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槍炮身管損傷行為與機(jī)理::: 版權(quán)信息
- ISBN：9787030695017
- 條形碼：9787030695017 ; 978-7-03-069501-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
槍炮身管損傷行為與機(jī)理::: 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書從槍炮身管使用工況出發(fā), 以身管燒蝕壽命與疲勞特征研究為重點(diǎn), 系統(tǒng)研究和分析槍炮身管的各種損傷現(xiàn)象、規(guī)律和機(jī)理。內(nèi)容包括: 身管工況與材料性能、身管燒蝕與疲勞壽命 ; 身管初速與材料燒蝕、材料燃燒行為與機(jī)理、初速下降解決方案 ; 槍炮精度影響因素、高溫強(qiáng)度與射擊精度及持續(xù)火力 ; 橫彈與高溫耐磨性、材料基體與表面涂層 ; 身管可靠性與疲勞特征等 ; 長(zhǎng)壽命身管材料的要求與特征、實(shí)彈考核驗(yàn)證舉例等。
槍炮身管損傷行為與機(jī)理::: 目錄
目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 槍炮簡(jiǎn)述 1
1.1.1 槍炮種類與特點(diǎn) 1
1.1.2 槍炮發(fā)展 2
1.2 身管使用工況與身管材料 5
1.2.1 身管使用工況 5
1.2.2 身管材料 10
1.3 身管損傷形式與壽終標(biāo)準(zhǔn)及身管燒蝕研究現(xiàn)狀 18
1.3.1 身管損傷形式與壽終標(biāo)準(zhǔn) 18
1.3.2 身管燒蝕研究現(xiàn)狀 19
1.4 存在問題及本書目標(biāo) 24
1.4.1 身管材料的主要問題 24
1.4.2 本書目標(biāo) 25
參考文獻(xiàn) 25
第2章 身管基體及內(nèi)膛表面燒蝕行為 30
2.1 引言 30
2.2 身管基體燒蝕行為與機(jī)理 30
2.2.1 身管基體內(nèi)壁表層形貌觀察 31
2.2.2 身管基體內(nèi)壁截面形貌 35
2.2.3 分析討論 39
2.3 不同種類材料的燒蝕行為 41
2.3.1 試驗(yàn)方法 41
2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果 42
2.3.3 分析討論 47
2.4 不同表面處理下身管燒蝕行為 49
2.4.1 試驗(yàn)方法 49
2.4.2 試驗(yàn)結(jié)果 49
2.4.3 分析討論 52
2.5 本章結(jié)論 53
參考文獻(xiàn) 54
第3章 槍炮身管鋼的磨損行為 56
3.1 引言 56
3.2 磨損定義與分類 56
3.2.1 黏著磨損 57
3.2.2 磨粒磨損 57
3.2.3 疲勞磨損 58
3.2.4 腐蝕磨損 58
3.3 身管內(nèi)膛磨損行為 59
3.3.1 身管內(nèi)膛燒蝕磨損 59
3.3.2 身管內(nèi)膛與彈丸的摩擦磨損 60
3.3.3 身管內(nèi)膛磨損系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 62
3.4 金屬材料的高溫磨損 64
3.4.1 高溫磨損理論 64
3.4.2 高溫磨損性能的影響因素 65
3.4.3 提高鋼鐵材料高溫磨損性能的方法 68
3.4.4 摩擦運(yùn)動(dòng)方式 70
3.5 身管鋼耐磨性能研究 71
3.5.1 試驗(yàn)過程 71
3.5.2 身管鋼摩擦磨損性能 72
3.5.3 身管鋼摩擦磨損形貌 74
3.5.4 身管鋼摩擦磨損機(jī)制 78
3.5.5 高溫摩擦試驗(yàn)機(jī) 81
3.6 身管內(nèi)膛表面處理后的耐磨性能 82
3.6.1 不同材料電鍍鉻的耐磨性能 83
3.6.2 滲氮處理提高身管內(nèi)膛耐磨性 85
3.7 本章結(jié)論 88
參考文獻(xiàn) 89
第4章 槍炮身管鋼的高溫性能 93
4.1 引言 93
4.2 身管鋼工況及面臨的挑戰(zhàn) 93
4.2.1 服役工況對(duì)身管鋼高溫強(qiáng)度的要求 93
4.2.2 身管的高溫及超溫工況 96
4.3 身管鋼強(qiáng)度的理論計(jì)算 99
4.3.1 射擊時(shí)身管受力分析 99
4.3.2 材料的強(qiáng)度理論 100
4.3.3 基于第四強(qiáng)度理論對(duì)身管鋼強(qiáng)度數(shù)值計(jì)算 104
4.4 身管鋼高溫強(qiáng)度研究進(jìn)展 108
4.4.1 金屬材料高溫強(qiáng)度的基本概念 108
4.4.2 金屬材料的高溫強(qiáng)化機(jī)制 110
4.4.3 身管鋼的高溫強(qiáng)度 113
4.4.4 高溫強(qiáng)化的主要機(jī)理 114
4.5 身管鋼高溫硬度研究進(jìn)展 124
4.5.1 高溫硬度的基本概念 124
4.5.2 高溫硬度的變化規(guī)律 125
4.6 本章結(jié)論 127
參考文獻(xiàn) 128
第5章 身管鋼燃燒侵蝕行為 130
5.1 引言 130
5.2 金屬材料的燃燒及侵蝕現(xiàn)象和行為 131
5.2.1 金屬材料極端工況下的燃燒現(xiàn)象 131
5.2.2 燃燒發(fā)生的條件 133
5.2.3 金屬材料的氧侵蝕 134
5.2.4 金屬材料燃燒、氧化與熔化的區(qū)別 139
5.3 金屬材料燃燒行為研究方法與標(biāo)準(zhǔn) 141
5.3.1 國(guó)外金屬材料燃燒試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 141
5.3.2 國(guó)內(nèi)金屬材料燃燒設(shè)備及試驗(yàn)方法 146
5.4 身管鋼燃燒行為研究及分析 148
5.4.1 試驗(yàn)研究方法、過程及原理 149
5.4.2 身管鋼的燃燒行為與動(dòng)態(tài)觀察 149
5.4.3 宏觀燃燒行為 151
5.4.4 微觀燃燒行為 151
5.5 金屬材料燃燒模型的構(gòu)建與計(jì)算分析 154
5.5.1 基于semi-batch反應(yīng)堆的合金/金屬材料燃燒模型 157
5.5.2 基于Evans氧化理論金屬燃燒模型的假設(shè)與建立 159
5.5.3 金屬燃燒截面模型的假設(shè)與模擬 160
5.5.4 模型分析與計(jì)算方法實(shí)例 163
5.6 身管鋼富氧工況下的氧化侵蝕 163
5.6.1 高溫常壓槍炮身管鋼氧化規(guī)律 164
5.6.2 高溫富氧槍炮身管鋼氧化規(guī)律 166
5.7 本章結(jié)論 171
參考文獻(xiàn) 172
第6章 槍炮身管鋼的疲勞特征 175
6.1 引言 175
6.2 身管鋼斷裂韌性和裂紋擴(kuò)展速率 180
6.2.1 金屬材料斷裂韌性 180
6.2.2 疲勞裂紋擴(kuò)展的一般規(guī)律 183
6.2.3 影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的各種因素 184
6.2.4 疲勞裂紋擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)力和阻力 185
6.3 材料斷裂韌性和裂紋擴(kuò)展速率 188
6.3.1 材料斷裂韌性 188
6.3.2 裂紋擴(kuò)展速率 189
6.4 身管材料斷裂韌性和裂紋擴(kuò)展速率 189
6.4.1 兩類材料疲勞性能曲線 189
6.4.2 采用Paris公式進(jìn)行疲勞計(jì)算 192
6.4.3 da/dN-ΔK曲線的測(cè)定 195
6.4.4 裂紋擴(kuò)展性能的分析與討論 197
6.5 身管鋼的高溫低周疲勞 198
6.5.1 高溫低周疲勞測(cè)試 198
6.5.2 身管材料高溫低周疲勞 199
6.6 身管鋼的熱疲勞 202
6.6.1 熱疲勞的測(cè)試方法 206
6.6.2 身管鋼的熱疲勞性能 206
6.6.3 熱疲勞機(jī)制計(jì)算與探討 208
6.7 本章結(jié)論 210
參考文獻(xiàn) 210
第7章 身管鋼應(yīng)力集中與疲勞壽命 214
7.1 引言 214
7.2 應(yīng)力集中與疲勞壽命 215
7.2.1 研究現(xiàn)狀及發(fā)展 215
7.2.2 影響疲勞性能的因素 216
7.3 疲勞壽命模擬試驗(yàn)與研究方法 218
7.3.1 試驗(yàn)用材料 218
7.3.2 試驗(yàn)裝置及疲勞試樣 218
7.4 室溫疲勞性能分析 219
7.4.1 30HRC材料的室溫疲勞測(cè)試與分析 219
7.4.2 35HRC材料的室溫疲勞測(cè)試與分析 223
7.4.3 40HRC材料的室溫疲勞測(cè)試與分析 227
7.5 三種材料某工況下疲勞壽命對(duì)比分析 231
7.6 身管鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展與壽命估算 232
7.6.1 斷裂力學(xué)方法估算裂紋擴(kuò)展 232
7.6.2 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命估算的方法 233
7.6.3 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命計(jì)算與預(yù)測(cè) 235
7.7 本章結(jié)論 237
參考文獻(xiàn) 238
第8章 研究進(jìn)展總結(jié)及實(shí)彈驗(yàn)證 240
8.1 研究總結(jié) 240
8.1.1 燒蝕壽命 240
8.1.2 疲勞壽命 241
8.1.3 身管新材料特征 242
8.2 實(shí)彈驗(yàn)證 244
8.3 本書結(jié)論 246
參考文獻(xiàn) 247
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 槍炮簡(jiǎn)述 1
1.1.1 槍炮種類與特點(diǎn) 1
1.1.2 槍炮發(fā)展 2
1.2 身管使用工況與身管材料 5
1.2.1 身管使用工況 5
1.2.2 身管材料 10
1.3 身管損傷形式與壽終標(biāo)準(zhǔn)及身管燒蝕研究現(xiàn)狀 18
1.3.1 身管損傷形式與壽終標(biāo)準(zhǔn) 18
1.3.2 身管燒蝕研究現(xiàn)狀 19
1.4 存在問題及本書目標(biāo) 24
1.4.1 身管材料的主要問題 24
1.4.2 本書目標(biāo) 25
參考文獻(xiàn) 25
第2章 身管基體及內(nèi)膛表面燒蝕行為 30
2.1 引言 30
2.2 身管基體燒蝕行為與機(jī)理 30
2.2.1 身管基體內(nèi)壁表層形貌觀察 31
2.2.2 身管基體內(nèi)壁截面形貌 35
2.2.3 分析討論 39
2.3 不同種類材料的燒蝕行為 41
2.3.1 試驗(yàn)方法 41
2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果 42
2.3.3 分析討論 47
2.4 不同表面處理下身管燒蝕行為 49
2.4.1 試驗(yàn)方法 49
2.4.2 試驗(yàn)結(jié)果 49
2.4.3 分析討論 52
2.5 本章結(jié)論 53
參考文獻(xiàn) 54
第3章 槍炮身管鋼的磨損行為 56
3.1 引言 56
3.2 磨損定義與分類 56
3.2.1 黏著磨損 57
3.2.2 磨粒磨損 57
3.2.3 疲勞磨損 58
3.2.4 腐蝕磨損 58
3.3 身管內(nèi)膛磨損行為 59
3.3.1 身管內(nèi)膛燒蝕磨損 59
3.3.2 身管內(nèi)膛與彈丸的摩擦磨損 60
3.3.3 身管內(nèi)膛磨損系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 62
3.4 金屬材料的高溫磨損 64
3.4.1 高溫磨損理論 64
3.4.2 高溫磨損性能的影響因素 65
3.4.3 提高鋼鐵材料高溫磨損性能的方法 68
3.4.4 摩擦運(yùn)動(dòng)方式 70
3.5 身管鋼耐磨性能研究 71
3.5.1 試驗(yàn)過程 71
3.5.2 身管鋼摩擦磨損性能 72
3.5.3 身管鋼摩擦磨損形貌 74
3.5.4 身管鋼摩擦磨損機(jī)制 78
3.5.5 高溫摩擦試驗(yàn)機(jī) 81
3.6 身管內(nèi)膛表面處理后的耐磨性能 82
3.6.1 不同材料電鍍鉻的耐磨性能 83
3.6.2 滲氮處理提高身管內(nèi)膛耐磨性 85
3.7 本章結(jié)論 88
參考文獻(xiàn) 89
第4章 槍炮身管鋼的高溫性能 93
4.1 引言 93
4.2 身管鋼工況及面臨的挑戰(zhàn) 93
4.2.1 服役工況對(duì)身管鋼高溫強(qiáng)度的要求 93
4.2.2 身管的高溫及超溫工況 96
4.3 身管鋼強(qiáng)度的理論計(jì)算 99
4.3.1 射擊時(shí)身管受力分析 99
4.3.2 材料的強(qiáng)度理論 100
4.3.3 基于第四強(qiáng)度理論對(duì)身管鋼強(qiáng)度數(shù)值計(jì)算 104
4.4 身管鋼高溫強(qiáng)度研究進(jìn)展 108
4.4.1 金屬材料高溫強(qiáng)度的基本概念 108
4.4.2 金屬材料的高溫強(qiáng)化機(jī)制 110
4.4.3 身管鋼的高溫強(qiáng)度 113
4.4.4 高溫強(qiáng)化的主要機(jī)理 114
4.5 身管鋼高溫硬度研究進(jìn)展 124
4.5.1 高溫硬度的基本概念 124
4.5.2 高溫硬度的變化規(guī)律 125
4.6 本章結(jié)論 127
參考文獻(xiàn) 128
第5章 身管鋼燃燒侵蝕行為 130
5.1 引言 130
5.2 金屬材料的燃燒及侵蝕現(xiàn)象和行為 131
5.2.1 金屬材料極端工況下的燃燒現(xiàn)象 131
5.2.2 燃燒發(fā)生的條件 133
5.2.3 金屬材料的氧侵蝕 134
5.2.4 金屬材料燃燒、氧化與熔化的區(qū)別 139
5.3 金屬材料燃燒行為研究方法與標(biāo)準(zhǔn) 141
5.3.1 國(guó)外金屬材料燃燒試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 141
5.3.2 國(guó)內(nèi)金屬材料燃燒設(shè)備及試驗(yàn)方法 146
5.4 身管鋼燃燒行為研究及分析 148
5.4.1 試驗(yàn)研究方法、過程及原理 149
5.4.2 身管鋼的燃燒行為與動(dòng)態(tài)觀察 149
5.4.3 宏觀燃燒行為 151
5.4.4 微觀燃燒行為 151
5.5 金屬材料燃燒模型的構(gòu)建與計(jì)算分析 154
5.5.1 基于semi-batch反應(yīng)堆的合金/金屬材料燃燒模型 157
5.5.2 基于Evans氧化理論金屬燃燒模型的假設(shè)與建立 159
5.5.3 金屬燃燒截面模型的假設(shè)與模擬 160
5.5.4 模型分析與計(jì)算方法實(shí)例 163
5.6 身管鋼富氧工況下的氧化侵蝕 163
5.6.1 高溫常壓槍炮身管鋼氧化規(guī)律 164
5.6.2 高溫富氧槍炮身管鋼氧化規(guī)律 166
5.7 本章結(jié)論 171
參考文獻(xiàn) 172
第6章 槍炮身管鋼的疲勞特征 175
6.1 引言 175
6.2 身管鋼斷裂韌性和裂紋擴(kuò)展速率 180
6.2.1 金屬材料斷裂韌性 180
6.2.2 疲勞裂紋擴(kuò)展的一般規(guī)律 183
6.2.3 影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率的各種因素 184
6.2.4 疲勞裂紋擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)力和阻力 185
6.3 材料斷裂韌性和裂紋擴(kuò)展速率 188
6.3.1 材料斷裂韌性 188
6.3.2 裂紋擴(kuò)展速率 189
6.4 身管材料斷裂韌性和裂紋擴(kuò)展速率 189
6.4.1 兩類材料疲勞性能曲線 189
6.4.2 采用Paris公式進(jìn)行疲勞計(jì)算 192
6.4.3 da/dN-ΔK曲線的測(cè)定 195
6.4.4 裂紋擴(kuò)展性能的分析與討論 197
6.5 身管鋼的高溫低周疲勞 198
6.5.1 高溫低周疲勞測(cè)試 198
6.5.2 身管材料高溫低周疲勞 199
6.6 身管鋼的熱疲勞 202
6.6.1 熱疲勞的測(cè)試方法 206
6.6.2 身管鋼的熱疲勞性能 206
6.6.3 熱疲勞機(jī)制計(jì)算與探討 208
6.7 本章結(jié)論 210
參考文獻(xiàn) 210
第7章 身管鋼應(yīng)力集中與疲勞壽命 214
7.1 引言 214
7.2 應(yīng)力集中與疲勞壽命 215
7.2.1 研究現(xiàn)狀及發(fā)展 215
7.2.2 影響疲勞性能的因素 216
7.3 疲勞壽命模擬試驗(yàn)與研究方法 218
7.3.1 試驗(yàn)用材料 218
7.3.2 試驗(yàn)裝置及疲勞試樣 218
7.4 室溫疲勞性能分析 219
7.4.1 30HRC材料的室溫疲勞測(cè)試與分析 219
7.4.2 35HRC材料的室溫疲勞測(cè)試與分析 223
7.4.3 40HRC材料的室溫疲勞測(cè)試與分析 227
7.5 三種材料某工況下疲勞壽命對(duì)比分析 231
7.6 身管鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展與壽命估算 232
7.6.1 斷裂力學(xué)方法估算裂紋擴(kuò)展 232
7.6.2 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命估算的方法 233
7.6.3 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命計(jì)算與預(yù)測(cè) 235
7.7 本章結(jié)論 237
參考文獻(xiàn) 238
第8章 研究進(jìn)展總結(jié)及實(shí)彈驗(yàn)證 240
8.1 研究總結(jié) 240
8.1.1 燒蝕壽命 240
8.1.2 疲勞壽命 241
8.1.3 身管新材料特征 242
8.2 實(shí)彈驗(yàn)證 244
8.3 本書結(jié)論 246
參考文獻(xiàn) 247
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槍炮身管損傷行為與機(jī)理::: 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 槍炮簡(jiǎn)述 1.1.1 槍炮種類與特點(diǎn) 槍炮武器是以發(fā)射藥為能源，用身管射擊彈丸等戰(zhàn)斗部的武器，廣泛裝備于陸、海、空各軍兵種。通常，槍炮武器按身管口徑的大小劃分類別：20mm以下的稱為槍械；20mm及以上的稱為火炮[1]。其中，在射擊過程中主要利用發(fā)射藥燃?xì)獾哪芰炕蛲獠磕茉磥韺?shí)現(xiàn)自動(dòng)裝填彈藥并連續(xù)射擊的槍炮稱為自動(dòng)武器。通常用“槍炮”一詞來統(tǒng)稱火炮與自動(dòng)武器[2]。 戰(zhàn)爭(zhēng)的多樣性決定了槍械與火炮品種的多樣性，它們的功能各有側(cè)重，輕重梯次配置，和其他武器相互補(bǔ)充、優(yōu)化組合，形成完整的裝備和火力體系[3]。 槍械是步兵突擊火力的重要組成部分，用于近距離殺傷敵方有生力量，壓制火力點(diǎn)，攻擊陸地輕型裝甲目標(biāo)、低空目標(biāo)、小型船只，是進(jìn)攻和防御中作戰(zhàn)的有效武器，也是三軍主要的自衛(wèi)武器，具有機(jī)動(dòng)靈活、不受地形氣象條件約束、適應(yīng)性強(qiáng)、勤務(wù)保障簡(jiǎn)便等特點(diǎn)[4]。槍械按槍管內(nèi)膛結(jié)構(gòu)可分為滑膛槍和線膛槍；按使用對(duì)象可分為軍用槍、特種槍、獵槍、運(yùn)動(dòng)槍、教學(xué)槍、防暴槍等；按作戰(zhàn)用途可分為手槍、步槍、沖鋒槍、機(jī)槍、特種槍等；按結(jié)構(gòu)和動(dòng)作方式可分為半自動(dòng)槍、全自動(dòng)槍、轉(zhuǎn)膛槍、氣動(dòng)槍等；按口徑大小可分為大型、中型、小型、微型；按重量可分為重型、輕型、微型[5]。槍械在名稱上可同時(shí)反映以上分類方法，如重型機(jī)槍、微型沖鋒槍、小型運(yùn)動(dòng)步槍等[6]。 火炮是戰(zhàn)場(chǎng)上常規(guī)武器的火力骨干，配置于地面、空中、水上各種運(yùn)載平臺(tái)上[7]，進(jìn)攻時(shí)用于摧毀敵方的防御設(shè)施，殺傷有生力量，摧毀裝甲車輛、空中飛行物等運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，壓制敵方的火力，實(shí)施縱深火力支援，為后續(xù)部隊(duì)開辟進(jìn)攻通道；防御時(shí)用于構(gòu)成密集的火力網(wǎng)，阻攔敵方空中、地面的進(jìn)攻，對(duì)敵方的火力進(jìn)行反壓制；在國(guó)土防御中用于駐守重要設(shè)施、進(jìn)出通道及海防大門[8]。火炮具有火力密集、反應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)、可以射擊制導(dǎo)彈藥和靈巧彈藥以實(shí)施精確打擊等特點(diǎn)。火炮按用途分為壓制火炮(榴彈炮、加農(nóng)炮、火箭炮、迫擊炮等)、高射炮、反坦克炮(含無坐力炮、單兵火箭)、坦克炮、步兵戰(zhàn)車炮、航炮、艦炮和海岸炮等類型；按行走方式分為牽引炮、自行炮、軌道炮、鐵道炮等類型[9]。 1.1.2 槍炮發(fā)展 我國(guó)是槍炮的發(fā)源地，*早于公元前5世紀(jì)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就出現(xiàn)了拋石機(jī)，在北周和隋唐時(shí)期西傳，先為早期的阿拉伯人使用，后傳入歐洲。公元7世紀(jì)，唐代醫(yī)藥學(xué)家孫思邈發(fā)明了黑火藥，其于10世紀(jì)初開始用于武器。拋石機(jī)除了拋射石塊外，還拋射帶有燃爆性質(zhì)的火器，如霹靂炮、震天雷等。在拋射的能源以黑火藥代替人力后，拋石機(jī)便發(fā)展為“炮”。 朝代更替輪回，火器也在戰(zhàn)爭(zhēng)中逐漸演化升級(jí)，人們發(fā)現(xiàn)把火藥放在管通容器里引爆使火力從管口噴出，不但具有很強(qiáng)的方向性，而且火力集中，殺傷力大，具有隨身攜帶、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、移動(dòng)方便等優(yōu)點(diǎn)。公元1132年(南宋紹興二年)，陳規(guī)鎮(zhèn)守德安城時(shí)發(fā)明了火槍。火槍用竹筒制成，竹筒就是后來身管的雛形，內(nèi)裝火藥，臨陣點(diǎn)燃，通過噴火燒敵；據(jù)《宋史 兵志》記載，公元1259年(宋開慶元年)，壽春府“又造突火槍，以巨竹為筒，內(nèi)安子窠，如燒放焰絕，然后子窠發(fā)出如炮聲，遠(yuǎn)聞百五十余步”。突火槍這種竹制拋射火器同時(shí)具備了火藥、身管、彈丸3個(gè)基本要素，可以認(rèn)為它就是槍炮的雛形。隨著拋射火器品種的逐漸增多，手持的火器演化為槍械，其他火器演化為火炮。 突火槍雖對(duì)所指方向人員具有一定的殺傷力，但是竹制身管強(qiáng)度太低，裝藥量稍大就有可能出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象。戰(zhàn)國(guó)中晚期，中國(guó)冶煉與制造鐵器的技術(shù)工藝也已處于成熟階段，為了保證火器使用的安全性，由銅、鐵金屬制造的火器管筒應(yīng)運(yùn)而生。槍或者炮統(tǒng)稱為“銃”，明代學(xué)者邱浚的《大學(xué)衍義補(bǔ) 器械之利》中說：“近世以火藥實(shí)銅，鐵器中，亦謂之炮，又謂之銃。”[U1]有研究表明，在已出土的公元140年以前制造的、見諸報(bào)道的銅銃中，沒有發(fā)現(xiàn)口徑為4～9cm的銃，出土銅銃的口徑，或者大于9cm，或者小于4cm。如果這種現(xiàn)象屬實(shí)，則說明當(dāng)時(shí)只生產(chǎn)兩類銃：口徑大于9cm和口徑小于4cm的。前一類口徑大、裝藥多、火力強(qiáng)、比較重，即后世所稱的炮(管)；后一類口徑小、裝藥少、火力弱、比較輕，即后世所稱的槍(管)，同時(shí)表明當(dāng)時(shí)槍管已經(jīng)開始產(chǎn)生分化。這一時(shí)期，火器已廣泛用于戰(zhàn)場(chǎng)，被世人尊稱為“銅將軍”。 用銅、鐵金屬材料代替竹制材料制成“銃”，是槍管歷史中的一次巨變。如今的槍管、炮管以及現(xiàn)代武器的絕大部分，都是在金屬材料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 13世紀(jì)，我國(guó)的火藥和火器沿著絲綢之路傳入歐洲。19世紀(jì)中葉以前的火炮(槍)一直采用前裝式滑膛身管，射擊球形彈丸，威力有限。1823年，硝化棉火藥(無煙藥)出現(xiàn)，使火炮和槍械的射程有了大幅度的提高。19世紀(jì)中葉，出現(xiàn)帶螺旋膛線的線膛身管，實(shí)現(xiàn)了射擊銳頭圓柱彈丸的設(shè)想，膛線迫使彈頭在槍管里產(chǎn)生螺旋向前運(yùn)動(dòng)，相對(duì)地延長(zhǎng)了火藥燃?xì)饨o彈頭做功的時(shí)間，使彈頭獲得較多的能量，初速提高，射程更遠(yuǎn)。彈頭在炮(槍)管里做螺旋向前運(yùn)動(dòng)，在射出炮(槍)口后，依靠慣性仍然做螺旋向前運(yùn)動(dòng)，從而保持穩(wěn)定的飛行軌跡，顯著地提高了火炮與槍械的射擊密集度和射程。 膛線發(fā)明后，火炮與槍械發(fā)展迅速，普奧戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)前，歐洲人在槍管后部設(shè)置彈膛，發(fā)明了槍身后端快速裝填彈藥的新結(jié)構(gòu)，為現(xiàn)代武器(后裝槍)的誕生創(chuàng)造了條件。 近一個(gè)世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及戰(zhàn)爭(zhēng)需求的推動(dòng)，自動(dòng)武器種類快速更新，作戰(zhàn)性能不斷提高。火炮的發(fā)展歷程大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：牽引式、自行式、車載式。在**次世界大戰(zhàn)中，戰(zhàn)場(chǎng)上出現(xiàn)了坦克，在第二次世界大戰(zhàn)中，戰(zhàn)斗機(jī)、導(dǎo)彈相繼投入使用，火炮因其抗擊目標(biāo)種類多、抗干擾能力強(qiáng)、反應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)勢(shì)，故其存在越發(fā)重要。冷戰(zhàn)結(jié)束以后，全球范圍內(nèi)地區(qū)沖突的加劇和沖突事件的增多，對(duì)火炮的性能提出了新的要求，即高機(jī)動(dòng)性、高射擊精度、長(zhǎng)壽命，在不損失戰(zhàn)斗性能的同時(shí)向輕型、緊湊型發(fā)展。目前，隨著導(dǎo)彈的迅速發(fā)展，尤其是精確制導(dǎo)導(dǎo)彈的發(fā)展，海上艦艇和陸基重要部位的防空要求日益提高。近年來，多場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)表明：高價(jià)值目標(biāo)是戰(zhàn)爭(zhēng)空襲中主要和首先被打擊的對(duì)象。防空導(dǎo)彈雖射程遠(yuǎn)、命中精度高，但難以應(yīng)對(duì)超低空中飛行的武裝直升機(jī)和許多低空突防的巡航導(dǎo)彈，故無法單獨(dú)完成野戰(zhàn)防空任務(wù)。小口徑高炮具有火力猛、反應(yīng)快、重量輕、機(jī)動(dòng)靈活、隱蔽能力和抗電子干擾能力強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、裝備費(fèi)用低等突出優(yōu)點(diǎn)，成為低空突防的有效克星，在歷次現(xiàn)代防空作戰(zhàn)中，都發(fā)揮了重要作用，并取得了顯著效果。1973年10月的第四次中東戰(zhàn)爭(zhēng)，以色列共損失飛機(jī)120架，其中被23mm高炮擊落的占55%，在埃及軍隊(duì)突破“巴列夫”防線的一次戰(zhàn)斗中，前三小時(shí)以色列軍隊(duì)飛機(jī)就被埃及軍隊(duì)23mm高炮擊落18架。1982年，馬島戰(zhàn)爭(zhēng)中，馬島阿根廷軍隊(duì)的地面防空力量只有一個(gè)防空營(yíng)，但它的30mm和40mm高炮卻擊落了英國(guó)軍隊(duì)11架飛機(jī)，占英國(guó)軍隊(duì)損失飛機(jī)總數(shù)的32%。1991年，在為期43天的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，伊拉克軍隊(duì)的防空導(dǎo)彈只擊落了10架敵機(jī)，占多國(guó)部隊(duì)損失戰(zhàn)機(jī)的16%，高炮擊落敵機(jī)卻有54架，占總數(shù)的84%，而且擊落了2枚“戰(zhàn)斧”式巡航導(dǎo)彈。1998年12月17日，美國(guó)及其盟友對(duì)伊拉克發(fā)動(dòng)了代號(hào)為“沙漠之狐”的空中打擊，美國(guó)軍隊(duì)在前兩天射擊了305枚巡航導(dǎo)彈，但其中的77枚被23mm高炮的密集炮火擊落。1999年3月爆發(fā)科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)，南聯(lián)盟防空軍在6天中，用小口徑高炮擊落13架北約飛機(jī)，包括F-117A隱形飛機(jī)，以及30枚巡航導(dǎo)彈。1999年5月南聯(lián)盟防空部隊(duì)擊落了47架北約飛機(jī)、4架直升機(jī)、21架無人駕駛飛機(jī)和近100枚巡航導(dǎo)彈，其中80%以上被小口徑高炮擊落。 小口徑速射武器是近程武器系統(tǒng)的重要組成部分。然而20世紀(jì)50年代西方國(guó)家曾一度削弱了小口徑火炮的研究力度，將開發(fā)重點(diǎn)傾向于發(fā)展導(dǎo)彈，美國(guó)甚至將陸軍高炮轉(zhuǎn)為國(guó)民警衛(wèi)隊(duì)和預(yù)備隊(duì)，導(dǎo)致60年代越南戰(zhàn)爭(zhēng)中大量的美軍飛機(jī)被高炮擊落，使得上述忽略高炮發(fā)展的觀點(diǎn)被戰(zhàn)爭(zhēng)所否定。當(dāng)今近程武器系統(tǒng)是各國(guó)爭(zhēng)相發(fā)展的重點(diǎn)，而且開發(fā)海、陸、空三軍通用的武器類型成為當(dāng)前的趨勢(shì)。70年代，特別是80年代以來，發(fā)達(dá)國(guó)家陸續(xù)開發(fā)出各種基于自動(dòng)原理的小口徑自動(dòng)火炮，主要有以下幾類： (1) 利用氣退式(導(dǎo)氣式)原理的瑞士厄利孔公司[U2]生產(chǎn)的KAB、KBB、KCB、KDF等多種口徑自動(dòng)炮； (2) 利用管退式原理的瑞典博福斯公司[U3]生產(chǎn)的L/[U4]70型40mm高炮； (3) 利用轉(zhuǎn)膛原理的法國(guó)30mm“德法”航炮和俄羅斯HH-30型AK-230艦炮； (4) 利用轉(zhuǎn)管原理的美國(guó)七管30mm GAU-8/A航炮和俄羅斯六管30mm AK-630艦炮； (5) 利用鏈?zhǔn)皆淼拿绹?guó)休斯公司25mm M242[U5]、30mm XM-230式炮。 日本海軍將領(lǐng)曾指出，沒有近程武器系統(tǒng)就談不上是海軍。雖然該說法很極端，但近年來的戰(zhàn)例充分說明了對(duì)小口徑速射武器需求的迫切性。例如，由于缺少速射武器，1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美艦“斯塔克號(hào)”被伊拉克的法制“飛魚”導(dǎo)彈重創(chuàng)；馬島戰(zhàn)爭(zhēng)中英艦“謝菲爾德號(hào)”被“飛魚”導(dǎo)彈擊沉等。此外，美國(guó)及其盟友對(duì)伊拉克發(fā)動(dòng)的“沙漠風(fēng)暴”行動(dòng)中，**批導(dǎo)彈攻擊[U6]就造成伊拉克的雷達(dá)站、指揮系統(tǒng)等重要部位幾乎被毀。近年來，各國(guó)發(fā)展的近程武器系統(tǒng)詳見表1.1。 表1.1 各國(guó)發(fā)展的近程武器系統(tǒng) 小口徑速射火炮作為防御導(dǎo)彈、飛機(jī)等空中攻擊的*后一道防線，對(duì)其性能要求迅速提高，當(dāng)前世界各國(guó)都在發(fā)展適應(yīng)自己需求的高性能速射武器。俄羅斯“卡什坦”系統(tǒng)中的AK-630艦炮就是典型代表之一，其射速可達(dá)到5000發(fā)/min。意大利研制的“萬發(fā)”系統(tǒng)還解決了遲發(fā)火問題。德國(guó)的“德雷肯”系統(tǒng)和瑞士的“千發(fā)”系統(tǒng)都使用了轉(zhuǎn)膛炮。現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)高作戰(zhàn)性能速射武器和身管材料性能的要求如下： (1) 高射速。當(dāng)導(dǎo)彈速度達(dá)到2Ma～3Ma時(shí)，需要速射武器系統(tǒng)多管總射速達(dá)到9000發(fā)/min[U9]，這就意味著身管材料達(dá)到射擊極限時(shí)需承受更高的溫度。 (2) 高精度。近程武器系統(tǒng)(彈/炮結(jié)合)，如表1.1中“卡什坦”系列中的AK-630，屬于彈/炮結(jié)合系統(tǒng)，除了配備12管速射火炮以外，還配備8枚反導(dǎo)導(dǎo)彈，分別應(yīng)對(duì)10km以內(nèi)和外層攻擊，對(duì)亞聲速反艦導(dǎo)彈，命中率為95%，但應(yīng)對(duì)“靈巧、智能”導(dǎo)彈則無能為力。更高的精度要求意味著必須進(jìn)一步提高身管材料在射擊過程中的抗變形、抗振動(dòng)性能。 (3) 大威力。對(duì)于采用彈道末段蛇行和天頂攻擊的智能導(dǎo)彈，即使是“彈雨”或“彈幕”等近程武器系統(tǒng)，命中的炮彈數(shù)目也將大幅減少，所以必須采用更大的射彈動(dòng)能才能將目標(biāo)擊毀，這意味著身管將承受更大的膛壓。 (4) 長(zhǎng)壽命。當(dāng)應(yīng)對(duì)飽和攻擊和連續(xù)攻擊時(shí)，導(dǎo)彈可以形成目標(biāo)流，即使速射武器可以連續(xù)射擊，也不能保證自身的絕對(duì)安全，現(xiàn)在速射武器連續(xù)射擊的時(shí)間普遍都有限制，作為重要部件的身管，長(zhǎng)壽命是生存的前提條件。 美國(guó)的火炮專家施蒂弗爾[U10]指出，身管材料已成為速射武器發(fā)展的關(guān)鍵。現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)要求武器戰(zhàn)斗性能提高，但武器壽命卻縮短了，所以延長(zhǎng)身管壽命成為亟待解決的問題。目前，制約火炮發(fā)展的*主要問題是身管材料的使用壽命偏低和不穩(wěn)定，其中*關(guān)鍵的問題是如何認(rèn)識(shí)制約和影響其使用壽命的本質(zhì)因素，即炮鋼的失效本質(zhì)和壽命與炮鋼性能、火藥成分等之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，身管失效行為與機(jī)理是火炮發(fā)展的必然要求。 1.2 身管使用工況與身管材料 1.2.1 身管使用工況 槍炮是以火藥為能源，利用火藥在身管內(nèi)燃燒產(chǎn)生的氣體能量射擊彈丸等戰(zhàn)斗部的武器。身管不僅要承受高溫高壓燃燒火藥氣體的燒蝕作用，還要承受高速運(yùn)動(dòng)彈丸對(duì)它的機(jī)械磨損作用。射擊時(shí)，在彈丸沿內(nèi)膛加速的幾毫秒內(nèi)，火藥爆燃產(chǎn)生的高溫火藥氣體，使身管內(nèi)膛瞬間達(dá)到很高的溫度和壓力。內(nèi)膛燃?xì)馑矔r(shí)溫度可高達(dá)2500～3800K，此溫度取決于
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