Рубрики
 
 

Передплата онлайн

 

Полювання

 

Арсенал

 

Собаки

 

Риболовля

 

Нотатки рибалки

 

Интерв'ю

 

Флора та Фауна

 

Законодавство

 

Газети (номери)

 

2017

 

2016

 

2015

 

2014

 

2013

 

2012

 

2011

 

2010

 

2009

 

2008

 

2007

 

2006

 

2005

 

2004

 

2003

 

2002

 

2001




Асоціація користувачів мисливських та рибальських господарств


Сайт посвященный общению на тему охоты и рыбалки



Головна Про проект Передплата онлайн Об'яви Форуми Контакти

Изготовление ствольных сталей

Трудно себе представать, из чего только не делали стволы первых пушек, пока не нашли подходящий ствольный материал. В начале в качестве стволов применялись бамбуковые побеги, потом бумажные трубки, которые, кстати, и сейчас используются в фейерверках. Однако из бумаги делали и настоящие пушки, склеенные во много слоев и обмотанные веревками. Во время польского восстания повстанцами применялись деревянные пушки, густо окованные обручами. А в Германии изготавливали даже кожаные стволы. Первые железные стволы были из кованого железа из отдельных клепок, стянутых бандажами (в виде бочек), достигали они громадных размеров. Чуть позже эти бомбарды стали отливать уже из бронзы. Наибольший калибр имела пушка, отлитая по приказу Магомета ІІ при осаде Константинополя в 1413 году. Калибр ее достигал 122 см. Константинополь пал.

Однако для ручного оружия, которое сперва было как бы маленькой пушкой, сразу стали применять бронзовые литые или железные кованые стволы. Так как железо, полученное кричным методом, было крайне неоднородно, то требовалась многократная его ковка с последующим складыванием полос, чтобы эта неоднородность более равномерно распределялась по всему полезному объему поковки, из которой уже делался ствол. Потом догадались, что можно навить хорошо прокованный железный лист на стрежень плохого железа, которое в конце высверливалось и уходило в стружку. Сварка стволов была продольная (как современные дешевые водопроводные трубы), так как проконтролировать сварку было трудно (теперь контролируют рентгеновским аппаратом, ультразвуком), то разрывы стволов у старого оружия случались часто. Качество, естественно, зависело от умения оружейника-кузнеца. Следующий технологической новинкой стала навивка железных полос на стержень оправки по спирали (поскольку стволы разрывало, в основном, вдоль шва). Поперечный шов оказался крепче. Еще было замечено, что кроме равномерности железа большую роль играл его состав. Твердое крепкое железо – сталь разрывалась чаще. Изготовленные же из мягкого железа стволы, из малоуглеродистой стали, при избыточном давлении чаще давали просто раздутия. В качестве сырья западные оружейники любили использовать старые, отработанные подковные гвозди, благо в то время на дорогах Европы их валялось достаточно. Гвозди, которыми подковывали лошадей или мулов изначально изготавливались из лучшего мягкого железа, а среди оружейников имело место заблуждение, что, побывав в копыте, гвозди приобретали особо благоприятные свойства. Эти гвозди, хорошо очищенные, в ….ном барабане нагревались на поде отражательной печи, где уже начинали подплавляться, но не расплавлялись совсем. Этот комок выхватывали из печи и быстрыми ударами молота формировали из него брусок, который потом растягивали и складывали несколько раз так, что получалась лента, которую в холодную навивали на оправку с заходом кромок друг на друга. После этого заготовку нагревали под флюсом и проковывали при температуре сварки. Оправка изготавливалась из всякого бросового железа и потом высверливалась, поскольку она была уже соединена с навитым металлом. Стоил ствол из копытных гвоздей очень дорого, поскольку кроме кузнеца самой высокой квалификации требовалось еще много хорошего древесного угля и металла. Так, для изготовления мушкетного ствола весом шесть фунтов требовалось 30-40 фунтов гвоздей.

Отполированный ствол под действием атмосферной влаги или специального протравливания слабыми кислотами приобретал на наружной поверхности характерный «струящийся» узор. Это при протравливании открывались следы стыков гвоздей, да и гвозди различного состава протравливались по-разному. Но это был еще не дамасск.

Тогда же догадались делать стволы в казне толще, а в середине тоньше, к дулу же ствол немного расширялся. Кстати, такая форма наружной поверхности ствола существует и поныне. Исходя из техники ковки, европейские мастера делали стволы восьмигранными, и уже позже стали опиливать дульную часть на круг, а потом они и вовсе стали круглыми снаружи, что, с учетом грамотного профиля наружной поверхности, их значительно облегчило. Круглые легкие стволы были у большинства восточных ружей, отличались они и большей длиной и сравнительно небольшим калибром. Они также были легкие, благодаря хорошему качеству ствольного материала. Большая же длина была необходима для более полного сгорания плохого (по нашим понятиям) пороха, вернее пороховой мякоти. Когда порох научились зернить, то стволы укоротились.

Еще Александр Македонский столкнулся в Индии с оружием из булата. Сегодня утверждают, что секрет его изготовления утерян. Однако некоторые исследователи считают, что причина не в утере, его, по сути, и не было, а просто уже давно выработались уникальные месторождения железной руды, обладающей свойствами, при которых булат получается при обычном металлургическом процессе. Конечно, этот процесс подбирался так, чтобы свойства булата проявились наиболее полно. Из Индии, пока не кончились запасы сырья, булатные заготовки в виде круглого хлебца распространялись и в соседние страны. Из одного такого «хлебца» получалось два сабельных клинка. Когда поток таких заготовок стал иссякать, то дамасские кузнецы (они же металлурги) догадались имитировать его путем многократной проковки пакета из твердого и мягкого железа, многократно вытягивая и складывая его. Получался клинковый материал, подобный булату, однако, как показали исследования в более позднее время, совершенно иной внутренней структуры. Булат по своему составу похож на чугун. Но только по составу. Структура булата совершенно иная. Его твердые волокна кристаллизировались в расплавке из более мягкой фракции в результате медленного охлаждения металла, а у дамасска это происходило путем механической укладки и сварки. Структурный состав дамасска по углероду был в пределах среднеуглеродистой стали.

На стволы ставился Дамаск в общем составе по углероду еще более низкий. Но все-таки это был материал, способный выдержать большие напряжения, чем обычная мягкая сталь. Образно говоря, это была мягкая сталь, армированная особым образом расположенными волокнами из крепкой стали. Такая техника изготовления в начале ХІХ века перекочевала в Европу, и в скором времени стала повсеместной. Конечно, вся масса военного оружия изготовлялась по старинке, из низкоуглеродистой стали (не из гвоздей) путем загиба полосы в трубу с прямоугольным сварным швом. Для этого были созданы всяческие машины, использующие в основном силу падающей воды, а потом и пара. Дамассковый ствол был на порядок дороже.

Для получения стальных полос использовалась техника, схожая с той, которую употребляли при изготовлении заготовок «гвоздевых» стволов. Но сырьем служили высокоуглеродистые изделия: поломанные рессоры, пружины, канцелярские перья, бритвы, напильники. Такую стальную шихту калили в воде, дробили в крупу и из этой «крошки» проковывали прутья (как из гвоздей), предварительно очистив от ржавчины и примесей. Мягкие и твердые прутья были квадратные с размером стороны около ¼ дюйма. Потом их складывали в определенном порядке в квадрат, обычно из 64 прутьев, и связывали проволокой. Этот пакет доводится до сварочной температуры и под флюсом проковывается так, что вытянувшись он становился квадратным в сечении со стороной опять около ¼ дюйма. Полученный длинный прут рубили на 4-футовые заготовки. Этот прут уже можно было навить на оправку и, проковав при сварочной температуре с флюсом, получить простой дамасск с линейным рисунком, так называемым проволочным.

Если этот прут нагреть до красна и закрутить вокруг оси, причем количество оборотов может достигать 18 на дюйм (но обычно меньше), то получали заготовку для дамасска с витым рисунком. Перед навивкой прут, ставший после закрутки круглым, опять проковывается уже в полосу, которая и навивалась на оправку.

Для более сложных рисунков применялась предварительная сварка нескольких закрученных и прокованных прутьев (обычно от 2 до 6), при этом закрутка производилась через один прут в разных направлениях. После опять следовала проковка в полосу, которая и навивалась на стержень.

Технический процесс изготовления имел массу тонкостей, которые мог знать и использовать кузнец-заварщик только высочайшей квалификации. Малейшая небрежность в работе с раскаленным металлом сказывалась на четкости и пропорциях узора, то есть на его красоте. Учитывая угар при нагревании, а также необходимые технологические припуски, уход в стружку и т.д., расход металла на пару готовых стволов был очень большой – до 18 фунтов, при весе готовых стволов 3,5-4 фунта.

К середине ХІХ столетия гвоздей уже не было в достаточном количестве, да и сталь не собирали в утильсырье, а для изготовления стволов пользовались твердой и мягкой сталью, сваренной и прокатанной на металлургических заводах. Простые стволы, по старинке, делали еще свернутыми из полосы вдоль, но проковку производили на механических молотах или же на специальных валках прокатного стана, которые имели такой профиль, что получалась заготовка с утолщением в казне.

К концу ХХ века искусство производить дамассковые стволы достигло своего совершенства. Хороший дамасск делали в Англии, Бельгии, Франции, причем могли изготовить этот материал с заданными узорами, что было необыкновенно сложно и требовало кропотливого труда. Известны стволы, на которых при протравке появлялись надписи. Как правило это было имя фабриканта или же название сорта дамасска. На фото (f-1) представлен образец с надписью ZENODE GRAMME бельгийского производства. Рядом образец с подписью сорта PRINZE ALBERT, но он плохо читается, снимок неудачный.

Старые же каталоги просто пестрят сортами дамасска: букетный трехполосный «Кроле», двухголосный «Бостон», «игольчатый», «звездчатый», «розовый», «турецкий»… фабрикантов Леопольда Бернара, Леклера, Лапорта и др. И хотя превосходные качества дамасска были вне сомнения, со временем он стал не нужен, поскольку за это время металлургия шагнула далеко вперед, и простые стали, сваренные в мартенах по современным технологиям, стали превосходить дамасск в главном – прочности, а как раз это и требовалось от стволов, которые проектировались уже под бездымный порох. Еще в 1830 году стальные стволы Пипера на сравнительных испытаниях превзошли лучшие дамассковые стали, которые, правда, не достигли еще своего совершенства, но ведь и сталь Пипера еще была экспериментальной.

И все-таки получить однородную, чистую сталь в промышленных масштабах было непросто. Наиболее качественную сталь получали из шведской руды, содержащей некоторые легирующие элементы и выплавляемую на древесном угле, не дающем, в отличие от кокса, вредных добавок серы и фосфора. Но к концу ХІХ века большинство трудностей осталось позади и в Европе появилось несколько металлургических центров, производящих качественный металл, пригодный для производства пушечных и ружейных стволов, способных выдержать давление бездымных порохов.

Были такие центры и в России. Возникли они в месте сосредоточения железных руд, источников энергии для металлургических процессов – угля, и текущей воды для привода механизмов – насосов, мехов, молотов, точил, сверлильных станков. С петровских времен развивалось железоделательное дело у купцов Антуфьевых, позже основатель династии Никита Демидович за «высокие показатели» в развитии металлургической промышленности получил от Петра І дворянство и более звучную фамилию, под которой все его и знают – Демидов. Под его началом открылись несколько чугунолитейных и железоделательных заводов. Первым и любимым его детищем был Тульский завод, производящий чугун с дальнейшей переделкой его в сталь. Завод этот был построен на речке Тулице, дающей механическую энергию. Железная руда же была местная, она давно использовалась жителями оружейной слободки, промышляющими изготовлением железных бытовых вещей и оружия. Вокруг были дремучие леса, дававшие древесный уголь. Этот завод стал основой наиболее известного в России завода – императорского Тульского оружейного завода, который официально открылся в 1712 году, когда были пущены …действующие механизмы. Сто лет завод ковал оружие, однако в преддверии наполеоновских войн его все равно не хватало (оружие тогда производилось на Тульском и Сестрорецком казенных заводах). И в 1807 году началось строительство нового завода на базе уже существующего железоделательного на реке Иж. Сырьем здесь служила первоклассная руда горы Благодать, которую использовали давно в частном порядке. А к моменту начала строительства завод, перерабатывая чугун, давал в год до 160 тысяч пудов стали в виде пруткового и полосового железа, якорей и дельных вещей для кораблей, а также кровельного железа. По стечению обстоятельств Ижевский завод развивался обособлено от других, поэтому технология производства оружия здесь несколько отличалась от Тульского, как ведущего в данной отрасли.

Златоустовский завод тоже имел свою металлургическую базу. Но только с внедрением новых технологий удалось добиться высокого на то время качества и высокой производительности. Как раз подошло время перевооружить армию новым малокалиберным оружием, требующим хорошего металла – винтовкой Берданка № 1 (и почти сразу № 2). Среди свойств ствольного материала два показателя являются решающими: предел прочности и предел упругости. Если к образцу материала определенного сечения приложить растягивающее усилие и его увеличивать, то в конце концов при каком-то значении этого усилия на единицу сечения образца (квадратный миллиметр, например) он разрушится, порвется. Это будет предел прочности или, по-научному, временное сопротивление на разрыв. Но до этого при достаточно малых растягивающих нагрузках с образцом ничего не происходит, вернее, он слегка растягивается, сообразно прилагаемым усилиям, а при снятии их приобретает первоначальную длину, или же почти первоначальную. Это удлинение и возвращение к первоначальным размерам называется упругой деформацией. А величина нагрузки, при которой образец удлинился на какую-то величину (например, на 0,05 или 0,02 %) после снятия нагрузки называется предел упругости (предел текучести), тоже приведена к единице поперечного сечения. Дальше образец при превышении этого усилия начинает деформироваться, растягиваясь на какую-то величину в % к первоначальной длине и, наконец, рвется. Эта величина в % тоже дается в таблицах, характеризующих ствольные стали.

Так как современные стали углеродистые, то они подвергаются термообработке, которая улучшает их прочностные характеристики и повышает твердость. Причем твердость всегда обратнопропорциональна относительному удлинению, то есть сталь после закалки хоть и становится более твердой, но зато и более хрупкой.

Последующая операция – отпуск – снижает твердость, но повышает упругость и вязкость стали. Не вдаваясь в физические и химические тонкости этих сложных металлургических процессов, нужно констатировать, что для каждой марки стали, учитывая целевое предназначение и условия ее эксплуатации, существует свой режим термообработки, при которой достигается максимальная величина ее рабочих характеристик, то есть достигается компромисс ее качеств. Большая твердость стали для ствола не мешает, но при этом значительно ухудшаться другие более важные прочностные показатели сопротивления на разрыв, что более важно. Поэтому твердость ствольных заготовок лежит в пределах 21-30 чисел твердости по методу Роквелла для углеродистых ствольных сталей. Эта величина твердости также позволяет производить механическую обработку резанием без большого износа инструмента (твердость инструмента – 60-62 единицы по Роквеллу).

Для последующего перевооружения русской армии винтовкой Мосина понадобилась более прочная сталь, которая могла бы выдержать максимальное давление патрона с бездымным порохом в 2900 кгс/см2. Такой стала мартеновская сталь ижевских заводов со средним значением содержания углеродов 0,5 % и примерно таким же содержанием марганца. Из полезных присадок в ней присутствовали также по 0,3 % хрома и никеля. Значение вредных примесей – серы и фосфора – удалось понизить. Эта сталь стала основным сырьем оружейной промышленности для России (для стрелкового оружия. Для винтовочных стволов сталь закаливали «покрепче», при этом она выдерживала большие давления и была тверже. Для стволов дробовиков сталь закаливали помягче, при этом сталь будет более упругая и вязкая, что важно для тонких (в самом тонком месте толщина стенки ствольной трубки 0,7-0,8 мм) и легких дробовых стволов, в которых и давление даже бездымного пороха в несколько раз меньше чем в стволе современной винтовки.

Сварить партию стали с заданными параметрами даже при уже развитой науке и богатом практическом опыте было непросто. Технология изготовления стволов предписывала каждую плавку в мартеновской печи перед концом плавки проверять на соответствие составляющих элементов. При этом производилась корректировка посредством добавления той или иной присадки (даже неоднократно), и только потом сталь выливали. После этого определяли окончательный состав и согласно этому составу определяли технологические режимы механической обработки и термообработки. На каждой заготовке ствола был выбит номер плавки стали, из которой была прокатана эта заготовка, и согласно этому номеру партии определялась дальнейшая его обработка. С учетом требований ОСТа в это время проходила отбраковка и сортировка заготовок. Такая же, в принципе, технология была при производстве еще более прочных стволов из легированной стали, которые потребовались при принятии на вооружение крупнокалиберных пулеметов, противотанковых ружей и стволов малокалиберных авиационных пушек. Все эти виды вооружения имели высокоскоростной боеприпас, в работе сильно нагревались, а потому требовалась сталь с повышенными прочностными и износоустойчивыми данными. Добавлением в сталь, имеющей свой процент углерода, легирующих добавок, в основном металлов в виде ферросплавов, можно было получить заданные свойства в различных пределах. Вопрос упирался в стоимость стали. Стоимость военного оружия была одной из причин, тормозящих его развитие. Невозможно было создать оружие, в принципе расходный материал, дороже, чем это предусматривалось сметой соответствующих министерств, поэтому всегда выбирался самый дешевый вариант оружия в пределах заданных параметров.

Темы охотничьего оружия это касается в плане создания дорогих «садочных» ружей, которые могут выдержать до полумиллиона выстрелов. В этих ружьях применяется та же сталь, которая была выбрана из числа многих для военных целей. Это сталь 30ХН2МФ, содержащая приблизительно 0,3 % углерода, легированная добавкой 0,5 % марганца, до 0,9 % хрома, 2-2,5 % никеля и 0,2-0,3 % молибдена и ванадия. Имеются сведения, что в случае необходимости ее заменяли сталью 38ХСА или 30ХРА с несколько худшими параметрами, но и менее дорогой.

Попробуем составить таблицу свойств ствольной стали, в которой учтены ее главнейшие параметры. При составлении таблицы пришлось столкнуться с некоторыми трудностями, потому что одну и ту же марку разные авторы подавали по-разному, поэтому здесь возможны разночтение при сравнении с другими источниками. Величины даны в «старых» мерах, как указано в большинстве доступных источников (см. таблицу).

Многочисленные опыты по влиянию сорта ствольного материала на бой ружья (кучность, резкость и т.д.) показали, что материал ствола на бой не влияет, однако в более крепких стволах возможно применение более сильных зарядов. Это касается и дамассковых стволов, которые, как видим, уступают по прочности простой стали, но, правильно сработанные, они допускают применение патрона нормального снаряжения с бездымным порохом. Однако с простыми дешевыми дамассками от таких опытов лучше отказаться, тем более сегодня. Сварочные швы, густо пронизывающие всю толщину ствола, со временем (а ведь прошло уже более 100 лет) ослабли, поскольку именно в стволах скапливаются вредные включения. Мне неоднократно встречались простые дамасски, где имелся прогар (обычно в тонких местах), что было видно по закопченных полосках между слоями. Но нередки и точечные сквозные раковины. Конечно, такие стволы лучше выбраковать. Кстати, одно из свойств дамасска – определение его качеств по узору было основным аргументом у противников дешевых сталей в начале их победного чествования.

Из какой же стали делали стволы в Туле? В советское время вся технологическая деятельность была подчинена органам по стандартизации и сталь, как ижевских, так и тульских и златоустовских ружей, была 50А или 50РА – буква А свидетельствует о том, что от обычной стали 50 она отличалась пониженным содержанием вредных включений (в основном серы и фосфора), а буква Р говорит о том, что она содержала до 1% элемента бора, который, находясь в сплаве, способствовал лучшей прокаливаемости. Для тонкостенных стволов дробовиков это было особенно важно, так как позволяло получить более однородную кристаллическую структуру после термообработки, что и позволило получить их более высокие прочностные характеристики.

При изготовлении ружей, сталь 30ХН2МФА и ее замена шли на ружья высокого класса типа МЦ. Говорят, такие же стволы были у ружей ИЖ-54 до 1962 года, поскольку эти ружья относились к высокому классу. По непроверенным данным в советское время сталь на оружейные заводы поставлялась из Новомосковского и Косогорского металлургических комбинатов, где ее изготавливали по отраслевому стандарту (ОСТ). Еще до войны были в СССР попытки примения в стволах нержавеющую сталь, которая получалась добавкой хрома, а особенно никеля. Даже небольшие добавки их дают положительный эффект, но в процессе возникли значительные трудности с пайкой и воронением такой стали, так что проблему сохранности внутренней поверхности ствола решили заимствованым у итальянцев способом хромирования поверхности канала ствола. Впервые хромированные каналы стволов появились в ижевской модели ИЖ-54 (в Туле с 1964 года). Насколько я понимаю, эти ствольные стали и технологии применяются в России до сих пор. А о заграничных ствольных сталях мы расскажем в следующих публикациях.

А. Вдовенко



Украинская Баннерная Сеть