Projekty badawcze sfinansowane z dotacji na dzia³alnoœć statutow¹

44
Projekty badawcze sfinansowane z dotacji...
Prace IM¯ 4 (2007)
Projekty badawcze sfinansowane z dotacji na dzia³alnoœæ statutow¹
Research projects financed by the State Budget Funds assigned for statutory activity
Jerzy Stêpieñ
Badania stali na elementy pocisków
artyleryjskich i rakietowych stosowanych
w armii polskiej. Stan aktualny
i przewidywania
Wspólnie z WITPiS Sulejówek dokonano przegl¹du stosowanych stali na elementy pocisków artyleryjskich i rakietowych oraz opracowano za³o¿enia do technologii ich
wytwarzania. Ustalono, ¿e w technologii wytwarzania
korpusów rakiet dla systemu MLRS mog¹ byæ wykorzystane doœwiadczenia uzyskane podczas prac adaptacyjnych stali 15HGMV na korpusy silników rakietowych.
Przeprowadzono mikroskopowe badania mikrostruktury
stali 15HGMV przed i po zgniataniu obrotowym umo¿liwiaj¹cym okreœlenie anizotropii w³aœciwoœci i struktury
oraz zale¿noœci wielkoœci podziarn od gruboœci œcianki
korpusu po zgniataniu obrotowym na zimno.
Examinations of steel for components of artillery
shells and rocket missiles used by Polish army.
Current situation and predictions
Together with WITPiS Sulejówek, the review of steels
used for components of artillery shells and rocket missiles
was carried out and assumptions for their manufacturing
technology were developed. It was established that in the
technology for making bodies of rockets for MLRS system
the experiences gained during the adaptation works related to 15HGMV steel for rocket motor bodies might be used.
The microscopic examinations of 15HGMV steel microstructure before and after roll flowing, which allows determination of anisotropy of properties and structure,
and of relationships between the size of minus meshes and
thickness of the body wall after cold roll flowing were carried out.
Wprowadzenie
Celem pracy by³o okreœlenie zapotrzebowania przemys³u zbrojeniowego na pó³wyroby hutnicze przeznaczone na pociski artyleryjskie i rakietowe. W ramach pracy
przeprowadzono przegl¹d stosowanych stali we wspó³pracy z Wojskowym Instytutem Techniki Pancernej i Samochodowej w Sulejówku [1] oraz opracowano za³o¿enia do
technologii ich wytwarzania. Zakres pracy zosta³ ograniczony mo¿liwoœciami dostêpu do danych, ze wzglêdu na tajemnice producentów krajowych i zagranicznych (w zakresie informacji i dostêpnoœci wyrobów do badañ).
Przeprowadzono równie¿ rozeznanie wymagañ czystoœci, struktury i w³aœciwoœci mechanicznych stali przeznaczonej na korpusy rakiet dla laserowego systemu naprowadzania na cel. Ustalono, ¿e technologi¹ wiod¹c¹ przy
wytwarzaniu korpusu silnika rakietowego i g³owicy jest
przeróbka plastyczna na gor¹co i na zimno. Materia³ wyjœciowy w postaci wlewków elektro¿u¿lowych zostanie wyciœniêty na gor¹co na tuleje z wykorzystaniem hutniczego
urz¹dzenia stosowanego do produkcji rur bez szwu na poziomych prasach hydraulicznych. Dalsz¹ przeróbkê plastyczn¹ bêdzie zgniatanie obrotowe na zimno. W technologii tej zostan¹ wykorzystane dotychczasowe doœwiadczenia uzyskane podczas prac adaptacyjnych stali 15HGMV
na korpusy silników rakietowych. Celem pracy by³y rów-
nie¿ badania struktury i w³aœciwoœci stali przeznaczonej
na nowe skorupy do pocisków zastosowanych w broni kasetowej.
W skorupach z nowo opracowanej stali MOD1 stosowanej w broni kasetowej po ulepszaniu cieplnym uzyskano
w³aœciwoœci spe³niaj¹ce standardy NATO obowi¹zuj¹ce
dla skorup stosowanych dla wy¿szych ciœnieñ wystrza³u:
Re: min 1000 MPa i Rm: min 1200 MPa. W badaniach fragmentacji skorup ze stali MOD1, 4140H i 45H1 uzyskano
zbli¿one wyniki. Uzyskano udzia³y od³amków skutecznych
w masie ca³ej skorupy na bardzo wysokim poziomie ok.
90% [2 i 3].
Przeprowadzono równie¿ mikroskopowe badania mikrostruktury stali 15HGMV przed i po zgniataniu obrotowym w zakresie umo¿liwiaj¹cym okreœlenie anizotropii
w³aœciwoœci i struktury oraz zale¿noœci wielkoœci podziarn od gruboœci œcianki korpusu po zgniataniu obrotowym na zimno. Zgniatanie obrotowe na zimno stali
15HGMV stosuje siê w celu uzyskania struktury drobnoziarnistej. Stanem wyjœciowym przed zgniataniem obrotowym jest struktura martenzytu odpuszczonego po ulepszaniu cieplnym [4–6].
Opis badañ strukturalnych
Obecnie w kraju na skorupy artyleryjskie stosuje siê
g³ównie stal 45H1, która nie spe³nia wymagañ NATO na
korpusy pocisków od³amkowo-burz¹cych HE (high explosive). Standardy NATO spe³nia materia³ nowo opracowanego gatunku stali oznaczonego symbolem roboczym
MOD 1 [2]. Z przeprowadzonych badañ fragmentacji [3]
wynika, ¿e skorupy z zaproponowanej nowej stali MOD 1,
amerykañskiej 4140H i pochodz¹cej z krajowej produkcji
przemys³owej stali 45H1 fragmentuj¹ podobnie.
Wykonane dotychczas w IM¯ badania strukturalne mechanizmu odkszta³cenia na zimno stali 15HGMV stosowanej w przemyœle amunicyjnym wskazuj¹ na du¿y wp³yw
sposobu wytwarzania stali, przygotowania pó³wyrobu
oraz technologii wytwarzania wyrobu finalnego na otrzymywanie i powtarzalnoœæ w³aœciwoœci mechanicznych wyrobu. Przygotowanie wytycznych do opracowania technologii procesu wytwarzania wymaga okreœlenia wp³ywu
procesu technologicznego na okreœlone czynniki strukturalne i na w³aœciwoœci mechaniczne. Celem tych badañ
by³o okreœlenie anizotropii w³aœciwoœci mechanicznych
oraz wielkoœci i sposobu odkszta³cenia na zimno na strukturê korpusu. Badania wykonano na odcinkach korpusów.
Na powierzchni bocznej widoczne by³y wyraŸne pr¹¿ki.
Wykorzystuj¹c kierunek tych pr¹¿ków wyciêto próbki do
badañ wytrzyma³oœciowych wzd³u¿ kierunku osiowego
odkszta³cania i prostopadle do tego kierunku. Ze wzglêdu
na geometriê próbek wytrzyma³oœciowych wybrano fragmenty korpusów o nastêpuj¹cych gruboœciach œcianek:
1,2; 1,6; 3,15 i 3,17 mm. Wykonano po trzy próbki wzd³u¿ne
i poprzeczne dla wszystkich czterech gruboœci, mia³y one
nietypow¹ geometriê, ale próbê rozci¹gania wykonano
tak, by zosta³y spe³nione wymogi normy w zakresie wyznaczania Rm i A5 [7].
Prace IM¯ 4 (2007)
Projekty badawcze sfinansowane z dotacji...
Podsumowanie
Proponuje siê, aby przy modernizacji amunicji przeciwpancernej 125 mm na okucie zastosowaæ nowy gatunek
stali o wy¿szej wytrzyma³oœci w stosunku do wytrzyma³oœci uzyskiwanej w dotychczas stosowanej stali Bw11,
ze wzglêdu na stosowanie wy¿szych ciœnieñ w lufach armat czo³gowych. Do tego celu nadaje siê nowo opracowana
w IM¯ stal Bw5HGNMV, a stosowana na okucia do pocisku
120 mm dla armaty czo³gu.
Do modernizacji amunicji artylerii polowej 122 mm na
korpus silnika rakietowego prognozuje siê zastosowaæ
stal 15HGMV opracowan¹ w IM¯, natomiast na skorupy
pocisków od³amkowo-burz¹cych nale¿y zast¹piæ dotychczas stosowan¹ stal 45H1 stal¹ MOD1 nowo opracowan¹
w IM¯ we wspó³pracy z WITPiS. Nowa stal (MOD1) ma
sk³onnoœæ do fragmentowania na tym samym poziomie co
stal amerykañska 4140H i polska 45H1, ale ma znacznie
wy¿sze w³aœciwoœci mechaniczne (podobnie jak stal amerykañska 4140H) w stosunku do stali 45H1, a tym samym
mo¿e byæ stosowana w lufach armat z zastosowaniem wy¿szych ciœnieñ (ok. 400 MPa) [8].
W modernizacji amunicji moŸdzierzowej przy projektowaniu granatów od³amkowo-burz¹cych i kasetowych nale¿y uwzglêdniæ zastosowanie nowo opracowanej w IM¯ stali MOD1 o wy¿szych w³aœciwoœciach mechanicznych i równie dobrych w³aœciwoœciach fragmentacji jak dotychczas
stosowana stal 45H1.
W ma³okalibrowej amunicji przeciwlotniczej w pocisku
jedynymi elementami ze stali lub stopów ¿elaza s¹ pierœcienie wiod¹ce, które w amunicji 35 mm wykonywane s¹
z materia³u ¿elaznego o symbolu 004G (zawartoœæ wêgla
na poziomie tysiêcznych czêœci procenta) opracowanej
w IM¯. Natomiast w amunicji przeciwlotniczej rakietowej
nale¿y uwzglêdniæ stosowanie stali 15HGMV [9].
Wprowadzenie w armii polskiej Systemu Artylerii Rakietowej kal. 227 mm o zasiêgu powy¿ej 60 km bêdzie poprzedzone pracami i opracowaniami realizowanymi w formie projektu badawczego finansowanego ze œrodków bud¿etowych. W ramach realizacji projektu przewiduje siê
opracowanie za³o¿eñ konstrukcyjnych miêdzy innymi budowy czêœci metalowej rakiety niekierowanej z ró¿nymi
g³owicami. Podstawowym celem proponowanego projektu
badawczego bêdzie zaprojektowanie technologii produkcji
amunicji rakietowej kalibru 227 mm mo¿liwej do wdro¿enia w krajowym przemyœle zbrojeniowym.
Zasugerowana w pracy [10] mo¿liwoœæ powi¹zania
w³aœciwoœci mechanicznych z elementami struktury korpusu, zosta³a w niniejszej pracy zrealizowana. Anizotropia wytrzyma³oœci w kierunku wzd³u¿nym i porzecznym
jest niewielka (ok. 1,02), co potwierdzaj¹ obserwacje mikrostruktury prowadzone zarówno w pacy [10], jak i w niniejszej pracy, stwierdzaj¹ce brak steksturowania materia³u korpusu.
LITERATURA
1. Modrzewski J., Starczewsli L.: „Charakterystyka pocisków
artyleryjskich i rakietowych wraz z obowi¹zuj¹cymi w³aœciwoœciami w armii polskiej i zgodnoœci tych wymagañ ze
standardami NATO“, Sprawozdanie WITPiS Sulejówek, kwiecieñ 2006, nie publ.
2. Starczewski L., Stêpieñ J., Nyc R.: „Opracowanie podstaw
technologii produkcji w kraju kad³ubów artyleryjskich pocisków od³amkowo-burz¹cych du¿ych kalibrów (do 155 mm),
spe³niaj¹cych wymagania NATO”, sprawozdanie z realizacji
projektu badawczego nr PB 0T00C 007 25, 2005 r.
3. Sprawozdanie z badañ fragmentacji modeli skorup, NKJ/
882/2005, sierpieñ 2005 r.
45
4. Stêpieñ J., Paduch J.: „Wstêpny dobór gatunku stali na kad³ub
silnika GRAD”, Spr. IM¯ Nr B- 01058 /BM/ 99, marzec 1999 nie
publ.
5. Stêpieñ J., Paduch J., Bo³d T.: „Dobór gatunku stali na wyroby
specjalne”, mat. konfer Ko³obrzeg 21–24 kwietnia 1999.
6. Norma francuska : AIR Nr 9160C071.
7. Wojtas J, Cesarz S. Raport z badañ nr 19/06/TEM/BL, czerwiec 2006 r., nie publ.
8. Stêpieñ J.: Opracowanie charakterystyk trzech modelowych
stali oraz wykonanie wytopów próbnych, Sprawozdanie IN¯.
Nr BO-1168/BW/2004, grudzieñ 2004 r.
9. Stêpieñ J.: W³asnoœci technologiczne stali do g³êbokiego odkszta³cania na zimno. Komisja Budowy maszyn PAN Oddzial
Poznañ t.21, nr 1, s. 201–214 2001 r.
10. Stêpieñ J., Wojtas J.: „Badania strukturalne mechanizmu odkszta³cenia na zimno stali dla przemys³u amunicyjnego”,
Sprawozdanie IM¯ nr S0-0553, grudzieñ 2005 r.