Процесс эксплуатации ракетно-артиллерийского вооружения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Перед лицом военной угрозы, исходящей в настоящее время, в первую очередь от США и других стран, наше государство вынуждено постоянно заботиться об укреплении боевой мощи и боеготовности Вооружённых Сил Российской Федерации. Правительство России неустанно проявляет заботу об укреплении боевой готовности войск.

В настоящее время, благодаря именно работе российского правительства, вооружённые силы оснащены всем необходимым для выполнения своих задач по защите Родины.

Поддержание вооружения и военной техники в постоянной готовности к боевому применению складывается из многих факторов: это военная выучка личного состава, правильное использование, хранение, сбережение вооружения в войсках, организация его своевременного обслуживания и ввода в строй.

В российской армии важное место занимает вопрос повреждаемости вооружения - это и коррозия, и повреждаемость во время транспортирования, хранения, применения по назначению. Большую роль при поддержании вооружения в постоянной боевой готовности играет своевременный осмотр, чистка и смазка изделия. Современное стрелково-пушечное вооружение эксплуатируется в различных атмосферных и климатических условиях. Поэтому при проектировании и производстве надо учитывать влияние на долговечность вооружения влаги, тепла, холода, света, пыли, песка, пониженного и высокого давления, радиации и других факторов. Влага, постоянно содержащаяся в атмосфере, ускоряет коррозию металлов, способствует гидролизу и вследствие этого вызывает различные физико-механические повреждения вооружения.

Немаловажную роль при повреждаемости являются биологические повреждения и старение материалов, которым посвящено большое количество работ, в которых установлены их основные закономерности. В конструкциях стрелково-пушечного вооружения в условиях воздействия сплошного спектра термомеханических нагрузок возникают различные виды повреждаемости. К наиболее характерным из них можно отнести следующие:

- деформации и механические разрушения;

- изнашивание вследствие трения;

- усталость;

- коррозия;

- биоповреждения.

В конструкциях, работающих в условиях многократного циклического изменения напряжений, может наступить усталостное разрушение. Переменные напряжения вызывают в стали весьма сложные усталостные изменения, зависящие как от величины этих напряжений, так и от числа циклов и развивающиеся постепенно, вплоть до разрушения элемента. Характер переменных напряжений является обычно случайным и определяется условиями эксплуатации.

Эти вопросы освещены в настоящей дипломной работе.

1. Тактико-техническое обоснование дипломной работы

1.1 Эксплуатация и ее основные составляющие

Высокие требования, предъявляемые к надежности существующих и проектируемых образцов вооружения, обусловливают необходимость учета степени влияния множества факторов, воздействующих на образцы в процессе эксплуатации.

Под эксплуатацией РАВ понимается совокупность ряда этапов его жизненного цикла - ввод в эксплуатацию, приведение в установленную степень готовности к использованию по назначению, его техническое обслуживание и ремонт, использование по назначению, хранение и транспортирование [4].

Организация эксплуатации РАВ включает следующие основные мероприятия:

- планирование эксплуатации;

- ввод в эксплуатацию;

- техническую и специальную подготовку л/с;

- допуск л/с к эксплуатации;

- учет, отчетность и ведение эксплуатационной документации;

- контроль и оценку технического состояния;

- техническое обслуживание и ремонт;

- организацию хранения и повышения живучести складов;

- категорирование;

- проведение доработок;

- ведение рекламационной работы;

- проверку общевойсковых средств измерений, испытания и технические освидетельствования электроустановок и котлонадзора;

- организацию транспортирования;

- обобщение передового опыта эксплуатации и внедрение его в практику войск [4].

В процессе эксплуатации РАВ особое внимание должно обращаться на сохранение военной тайны и обеспечение секретности при перевозке, учете, выдачи, проверке наличия, уничтожении РАВ, контроле соблюдения допуска определенных лиц, обеспечение работы систем управления войсками, РЛС и электронно-вычислительных машин. Требования по этим вопросам изложены в соответствующих приказах МО РФ и руководящих документах по противодействию иностранным техническим разведкам (ПД ИТР) [3].

Эксплуатация вооружения осуществляется в условиях скоротечного и динамичного современного боя, в различных климатических зонах, в различное время суток и года. Все это требует от современных командиров и инженеров глубоких теоретических знаний правил эксплуатации и твердых практических навыков в обслуживании и ремонте вооружения для правильного решения всего комплекса задач, связанных с эксплуатацией вооружения.

В настоящее время в ВС РФ находится большое количество разнообразных видов вооружения и техники, начиная от самого простейшего пистолета до сложнейших артиллерийских систем, которые в свое время подвержены различным повреждениям. В основном это повреждения при эксплуатации: транспортировании, стрельбе и тому подобное. Область применения вооружения очень велика. Во всех видах и родах войск имеется стрелковое оружие и во многих артиллерийское.

1.2 Человеческий фактор при подготовке к боевому применению

К подготовке к боевому применению немаловажную роль играет человеческий фактор. В настоящее время в ВС РФ преобладает огромный дефицит обученных солдат и сержантов. Некоторые едва ли умеют читать и писать. Производится сокращение итак малого количества учебок. Дефицит ремонтников составляет 50 - 60 %, да и к тому же если обратить внимание на технологическое оборудование, то оно практически все устаревшее и очень много в неисправном состоянии, что приводит к не своевременной подготовке вооружения к боевому применению. «Да, происходит обновление вооружения, но очень медленно, и солдаты, которые пришли в в/ч не знали никакого оружия кроме АК и ПМ. И у них обязательно срабатывал рефлекс боязни «этой мудрёной штуковины» - рассуждаю так потому, что и сегодня существует эта проблема - с автоматом АН94. Солдаты не понимают устройства АН94, не доверяют ему и идут в бой с проверенным АК74. А насчёт качества конструкции оружия: даже АК можно (хотя и сложно) загубить беспардонной эксплуатацией. В голове не укладывается порой, что проделывают со своим оружием современные, вроде бы образованные солдаты в некоторых частях! Выстреливают из ПК - да не в бою, а на стрельбах, под наблюдением офицеров, непрерывным огнем бог знает сколько патронов с трассирующими пулями, да так, что стволы загибает. Соревнуются в заряжании АК ударом приклада о пол, используют его как кочергу и даже (!) - стреляют шомполом с помощью боевого патрона». Нужно действительно быть оружием Калашникова, чтобы это всё выдержать[13,14].

1.3 Подготовка вооружения к применению и его обслуживание после применения

Подготовку к боевому применению и обслуживание после применения рассмотрим на примере 30 мм автоматической пушки 2А42 (рисунок 1)



Рисунок 1. Общий вид 30 мм автоматической пушки 2А42

Краткие тактико-технические характеристики.

Калибр, мм - 30

Число нарезов - 16

Шаг нарезки, мм - 715,5

Темп стрельбы:

большой, выстр./мин - не менее 550

малый, выстр./мин - 200 - 300

Масса пушки, кг - 115

Масса ствола, кг - 38,5

Усилие отдачи, кН (кгс) - 40 - 50 (4000 - 5000)

Длина пушки, мм - 3027

Напряжение питания электроспуска и контактора от источника постоянного тока, В - 22 - 29

Питание пушки - двухленточное

Перезарядка - пиротехническая и ручная

Количество пиропатронов - 3

Усилие ручной перезарядки:

при заряжании, Н (кгс) - до 400 (до 40)

при перезарядке с извлечением осечного патрона - до 600 (до 60)

Общие указания по подготовке к стрельбе.

1. Безотказность и эффективность стрельбы из изделия зависят от качества подготовки его к стрельбе.

Для подготовки к стрельбе необходимо:

1) осмотреть и проверить изделие;

2) подготовить патроны, патронные ленты и снарядить ленты патронами.

Большую роль при подготовке к стрельбе играет осмотр и проверка изделия, его чистка и смазка после применения. От этих немаловажных факторов и зависит его работоспособность, ведь если не осмотреть и не проверить, то можно пойти в бой с неисправным вооружением, а если не почистить и не смазать после применения - это может привести к коррозии, а в свою очередь к заклиниванию частей и механизмов.

Осмотр и проверка изделия.

1. Осмотр проводится в следующем порядке:

- протереть снаружи изделие сухой ветошью;

- отделить затыльник, возвратную пружину и затворную раму;

- протереть сухой ветошью и осмотреть патронник и канал ствола, если стрельба предвидится не сразу, смазать канал ствола и патронник;

- проверить наличие смазки на деталях автоматики;

- проверить надежность крепления механизмов изделия.

2. Проверку работы механизмов произвести следующим образом:

- взвести подвижные части прокачиванием рукоятки перезарядки до момента постановки частей на шептало, предварительно выведя рукоятку из зацепления с затыльником нажатием вниз;

- не возвращая рукоятку перезарядки в исходное положение, нажать на спусковой рычаг, при этом спуска частей не должно быть;

- после возвращения рукоятки перезарядки в исходное положение перевести предохранитель в положение ПР и нажать на спусковой рычаг, при этом спуска частей с шептала не должно быть;

- перевести предохранитель в положение ОГ, при этом спуска частей с шептала не должно быть;

- проверить работу электроспуска, для чего, поставив переключатель темпа стрельбы на пульте управления в положение 0, нажать на кнопку стрельбы, после нажатия на кнопку затворная рама должна сойти с шептала и энергично прийти в переднее положение.

Чистка и смазка изделия.

1. Чистка и смазка изделия производятся после стрельбы, занятий, учений, марша и при ТО-1 и ТО-2.

2. Чистку и смазку производит боевой расчет под руководством командира, который обязан:

- определить степень загрязнения, а также объем необходимой разборки для чистки и смазки;

Проверить объем и качество произведенной чистки и смазки.

3. Чистку и смазку в полевых условиях необходимо производить на чистой подстилке, используя для этого настил из досок, фанеру, брезент, а в помещениях - на специально отведенном для чистки месте (верстаке, столе).

4. Инструменты и принадлежности для разборки и чистки должны быть исправными, а все смазочные и обтирочные материалы чистыми и доброкачественными.

5. Для сбережения материальной части и обеспечения надежной работы механизмов применяется смазка ГОИ-54п.

6. В качестве очистительных материалов применяются:

- раствор РЧС (при ТО - 1);

- топливо Т - 1 или ТС - 1. допускается применение дизельного топлива;

- спирт этиловый ректификованный (гидролизный ).

Смазка ГОИ - 54п применяется для смазки всех частей изделия.

Раствор РЧС применяется для чистки канала ствола и снятия меди с газового цилиндра, обоймы, поршня.

Топливо Т-1 применяется для чистки всех деталей изделия, кроме деталей электроспуска, контактора и резиновых деталей.

Спирт-ректификат применяется для промывки деталей электроспуска и контактора.

В качестве обтирочного материала применяется чистая ветошь и пакля.

Для удобства чистки пазов, вырезов и отверстий можно применять деревянные палочки [16].

2. Анализ факторов и процессов, влияющих на изменение свойств материала стрелково - пушечного вооружения

2.1 Влияние атмосферных и климатических условий на эксплуатационные свойства стрелково-пушечного вооружения

Современное стрелково-пушечное вооружение эксплуатируется в различных атмосферных и климатических условиях. Поэтому при проектировании и производстве надо учитывать влияние на долговечность вооружения влаги, тепла, холода, света, пыли, песка, пониженного и высокого давления, радиации и других факторов.

Влага, постоянно содержащаяся в атмосфере, ускоряет коррозию металлов, способствует гидролизу и вследствие этого вызывает различные физико-механические повреждения вооружения.

В реальных условиях эксплуатации вооружения материалы большинства деталей не подвергаются непрерывному увлажнению. Периодические изменения влажности воздуха вызывают изменения свойств материала. В органических материалах при этом наблюдаются остаточные изменения вследствие того, что скорость поглощения влаги материалом больше скорости потери влаги при прочих равных условиях. В конечном итоге после серии периодических увлажнений и высыханий можно ожидать необратимых изменений в свойствах материалов. Всякое изменение температуры сопровождается изменением геометрических размеров детали, что следует учитывать при проектировании и производстве стрелково-пушечного вооружения. Отклонения в размерах твердых тел часто сопровождаются структурными изменениями, которые зависят от технологического процесса, принятого при изготовлении материала. В материале могут продолжаться физико-химические процессы или оставаться внутренние напряжения. Нагрев и охлаждение материала в определенных пределах температуры могут значительно снизить внутренние напряжения.

Стабилизация материалов происходит наиболее эффективно при одновременном действии температурных циклов и механических напряжений. Все же полностью устранить структурные изменения в материалах не удается.

Адсорбированная влага внутри материала более опасна, чем адсорбированная на поверхности, по той причине, что при кратковременном просушивании влага не удаляется. Материал, содержащий влагу, кроме ухудшения механических и химических качеств имеет и повышенную скорость старения.

Действие тепла и холода, прежде всего, приводит к изменениям размеров деталей. При однородном материале все размеры детали получают пропорциональные приращения от повышения температуры, и форма детали не искажается. Деформация происходит тогда, когда материал детали неоднороден, когда температура отдельных мест неодинакова или когда к детали приложена механическая нагрузка.

При сопряжении разнородных материалов, например пластмасс и металлов, компенсировать температурную деформацию можно путем подбора материалов и размеров деталей механизма. Предельно допустимые температуры пластмасс при таких условиях могут достигать величин, указанных в таблице 1.

Таблица 1. Предельно допустимая температура пластмасс

Группа пластмасс	Температура в 0С	Примечание
Пластмассы на основе полистирола и полиметилметакрилата Ацетилцеллюлозные пластмассы Литые фенопласты Карбомидные пластмассы Фенопласты Меламиноформальдегидные пластмассы Фенопласты	65-75 59-60 70 75 120 150 150	- В зависимости от количества и типа пластификатора С целлюлозным наполнителем С древесным и тканевым наполнителем С минеральным наполнителем С асбестовым наполнителем

Коэффициент линейного расширения пластмасс отличается от коэффициентов линейного расширения металлов и сплавов. Коэффициент линейного расширения металлов, применяемых совместно с пластмассами, примерно на один порядок меньше. Таким образом, различие в свойствах металлов и пластмасс при изменении температуры приводит к образованию зазоров между этими материалами. Зазоры способствуют проникновению влаги в опрессованные или герметизированные в пластмассу изделия.

Пластмассы выдерживают низкую температуру не разрушаясь, хотя их прочность на удар и разрыв с понижением температуры понижается. Морозостойкость пластиков на основе полихлорвинила и сополимеров хлорвинила с винилацетатом находится в пределах от --15 до --500С и зависит от типа и количества введенного пластификатора. Морозостойкость полиэтилена достигает --780С, политетрафторэтилен не изменяет заметно эластичности и при температуре --1000С [7].

Особенно вредно действуют отрицательные температуры, периодически чередующиеся с положительной (зона пустынь, где дневная жара сменяется ночными заморозками). При резких колебаниях температуры на поверхности стрелково-пушечного вооружения и его внутренних частях конденсируется влага, которая адсорбируется через микрокапилляры и проникает в зазоры между деталями. При низкой температуре вода, заполняющая трещины, поры и зазоры, замерзает и, расширяясь, вызывает дальнейшее увеличение пор, трещин, зазоров. Низкая температура, как правило, увеличивает пусковые моменты машин вследствие загустевания смазки. Механизмы могут заклиниваться от изменения зазоров между деталями, материалы которых имеют различные коэффициенты линейного расширения.

Способность пластмасс длительно выдерживать статические нагрузки зависит от температуры материала. Разрушение материала происходит постепенно, в течение всего времени действия приложенной силы, причем определяющим фактором является тепловое движение частиц материала.

Влажность резко ухудшает теплоизоляционные свойства материала. Вода, проникая в материал, вытесняет воздух из пор и ячеек. Коэффициент теплопроводности воды в 2,5 раза больше коэффициента теплопроводности воздуха, поэтому даже небольшое увлажнение материала вызывает резкое увеличение коэффициента его теплопроводности [8].

Вред, причиняемый коррозией металла, определяется не только потерями металла и снижением механической прочности конструкций, но и уменьшением точности и сокращением сроков работы механизмов. Продукты коррозии загрязняют детали, снижают механические характеристики и портят внешний вид вооружения.

На механизм разрушения стрелково-пушечного вооружения, установленного на открытом воздухе, влияет ряд факторов, зависящих от атмосферных осадков (дождь, снег, вихревые влажные потоки воздуха), ударного их действия, загрязнения атмосферы, разности электрохимических потенциалов примененных металлов.

Существует некоторая критическая относительная влажность воздуха, выше которой при прочих равных условиях наступает резкое возрастание коррозии металла. Критическая относительная влажность, по некоторым данным, для стали находится в пределах 65--70%.

При влажности выше 70% конденсирующаяся на поверхности металла влага начинает создавать адсорбционную пленку, которая играет роль растворителя агрессивных агентов среды; в то же время при влажности выше критической начинается разрушение оксидной пленки, покрывающей металл.

Коррозия в атмосферных условиях интенсивно начинается при влажности, близкой к 100%, когда происходит конденсация водяных паров. Коррозия металлических деталей развивается более интенсивно, когда внутри изделия накапливаются газообразные вещества, получающиеся в результате окислительного процесса высокомолекулярных смол при высыхания лакокрасочных покрытий.

Ориентировочные данные скорости коррозии материалов в зависимости от состава окружающей среды приведены в таблице 2.

С коррозией в водных средах приходится встречаться реже, чем с атмосферной коррозией. Только некоторые специализированные машины эксплуатируются в водной среде или охлаждаются водой. Чаще в процессе эксплуатации стрелково-пушечное вооружение подвергается кратковременным погружениям в воду. Наиболее тяжелые условия при такого рода погружениях возникают тогда, когда температура изделия значительно выше температуры воды. Скорость коррозии в водных средах зависит от материала, состава и физических свойств воды, растительных и животных организмов, всегда имеющихся в воде, ее подвижности, периодического или постоянного смачивания изделия и других факторов второстепенного значения. При температуре воды, близкой к нормальной, коррозия железа в пресной воде определяется концентрацией растворенного в ней кислорода. Чтобы понизить агрессивность применяемой для охлаждения воды, ее предварительно пропускают через железо, реагирующее с растворенным в ней кислородом. Если в воде имеются бактерии, восстанавливающие сернокислые соли, то железо может корродировать и при отсутствии кислорода. Такие бактерии часто встречаются в глубоких колодцах, в почве, в морской воде. В хлорированной воде бактерии не размножаются. Многие бактерии, грибки, образующие слизь, и водоросли способствуют коррозии металлов путем образования пленки, состоящей из самих организмов и продуктов их жизнедеятельности.

Среднюю скорость коррозии стального листа, погруженного в вертикальном положении в морскую воду, можно считать равной примерно 25 мг/дм2 сутки.

Среди сортов латуни лучшие характеристики в условиях полного погружения в морскую воду имеют сплавы, содержащие от 65 до 85% меди. Сплавы меди с оловом хорошо сопротивляются коррозии в морской воде. В сплавах меди с никелем стойкость против коррозии возрастает. Титан является наиболее стойким из всех материалов к действию соленой воды и морской атмосферы.

Морская вода обладает хорошей электропроводностью. Поэтому при сочетании разных металлов и сплавов, подвергающихся действию морской воды, приходится учитывать повреждения от гальванической коррозии. Кальций, магний и стронций, присутствующие в морской воде, могут осаждаться в виде углекислых солей на катодных поверхностях и снижать ее гальваническое действие [6].

Таблица 2. Стойкость металлов к атмосферной коррозии

Материал	Возникновение продуктов коррозии	Стойкость к атмосферной коррозии
Углеродистые и слаболегированные стали, чугун.	Без поверхностной защиты быстро покрываются ржавчиной (Fe2O3*H2O).	Величина коррозии в год: в чистой сухой атмосфере 0-5 мкм и во влажной загрязненной (город) 100 мкм, в сильно загрязненной промышленной (промышленной на побережье до 1 км) 100 мкм.
Нержавеющие стали (не менее 13% Cr).	Продукты коррозии не возникают; они появляются лишь в исключительных случаях у плохо отшлифованных сталей без никеля.	Величина коррозии в атмосфере всех типов незначительная.
Медь и сплавы меди (бронза и латунь).	В чистой сухой атмосфере образуется цветная пленка; в загрязненной атмосфере в течение нескольких дней возникают красные (Cu2O), затем черные (CuO) продукты коррозии, в наружной атмосфере зеленеют (медянка); продукты коррозии неэлектропроводны.	Величина коррозии меди (более 99% Cu) в год: в чистой сухой атмосфере 2 мкм, в умеренно загрязненной 3-40 мкм, на побережье 4-10 км (наибольшая величина коррозии в атмосфере, содержащей Н2S). Бронза имеет стойкость того же порядка, что и медь; образование продуктов коррозии более медленно; стойкость различных видов бронзы мало отличается. Латунь обычного типа( 58-64% Cu) корродирует несколько быстрее, чем чистая медь. Латунь с меньшим содержанием меди при механической нагрузке и обработке в холодном состоянии иногда ломается (особенно в присутствии NH3), на побережье (при соприкосновении с морской водой) имеется опасность разрушения цинка в латуни; ее можно уменьшить присадкой мышьяка и сурьмы в малых количествах. Сплавы с никелем более стойки; их обычно можно применять без поверхностной защиты.
Алюминий и его сплавы.	В чистой сухой атмосфере продукты коррозии не образуются; в атмосфере, загрязненной хлоридами или пылью быстрое возникновение рыхлых продуктов коррозии.	Величина коррозии в год: в незагрязненной атмосфере 1 мкм, в промышленной 1-9 мкм, на побережье 3-12 км, коррозия имеет вид мелких точек глубиной до 0,02 мм.
Цинк и его сплавы	В сухой атмосфере продукты коррозии почти не возникают; в жаркой влажной атмосфере быстро появляются рыхлые продукты коррозии - основные соли; стойкость сплавов различных типов и различной чистоты различна.	Величина коррозии в год: в чистой сухой атмосфере (пустыня, сухие тропики) 0,5 мкм, в чистой влажной атмосфере 5 мкм, в приморье 4-20 мкм, в загрязненной промышленной атмосфере 4-15 мкм.
Никель и его сплавы с медью и цинком.	В чистой влажной атмосфере продукты коррозии не образуются; в промышленной атмосфере появляются тонкие слои продуктов коррозии.	Величина коррозии в год: в чистой атмосфере 1 мкм, в загрязненной 1-5 мкм, в приморье 3 мкм.
Магний и его сплавы.	В сухой атмосфере стойкие; имеется значительная разница в стойкости металлов различной чистоты и с различной поверхностной защитой; в загрязненной атмосфере и приморье быстро покрываются рыхлыми белыми продуктами коррозии.	Величина коррозии в год 50 мкм, особенно быстро разрушаются в приморье (более стойкие сплавы с кремнием).

Во влажном климате, особенно в тропических областях, приобретает особое значение электрохимическая коррозия контактных соединений металлов. Часто материалы, применяемые отдельно, не имеют заметных следов коррозии, но при соприкосновении друг с другом в тех же условиях их поверхность подвергается коррозии.

Образцы из пассивированного алюминия марки АОМ и винты из латуни марки Л62 выдерживали испытание в камере влажности без местных коррозионных повреждений. В то же время контактные соединения этих материалов подвергались заметным повреждениям; более сильно была выражена коррозия алюминия и менее заметно коррозия латуни. Контактное соединение меди марки М-1 с травленой и пассивированной сталью 10 вызывает сильную коррозию стали. Бронза марки Бр.КМц 3-1 и пассивированный дуралюмин марки Д16 в закаленном и состаренном состоянии, не корродировавшие в субтропических условиях, заметно корродировали в контактных соединениях.

Подобные повреждения металлов, соприкасающихся между собой, достаточно многочисленны в практике. При соприкосновении разных металлов во влажной атмосфере образуются электрохимические микропары. Один металл является анодом, влажная пленка - электролитом и другой металл - катодом. Чем дальше в электрохимическом ряду напряжений стоят друг от друга металлы, т. е. чем больше между ними разность потенциалов, тем больше вероятность контактной коррозии. Роль анода (менее благородный металл), разрушающегося более интенсивно, играет металл с более отрицательным потенциалом.

При выборе контактных пар металлов практическое значение имеет поведение не относительно чистых металлов, а металлов определенных промышленных марок и металлов с покрытиями.

Эффект коррозии зависит от отношения площади более благородного металла (катодного) к площади менее благородного (анодного). Следует стремиться к тому, чтобы площадь более благородного металла была меньшей. Лучше применять (если это необходимо) медную заклепку в стальной пластине, чем стальную в медной пластине.

Коррозию паяных швов следует рассматривать в основном как контактную, при которой припой (паяный шов) имеет значительно меньшую поверхность, чем спаиваемый металл. Если припой (ПОС-40, ПСР-45) является анодом, то процесс коррозии развивается гораздо интенсивнее, чем в парах, где припой является катодом. Для увеличения срока службы паяного изделия следует выбирать припой с более высоким потенциалом, чем спаиваемые металлы. В этом случае будут незначительно разрушаться спаиваемые металлы, а паяный шов будет защищен.

Коррозионная стойкость припоев в сельской местности приблизительно в 1,5 раза выше, чем в промышленных районах. Для алюминиевых припоев характерно увеличение стойкости с повышением температуры. Испытания, проведенные в районе г. Батуми, показали большую стойкость этих припоев, чем в условиях севера.

Следует иметь в виду, что соприкосновение некоторых сортов древесных пород с металлами вызывает коррозию последних, например дуб, каштан и западную тую не следует применять в соединении с железом, сталью, алюминием и его сплавами, свинцом и свинцовыми сплавами. Некоторые сорта фанеры выделяют активные вещества (вероятно, жирные кислоты), интенсивно действующие на металл, главным образом на цинк, стали и кадмий.

Влияние света на материалы заключается главным образом в химическом разложении некоторых органических материалов - пластмасс, красителей, тканей. Свойства подавляющего большинства синтетических материалов под влиянием света, особенно вместе с дождем и ветром, ухудшаются, причем происходит поверхностное окисление материалов с образованием полярных групп. При одновременном действии облучения и влажности существенно ускоряются физико-химические изменения некоторых материалов [7].

Ультрафиолетовые лучи являются очень сильным катализатором реакции окисления. Такое окисление наблюдается у многих материалов, например у полиэтилена, полистирола. Под действием солнечных лучей происходит также частичное химическое разложение полимеров, содержащих хлор, например поливинил-дехлорида, полихлорвинила. Наибольшее действие солнечные лучи оказывают на нитроцеллюлозные пластмассы. Полиметилметакрилат быстро стареет под действием инфракрасного излучения.

Некоторые виды термореактивных пластмасс подвержены разрушительному действию ультрафиолетового излучения. При этом наблюдаются изменения основного органического компонента материала и изменение цвета.

Введение в пластмассу стабилизирующих составляющих часто значительно удлиняет срок службы изделий в этих условиях. Стойкость полиэтилена к действию света можно значительно повысить введением в него газовой сажи (около 0,1%).

Непосредственное действие солнечного света на натуральную резину ведет к образованию корки на ее поверхности. Растрескивание резины происходит главным образом под действием озона. Разрушающее действие озона особенно сильно сказывается на натуральном и нитрильных каучуках. Бутиловые, неопреновые и полисульфидные резины более устойчивы к озону.

Синтетические резины значительно более устойчивы к действию ультрафиолетовых лучей. Свет не оказывает заметного влияния на поверхность дерева, но продолжительная эксплуатация деталей, изготовленных из дерева, при облучении их ультрафиолетовыми лучами может привести к некоторым изменениям поверхностных слоев древесины.

Свет влияет на скорость атмосферной коррозии, например цинка, у которого выявлено сильное замедление коррозии при действии солнечного света. Цинк на внешних деталях значительно устойчивее в отношении коррозии, чем на внутренних, не освещенных, особенно при повышенной влажности воздуха.

Гигроскопическая пыль приносит из влажного воздуха на поверхность металла частицы воды. Пыль многих материалов, например, угля, поглощает из атмосферы активные газы и переносит их на поверхность металла. Таким образом, как органическая, так и неорганическая пыль в равной мере способствует коррозии и износу металла. В точных механизмах и измерительных приборах пыль увеличивает трение и вследствие этого снижает их точность. На лакокрасочных покрытиях увлажненная пыль вызывает медленную химическую реакцию, в результате которой лаковая пленка тускнеет [5].

Частицы песка влияют на срок службы механизмов главным образом в результате абразивного эффекта. Самое неблагоприятное действие оказывают частицы порядка 15 мкм.

2.2 Микробиологические и коррозионные повреждения материалов и изделий вооружения

Изучению влияния различных климатических факторов на коррозию, биологические повреждения и старение материалов посвящено большое количество работ, в которых установлены их основные закономерности.

Согласно Международному стандарту ИСО 8044-1986 термин «коррозия» означает процесс. Этот процесс заключается в физико-химической реакции между материалом и окружающей средой и приводит к изменениям свойств материала. Результатом является «коррозионный эффект», примерами которого являются порча материала, загрязнение окружающей среды продуктами коррозии и нарушения функций системы, физико-химическими составными частями которой являются и материал и окружающая среда [9].

Установлено, что существенную роль в протекании процессов коррозии, а также старения играет состав атмосферного воздуха (количество содержащихся в нем загрязнений). Так, сернистый ангидрид, попадающий в атмосферу при сжигании серосодержащего топлива (угля), резко увеличивает скорость коррозии таких металлов, как железо, цинк, алюминий, медь. Начиная с некоторой критической концентрации SO2 в атмосфере скорость этого процесса возрастает прямо пропорционально содержанию газа в воздухе. Однако, после достижения определенного предела, дальнейшее повышение концентрации SO2 в воздухе не приводит к заметному возрастанию скорости коррозии. Скорость растет и в том случае, когда в атмосфере сернистый газ отсутствует, но поверхность металла была им предварительно обработана.

Хлориды и соединения азота образуют при взаимодействии с находящейся на поверхности металла водой растворы электролитов, что способствует протеканию процессов коррозии. Ионы хлора препятствуют также образованию пассивирующих пленок на металле. Кроме того, хлористый натрий собирает влагу из относительно сухой атмосферы, увеличивая толщину пленки адсорбированной на поверхности металла воды, что сопровождается увеличением скорости коррозии. Например, при влажности атмосферы 75% толщина пленки воды, адсорбированной на чистой поверхности железа, составляет 6...7 молекулярных слоев, а на обработанной хлористым натрием - 12...14 слоев. Основным источником поступления хлоридов в атмосферу являются моря, и их концентрация в воздухе во многом зависит от удаленности от берега моря, содержание солей в морской воде, силы и направления ветра, препятствий на путях движения воздуха и количества осадков. Поэтому скорость коррозии в приморских районах выше, чем в удаленных от моря местностях.

Содержащиеся в атмосферном воздухе аммиак, сероводород, углекислый газ являются менее коррозионно-активными агентами, чем сернистый газ и хлориды.

Рассмотренные выше атмосферные загрязнения сорбируются не только на металлах, но и на неметаллах. Они способны диффундировать в объем материала и изменять его свойства, вступая в реакции с реакционно-способными группами макромолекул. Вопросы старения полимеров в агрессивных средах подробно рассмотрены в ряде монографий. Конструкционные особенности стрелково-пушечного вооружения какого-либо специфического влияния на процессы старения полимеров в агрессивных средах не оказывают, поэтому для них характерны все общие закономерности, описанные в этих работах; Так, известно, что легко гидролизующиеся связи типа С-О или C-N подвергаются гидролитическому распаду в водных растворах кислот и щелочей, поэтому растворение сернистого ангидрида, сероводорода, окислов азота или аммиака в адсорбированной на поверхности полимерных деталей стрелково-пушечного вооружения пленке воды вызывает химическое старение материала [7].

Известно, что хлор, сернистый газ, аммиак являются биоцидными веществами, однако их концентрация в атмосферном воздухе слишком мала для того, чтобы оказывать заметное антимикробное действие.

Озон, содержащийся в атмосфере, является очень сильным окислителем и заметно ускоряет старение полиамидов, особенно резин, вызывая быстрое растрескивание и разрушение находящихся под действием растягивающего напряжения резинотехнических изделий.

Рассмотрение конструктивных особенностей основных образцов стрелково-пушечного вооружения приводит к выводу, что озонное старение и растрескивание резинотехнических изделий не играет заметной роли в возникновении неисправностей вооружения, но озонное старение других полимерных материалов учитывать необходимо. Озон обладает биоцидными свойствами, однако в реальных условиях хранения и эксплуатации вооружения и военной техники заметного влияния на ее биоповреждаемость не оказывает: концентрация озона в атмосфере и время его воздействия на микроорганизмы недостаточны для получения заметного дезинфицирующего эффекта.

Напротив температура оказывает существенное влияние на процессы коррозии, старения и биоповреждений материалов стрелково-пушечного вооружения. В первую очередь это связано с температурной зависимостью химических реакций: известно, что при повышении температуры скорость всех реакций увеличивается. Это выполняется и для электрохимических реакций, и для реакций деструкции и сшивания макромолекул полимерных материалов. При повышении температуры ускоряются также процессы транспорта: миграции компонентов неметаллических материалов из объема на поверхность детали, диффузии молекул воды и агрессивных веществ через лакокрасочное покрытие, полимерную пленку, в которую может быть упакован образец стрелково-пушечного вооружения, или в объем материала и так далее.

Если повышение температуры однозначно ускоряет процесс старения полимерного материала в результате увеличения скорости, как транспортных процессов, так и химических реакций макромолекул, то температурная зависимость процесса коррозии имеет более сложный характер. Это связано с тем, что при повышении температуры в результате опять-таки увеличения скорости десорбции молекул воды с поверхности металла уменьшается длительность контакта электролита с металлом.

Влияние продолжительности пребывания на материалах пленки влаги на коррозию, старение и биоповреждения материалов рассмотрены в ряде работ. Показано, что, например, количество металла, превратившегося в продукты коррозии, зависит от длительности пребывания пленки электролита на его поверхности: чем дольше не высыхает пленка на поверхности металла и чем чаще она возобновляется, тем дольше протекает процесс коррозии и, тем самым, при прочих равных условиях большему коррозионному разрушению подвергается металл. Было также установлено, что в атмосферах, не загрязненных значительным количеством специфических коррозионно-активных веществ, процесс коррозии начинался лишь тогда, когда на поверхности металла присутствовала пленка влаги толщиной 10...20 молекулярных слоев, приобретающая свойства электролита. Известно, что количество газа, адсорбируемое определенным количеством данного адсорбента, зависит от условий протекания процесса, в первую очередь от давления газа и температуры. На рисунке 5 представлена типичная изотерма адсорбции из газовой фазы.

Рисунок 2. Типичные изотермы: 1 - мономолекулярной; 2 - полимолекулярной адсорбции

Повышение давления газа увеличивает адсорбируемое количество его, но на разных участках адсорбционной изотермы это влияние сказывается неодинаково. Особенно сильно оно проявляется в области низких давлений (участок I изотермы на рисунке 2), где адсорбируемое количество газа прямо пропорционально его давлению. При дальнейшем повышении давления количество адсорбируемого газа тоже увеличивается, но в постепенно уменьшающейся степени (участок II изотермы), и далее кривая, выражающая эту зависимость, стремится к прямой, параллельной оси абсцисс (участок III). Это соответствует постепенному насыщению поверхности адсорбента. Когда насыщение достигнуто, дальнейшее повышение давления практически не влияет на количество адсорбируемого газа. Изображенная на рисунке 2 изотерма сорбции описывает явление мономолекулярной сорбции, когда предельное количество адсорбированного газа отвечает покрытию поверхности адсорбента только мономолекулярным слоем газа.

В этом случае количество адсорбированного газа, а можно определить по уравнению Лэнгмюра:

, (1)

где p - равновесное давление газа над сорбентом; к и b - константы.

Если, как, например, при адсорбции паров воды на поверхности металлов, происходит полимолекулярная адсорбция, т.е. на поверхности сорбируется не один, а несколько слоев газа, то график изотермы сорбции имеет S-образную форму (кривая (2) на рисунке 2) и описывается уравнением Брунауэра - Эммета - Теллера:

, (2)

где а - количество адсорбированного вещества; ат - количество адсорбированного вещества в сплошном молекулярном слое; р - равновесное давление пара сорбата над сорбентом; р0 - давление насыщенного пара при той же температуре; с - константа.

Из уравнений (1) и (2) следует, что количество воды, адсорбировавшейся на деталях вооружения, при прочих равных условиях определяется содержанием водяного пара в воздухе, т.е. его абсолютной влажностью. Используя уравнение (2) можно оценить при какой влажности воздуха (при заданной температуре) толщина пленки адсорбированной на металлах влаги превысит необходимую для начала коррозионного процесса толщину в 10...20 молекулярных слоев.

Повышение температуры, как правило, вызывает, уменьшение количества адсорбированного газа при постоянном давлении, а понижение температуры увеличивает его. Этот вывод можно сделать также из анализа уравнения (2). Действительно, зависимость давления насыщенного пара р0 от температуры Т описывается выражением:

, (3)

где Lucn - мольная теплота испарения вещества; R - универсальная газовая постоянная; D - константа, характерная для каждого вещества и связанная с изменением энтропии при испарении.

С ростом температуры величина lnр0 и, следовательно, р0 растут, а р/р0 при постоянном значении р падает. Соответственно уменьшается и величина а. Кроме того, понижение температуры может приводить к тому, что парциальное давление паров воды в воздухе становится больше давления насыщенного пара при данной температуре, что приведет к конденсации воды на поверхности изделий. Таким образом, количество адсорбированной на материалах стрелково-пушечного вооружения воды зависит от абсолютной влажности воздуха и его температуры. [8]

Влияние адсорбированной воды на старение полимерных материалов связано как с физическим (набухание полимера вымыванием водорастворимых компонентов), так и химическим ее действием (разрушением легко гидролизующихся связей). Для применяемых при изготовлении образцов стрелково-пушечного вооружения полимеров деструкция под воздействием воды происходит только при высокой (свыше 180 °С) температуре, при реальных условиях хранения (эксплуатации) изделий ухудшение свойств материала связано с его набуханием. Изменение влажности воздуха вызывает периодическое набухание и высыхание полимерных материалов, что, в свою очередь, приводит к возникновению градиента концентрации воды по объему деталей, и, как следствие, возникновению внутренних механических напряжений, изменяющихся во времени. Наличие таких напряжений ведет к образованию микротрещин и пор в материалах.

Солнечное излучение не оказывает непосредственного воздействия на материалы стрелково-пушечного вооружения, хранящегося в штатной укупорке в неотапливаемом хранилище. Однако прямое солнечное излучение может существенно увеличить температуру поверхности, на которую оно попадает. Температура может превысить 100 0С. Если эта поверхность является крышей хранилища, то температура внутри него может достичь 70-80 0С и даже выше. Соответственно заметно повысится и температура находящегося в этом хранилище вооружения.

Биоповреждение (биологическое повреждение) - это любое изменение (нарушение) структурных и функциональных характеристик объекта, вызываемое биологическим фактором. Под биологическим фактором подразумевают организмы или их сообщества, воздействие которых на объект техники нарушает его исправное или работоспособное состояние. Наиболее агрессивны по отношению к материалам и изделиям микроорганизмы (микроорганизмы-деструкторы, биодеструкторы): микроскопические грибы, бактерии, дрожжи. Являясь составной частью окружающей среды, биодеструкторы в силу специфики своей жизнедеятельности способны быстро адаптироваться к самым различным материалам и постоянно изменяющимся условиям. Практически все используемые в изделиях техники материалы подвержены повреждающему воздействию микроорганизмов - микробиологическому повреждению.

Достаточно полно исследованы микробиологические повреждения горюче-смазочных материалов, в том числе масел и смазок. Установлено, что ряд видов микроорганизмов, обладая способностью ферментативного окисления жидких углеводородов, используют их в качестве источника питания. Ассимилируя такие углеводороды и воздействуя на них продуктами жизнедеятельности, микроорганизмы-деструкторы приводят к разложению и потере рабочих свойств материала. Нефтяные топлива и продукты из них подвержены микробиологическому повреждению как при хранении и транспортировании, так и в эксплуатационных условиях.

По данным работы все моторные, дизельные, вазелиновые, веретенные, авиационные, почти все трансмиссионные и изоляционные масла и пластичные смазки неустойчивы к грибам и бактериям. При воздействии этих микроорганизмов большинство показателей свойств масел и смазок (вязкость, кислотное число, стойкость к окислению и др.) существенно изменяет свои значения. Возникает коррозия узлов и деталей, контактирующих с поврежденными маслами и смазками.

Многие авторы отмечают большую зависимость микробиологической стойкости горюче-смазочных материалов даже одного и того же типа от исходного сырья и технологии изготовления. Так, масла различного назначения из анастасиевской нефти (Россия) наиболее устойчивы, а трансформаторное масло из этой нефти считают «абсолютно устойчивым» к микроорганизмам. Такие отличия обусловлены особенностями группового и индивидуального углеводородного состава конкретного материала. Установлено также, что многие соединения серы, имеющиеся в сернистой нефти, значительно снижают микробиологическую стойкость изготовленных из нее масел. В то же время имеющиеся в смолистых фракциях нефти азотосодержащие соединения оказываются активными биоцидами - веществами, убивающими микроорганизмы.

Среди многочисленных способствующих микробиологическим повреждениям горюче-смазочных материалов внешних условий определяющими являются наличие в материале воды, минеральных примесей (загрязнений) и оптимальной для развития микроорганизмов температуры.

Масла и смазки наиболее часто повреждаются грибами Aspergillus niger, Penicillium variabile, Penicillium chrysogenum, Penicillium verrucosum, Scopu-lariopsis brevicaulis, бактериями Bacillus subtilis, Bacillus pumilus, Bacillus licheniformis.

Большое число работ посвящено вопросам воздействия микроорганизмов на металлы и их сплавы (биокоррозии). В результате жизнедеятельности микроорганизмов на поверхности металла формируется агрессивная специфическая среда, образуются электрохимические концентрационные элементы, а в окружающей среде (растворе) и (или) на поверхности возникают агрессивные химические соединения, снижающие коррозионную стойкость. Грибы и бактерии способны инициировать и интенсифицировать практически все известные виды коррозии.

Многие бактерии могут инициировать коррозию даже обычно коррозионностойких металлов и сплавов, таких, например, как медь, свинец и другие. Грибная коррозия наиболее часто проявляется на технических изделиях (оборудование, приборы, сложные узлы и агрегаты), в которых металлические детали контактируют с материалами, способствующими развитию грибов. Наиболее часто стимулируют коррозию: Aspergillus niger, As. flavus, Penicillium cyclopium и др. Они выделяют большое количество органических кислот - щавелевую, фумаровую, яблочную, лимонную, винную, молочную. Действие этих кислот на конструкционные материалы стрелково-пушечного вооружения идет по реакциям:

mМе° > mМеn+ + nе , (4)

mМеп+ + n[AH-H+]nH20>Меm(АH-)n + nН3О+, (5)

nН3О+ + nе > nН2О + n/2Н2^ . (6)

Ферменты, выделяемые грибами, - это мощный фактор биоповреждений металлов. Более 50% повреждений техники, эксплуатирующейся в природных условиях, связаны в той или иной степени с воздействием МО.

В процессах коррозии алюминиевых и стальных сплавов принимают активное участие грибы родов Aureobasidium, Alternaria, Stemphylium.

Испытания стальной, алюминиевой и медной проволоки под воздействием микроскопических грибов показали, что менее стойкими являются стальные образцы. Наиболее агрессивны культуры Aspergillus niger, Aspergillus amstelodami и Penicillium cyclopium. В то же время культуры Chactomium globosum и Stachybetris atra заметных изменений не вызвали. Разрушение медной проволоки отмечено лишь под воздействием Penecillium cyclopium.

Многие лакокрасочные покрытия, полимерные материалы и резинотехнические изделия подвержены отрицательному воздействию микроорганизмов. Их потребление в качестве источника питания и повреждение микроорганизмами связывают главным образом с воздействием веществ, продуцируемых микроскопическими грибами и бактериями в процессе жизнедеятельности. Изменение свойств материалов наступает в результате различных реакций - окисления, восстановления, декарбоксилирования, этерификации, гидролиза и других.

Решающее значение для микробиологической стойкости лакокрасочных покрытий имеет состав пленкообразующего полимера и физические свойства полученной из него пленки покрытия (набухаемость, твердость, пористость, гидрофобность и другие). Используемые в качестве пигментов вещества в зависимости от наличия в них биоцидных свойств могут существенно влиять на стойкость лакокрасочных покрытий к микроорганизмам. Авторы показали, что оксиды железа в составе лакокрасочных покрытий стимулируют рост микроорганизмов, диоксид титана - инертен, а оксид цинка замедляет его. Из наполнителей лакокрасочных покрытий асбест и тальк увеличивают, а карбонат кальция уменьшает интенсивность роста микроорганизмов. Низкая грибостойкость некоторых лакокрасочных покрытий связана с наличием в их составе в качестве наполнителя гигроскопичного оксида магния, который поглощает влагу, набухает и способствует интенсивному развитию микроорганизмов.

Многие исследователи подчеркивают большое влияние на микробиологическую стойкость лакокрасочных покрытий таких внешних факторов, как солнечная радиация, колебания температуры и влажности воздуха, загрязнение поверхности пылью и солями, воздействие различных газов и др. Эти факторы способствуют процессам старения лакокрасочных покрытий и подготавливают питательную среду для микроорганизмов. Микробиологическим повреждениям лакокрасочных покрытий благоприятствуют также нарушения технологий нанесения покрытий и требований по уходу за ними в эксплуатации. При исследовании эпоксидных эмалей (ЭП-525, ЭП-567), нанесенных по грунту АК-070, выявлено, что основными факторами, снижающими физико-механические и защитные свойства лакокрасочных покрытий, являются влажность воздуха, температура и метаболиты грибов во взаимодействии. Наибольшее снижение прочностных характеристик наблюдается в первые 15...30 суток в период активного роста грибов.

Основными агентами микробиологических повреждений лакокрасочных покрытий являются плесневые грибы. Бактериальные поражения встречаются реже. Грибы, повреждающие лакокрасочных покрытий, наиболее часто принадлежат родам Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Trichoderma, Alternaria, Cephalosporium, Pullularia, а бактерии - родам Pseudomonas, Flavobacterium.

Микробиологические повреждения полимеров, применяемых в конструкциях машин и оборудования, встречаются довольно часто. Подсчитано, что на детали из пластмасс приходится около 25% от общего числа повреждений, вызываемых микроорганизмами. Более того, свыше 60% используемых в технике полимерных материалов не обладают достаточной микробиологической стойкостью. Чаще всего микробиологические повреждения возникают под воздействием микроскопических грибов, изменяющих цвет и структуру полимера, а в тонких пленках нарушается герметичность и снижается прочность.

К наиболее характерным микроорганизмам-деструкторам полимеров относятся следующие виды грибов: Aspergillus wamori, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, Trichoderma sp., Aspergillus amstelodami, Aspergillus flavus, Chaeto-mim globosum, Trichoderma lignorum, Cephalosporum aeremonium, Penicillium sp., Rhizopus nigricans, Fusarium roseum.

...