Wenn es um Artillerie geht, denken die Menschen meist zuerst an Reichweite und Zerstörungskraft. Dennoch denken nur wenige darüber nach: Wie hält dieser schlanke Lauf Temperaturen von Tausenden von Grad und Drücken von Hunderten von Megapascal stand, während er Schuss für Schuss abfeuert?
Die Antwort liegt in einem einzigen Konzept: dem Material des Waffenlaufs.
Die neue Artillerie der Volksbefreiungsarmee führt Extremangriffsübungen auf einem Plateau in 4.400 Metern Höhe durch (Foto)|China_Sina Military_Sina.com
Die Feuerrate, Reichweite und Lebensdauer eines Artilleriegeschützes hängen weitgehend von der für seinen Lauf verwendeten Stahlsorte ab.
I. Vom Holz zum Waffenstahl: Die Entwicklung des Laufs
Artillerie gibt es seit der Ming-Dynastie, aber die ersten Läufe bestanden aus Holz und nicht aus Stahl.
Sie haben gelesen, dass die frühen Fässer aus Holz waren.- Natürlich fehlte dem damaligen Schießpulver die Sprengkraft, sodass Holz kaum mithalten konnte. Als das Schießpulver immer leistungsfähiger wurde, erwies sich Holz als unzureichend, was dazu führte, dass man auf Gusseisen umstieg. Gusseisen war billig, aber spröde, sodass ein häufiges Risiko bestand, dass der Lauf platzte. Später wurde Bronze verwendet; Obwohl es eine gute Zähigkeit bot, war es zu weich, was bedeutete, dass sich die Läufe bereits nach wenigen Schüssen abnutzten.
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Erst in der Neuzeit, mit der Weiterentwicklung der Stahlherstellungstechnologie, kam schließlich spezieller Waffenstahl zum Einsatz.
Der Übergang von Holz zu Waffenstahl bedeutet Jahrhunderte des Versuchs und Irrtums. Der heutige Waffenstahl ist eine Speziallegierung, die speziell für die Artillerie entwickelt wurde.
II. Was passiert im Fass?
Um zu verstehen, was Waffenstahl so besonders macht, müssen wir uns zunächst die Bedingungen im Lauf ansehen.
Sobald eine Granate abgefeuert wird, erzeugt das brennende Schießpulver Temperaturen von über 3.000 Grad und Drücke von über 300 Megapascal (MPa). Was bedeutet das praktisch? 300 MPa entsprechen einer Last von 3 Tonnen pro Quadratzentimeter.
Noch beängstigender ist die Tatsache, dass dies alles innerhalb weniger Tausendstelsekunden geschieht.
Gewöhnlicher Stahl würde unter solchen Bedingungen schmelzen, sich verformen oder völlig zerbrechen. Waffenstahl muss jedoch sowohl bei Umgebungstemperaturen als auch bei erhöhten Temperaturen (300 bis 450 Grad) eine ausreichende Festigkeit beibehalten, ohne dass es zu bleibenden Verformungen kommt. III. Sechs Schlüsselkennzahlen für Waffenstahl
Welche besonderen Anforderungen muss Waffenstahl erfüllen? Sie lassen sich in sechs Punkten zusammenfassen:
Erstens: ausreichende Festigkeit. Es muss nicht nur bei Raumtemperatur, sondern auch bei Zwischentemperaturen zwischen 300 und 450 Grad stabil bleiben. Treibgase können den Waffenlauf schlagartig auf Hunderte oder sogar über Tausend Grad Celsius erhitzen; Eine unzureichende Festigkeit würde zum sofortigen Versagen führen.
Zweitens gute Zähigkeit. Die Zähigkeit muss nicht nur bei Raumtemperatur, sondern auch bei niedrigen Temperaturen von bis zu -40 Grad den Standards entsprechen. Andernfalls könnte es beim Abfeuern der Waffe im Winter dazu kommen, dass der Lauf bei relativ geringer Belastung bricht.
Drittens Verschleiß- und Ablationsbeständigkeit. Treibgase sind chemisch stark korrosiv und die Hochgeschwindigkeitsreibung zwischen dem Projektil und der Bohrungswand führt dazu, dass das Innere des Laufs ständig „geschabt und verbrannt“ wird.
Viertens hohe Anlasstemperatur. Die Anlasstemperatur für Waffenstahl muss 500 Grad überschreiten, um die inneren Spannungen im Lauf vollständig abzubauen und einen verzögerten Ausfall zu verhindern.
Fünftens: gute Herstellbarkeit. Bei der Produktion von Waffenstahl geht es nicht nur darum, ein einzelnes Stück im Labor herzustellen; es erfordert stabile, großtechnische-Fertigungsmöglichkeiten.
Sechstens, unabhängige Massenproduktion. Das versteht sich von selbst.-In kritischen Momenten können Sie sich nicht auf die Versorgung durch andere verlassen.
Die ersten vier Punkte stellen die Basislinie für die Leistung dar, der fünfte ist eine wirtschaftliche Überlegung und der sechste ist eine Basislinie für die Sicherheit.
IV. Welche „Zutaten“ sind in Waffenstahl enthalten?
Moderner Waffenstahl basiert überwiegend auf dem Legierungssystem Nickel-Chrom-Molybdän-Vanadium (Ni-Cr-Mo-V). Einfach ausgedrückt werden dem Stahl Legierungselemente wie Nickel, Chrom, Molybdän und Vanadium zugesetzt, wodurch gewöhnlicher Stahl in ein hochwertiges Material umgewandelt wird.
Kohlenstoff: Mit einem Gehalt zwischen 0,25 % und 0,60 % fällt er in die Kategorie der Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt. Ein höherer Kohlenstoffgehalt erleichtert die Härtung des Stahls durch Abschrecken, was zu einer höheren Festigkeit und Verschleißfestigkeit führt.
Nickel: Ein strategisches Material, das in meinem Land relativ knapp ist. Nickel verbessert die Schlagzähigkeit und Härtbarkeit von Waffenstahl erheblich; Im Allgemeinen führt ein höherer Nickelgehalt zu einer besseren Leistung. Daher wird der Nickelgehalt in den Sortenbezeichnungen von Waffenstahl explizit hervorgehoben-zum Beispiel PCrNi1MoV und PCrNi3MoV.
Chrom: Verbessert die Härtbarkeit und Festigkeit und sorgt gleichzeitig für eine gewisse Ablationsbeständigkeit. Gewöhnlicher legierter 40Cr-Stahl weist bereits hervorragende Eigenschaften auf, und auch im Waffenstahl spielt Chrom eine zentrale Rolle. Molybdän: Bekämpft speziell die Sprödigkeit des Anlasses. Bei Waffenstahl ist ein ausreichender Molybdängehalt unerlässlich.
Vanadium: Ein Modifikator, der die Festigkeit und Stabilität erhöht und gleichzeitig die Korngröße verfeinert. Bei der Produktion der Flugabwehrkanone Typ 57 nutzten chinesische Ingenieure auf kreative Weise Vanadium, um den Nickelverbrauch zu senken, und entwickelten die PCrNi1MoV-Legierung-, wodurch nachgiebiger Waffenstahl hergestellt wurde und gleichzeitig weniger strategische Materialien verwendet wurden.
V. Drei „Mörder“, die im Stahl verborgen sind
Die Feinde des Waffenstahls existieren nicht nur äußerlich-in Form von Treibgasen mit hoher-Temperatur und hohem-Druck-, sondern auch im Inneren. Im Stahl lauern drei schädliche Elemente; Schon das kleinste Versehen kann dazu führen, dass ein Gewehrlauf unbrauchbar wird.
Wasserstoff: Der Killer Nummer eins. Wasserstoff bildet im Stahl eine interstitielle feste Lösung; Sobald seine Konzentration die Löslichkeitsgrenze überschreitet, diffundiert es in mikroskopisch kleine Hohlräume in der Metallstruktur. Unter Belastung führt dies zu einem transkristallinen Sprödbruch-ein Phänomen, das als „Wasserstoffversprödung“ bekannt ist.
Wie verheerend ist die Wasserstoffversprödung? Auf dem Längsquerschnitt-des Stahls erscheinen elliptische, silbrig-graue „weiße Flecken“, während auf dem Querquerschnitt-Ansammlungen feiner Risse entstehen, die die Stahlmatrix effektiv zerstören. Die Plastizitätsmetriken sinken, und in schweren Fällen geht die Flächenverringerung gegen Null. Ein Gewehrlauf in diesem Zustand kann beim Abfeuern explodieren.
Die gute Nachricht ist, dass die Wasserstofflöslichkeit in Stahl mit sinkender Temperatur abnimmt; Durch kontrolliertes langsames Abkühlen kann Wasserstoff effektiv entfernt werden.
Phosphor: Verursacht Kältesprödigkeit. Wenn geschmolzener Stahl erstarrt, löst sich Phosphor nur in der -Fe-Phase; Wenn die Temperatur sinkt, fällt überschüssiger Phosphor als Fe₃P aus, wodurch die Plastizität und Zähigkeit deutlich verringert wird.
Schwefel: Verursacht Hitzesprödigkeit. Schwefel liegt in Stahl als FeS oder MnS vor; Wenn Schmiedestücke auf 1150 bis 1250 Grad erhitzt werden, schmilzt FeS an den Korngrenzen, was dazu führt, dass das Metall sofort reißt.
VI. Gun Steel hat einen „Ausweis“
Mein Land hat klare Standards für Waffenstahl. Der ältere Standard ist YB475-93 (ein Standard des Ministeriums für metallurgische Industrie), der Stahl basierend auf der chemischen Zusammensetzung in zehn Qualitäten einteilt. Der aktuelle Standard ist GJB 1220A-2008 (ein nationaler Militärstandard).
Für jedes Waffenrohr sind die spezifische Stahlsorte, die chemische Zusammensetzung und die Leistungsmerkmale vollständig dokumentiert und nachvollziehbar. Dies kann nicht einfach durch die Verwendung irgendeines hochwertigen-Qualitätsstahls erreicht werden.
VII. Die Entstehung eines Gewehrlaufs ist weitaus komplexer, als Sie sich vorstellen können.
Die Umwandlung von Waffenstahl vom Roherz in ein fertiges Produkt erfordert eine Reihe von Prozessen, darunter Schmelzen, Schmieden, Wärmebehandlung und Bearbeitung. Ein kleiner Fehler zu irgendeinem Zeitpunkt könnte dazu führen, dass der gesamte Lauf unbrauchbar wird.
Ein qualifizierter Waffenlauf muss Hunderten oder sogar Tausenden wiederholten Stößen unter extremen Bedingungen standhalten, die durch hohe Temperaturen, immense Drücke, hohe Geschwindigkeiten und schnelle Schusszyklen gekennzeichnet sind.
Herkömmliche mechanische Geräte werden während ihrer gesamten Lebensdauer niemals solchen Betriebsbedingungen ausgesetzt sein.
Wenn Sie also das nächste Mal Aufnahmen von Artilleriefeuern sehen, denken Sie kurz darüber nach: Hinter diesem scheinbar gewöhnlichen Stahlrohr verbirgt sich der Höhepunkt der Fortschritte in der Materialwissenschaft, Metallurgie und Fertigungstechnologie. Es hält nicht nur einer einzelnen Hülle stand, sondern dem jahrhundertelangen Streben des Menschen, die Grenzen der materiellen Möglichkeiten zu erweitern.
