.% приводит к росту зерна в стали, снижая эксплуатационные характеристики готовых звеньев.

Верхний предел диапазона содержания в стали хрома ограничен ценой, так как при введении в состав хрома больше 0,30 мас.% эксплуатационные свойства звеньев не улучшаются.

При содержании в стали хрома менее 0,10 мас.% не обеспечивается заданный уровень закаливаемости.

Содержания бора выше 0,0045 мас.% ухудшает технологичность стали: при прокатке недостаточная ее пластичность в горячем состоянии может привести к структурным разрушениям в листовом материале, при этом устойчивость аустенита при закалке не повышается.

При содержании в стали бора менее 0,001 мас.% снижается твердость звена после закалки из-за потери устойчивости аустенита стали при термообработке.

Массовое соотношение компонентов известной стали оптимизировано для гарантированного получения требуемых механических и эксплуатационных свойств звеньев патронной ленты стрелковых боеприпасов.

Однако, при закалке звеньев ленты для малокалиберных артиллерийских патронов из известной стали не обеспечивается повышенный уровень твердости, растягивающих усилий и усилий разрушения материала звеньев для надежного функционирования автоматических артиллерийских пушек с динамической пошаговой подачей ленты.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение технологических возможностей за счет повышения закаливаемости стали при улучшении механических и эксплуатационных свойств звеньев патронной ленты, изготовленных из нее.

Требуемый технический результат достигается тем, что известная легированная сталь для звеньев патронной ленты, включающая железо, углерод, кремний, марганец, хром и бор, согласно изобретению, дополнительно содержит алюминий и титан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Отличительные признаки позволили повысить механические и эксплуатационные свойства известной стали, адаптировав изготовленные из нее звенья к большим циклическим импульсным нагрузкам растяжения, возникающим при подаче патронной ленты с артиллерийскими боеприпасами в автоматике пушки.

Количественное соотношение компонентов стали было оптимизировано расчетным путем по математической модели планирования эксперимента и проверено натурными испытаниями звеньев, изготовленных на стали различного количественного состава в контрольных плавках.

Содержание в стали алюминия меньше 0,05 мас.% недостаточно для необходимого измельчения зерна, поэтому достигаемые термообработкой растягивающее усилие и усилие разрушения звена ниже заданного уровня.

При содержании алюминия выше 0,15 мас.% образуются твердые соединения типа Al₂O₃, которые не деформируются при прокатке стали, в результате чего ее поверхность не соответствует нормативным требованиям.

При содержании титана менее 0,02 мас.% неполностью связывается азот в жидкой стали, при этом бор переводится в нитриды, результатом чего является снижение закаливаемости стали и, следовательно, недостаточная твердость звена.

Содержание в стали титана более 0,10 мас.% приводит к образований значительного количества труднодеформируемых карбидов титана, снижающих качество прокатки листовой заготовки звеньев.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть при решении поставленной в изобретении задачи получен эффект суммы, а не сумма эффектов признаков.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по боеприпасам, показал, что оно не известно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления звеньев патронной ленты можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.

Показателями оценки качества звеньев для патронной ленты являются твердость звена после закалки (HRC), растягивающее усилие и усилие разрушения (кг), установленные по чертежу соответственно: 55, 500 и 950.

Для экспериментального исследования служебных характеристик звеньев патронной ленты, изготовленных из предложенной стали различных количественных составов, были изготовлены опытные плавки с разным содержанием компонентов состава в пределах заявленных диапазонов, граничных значений и за установленными границами диапазонов долевой массы в стали.

Из опытных составов по штатной технологии были изготовлены звенья ленты для 30-мм артиллерийских патронов, которые проверяли на соответствие требованиям чертежа по механике и натурно испытали в автоматике пушки.

Результаты исследований характерных составов стали приведены в таблице.

Образец N6 - прототип

Как видно из таблицы, эксперименты полностью подтвердили заявленную сущность изобретения.

Предложенное усовершенствование стали рекомендовано для практического использования в отрасли.

Из полосы предложенной стали в автомате пространственной гибки профиля звеньев патронной ленты с грейферным перекладчиком были изготовлены опытные партии для натурных испытаний в артиллерийских системах с автоматической подачей патронов калибром 23, 30 и 45 мм.

Пространственный профиль звеньев по геометрии и качеству поверхности, а также их физико-механические характеристики соответствуют требованиям чертежа и условиям эксплуатации.

Механических повреждений звеньев, нарушений сплошности материала и отклонений от первоначального профиля звеньев после трехкратной подачи патронной ленты в автоматике пушки не обнаружено, что свидетельствует о высоком качестве звеньев, промышленно изготовленных из предложенной стали, которые пригодны для эксплуатации в условиях динамического нагружения автоматики высокоскоростных артиллерийских систем.