МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ ХРАНЯЩЕГОСЯ СТРЕЛКОВО-ПУШЕЧНОГО ВООРУЖЕНИЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НИХ ПРОЦЕССОВ КОРРОЗИИ Текст научной статьи по специальности «Физика»

ABOUT CORROSION AGENTS OF SMALL ARMS BARREL WEAPONS AND THE FIGHT AGAINST THEM

А. Yu. Alexandrov, D. V. Korotayev

Influence of decomposition products of capsule composition on small arms barrel channel is considered. Technical maintenance material has been evaluated with a view to increasing the life of small arms and extending their ballistic characteristics.

Key words: corrosion, protection, barrel, solution.

Alexandrov Alexander Yurevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, aleksandrov_kgta@,mail.ru, Russia, Kovrov, Kovrovskaya State Technological Academy named after V.A. Degtyarev,

Korotayev Denis Vyacheslavovich, associate professor, dekorl977abk.ru, Russia, Ryazan, Ryazan Guards Airborne Command School of a name twice decorated with the Order of the Red Banner of the Order of Suvorov of the general V.F. Margelov

УДК 519.87

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ ХРАНЯЩЕГОСЯ СТРЕЛКОВО-ПУШЕЧНОГО ВООРУЖЕНИЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НИХ ПРОЦЕССОВ КОРРОЗИИ

Н.Е. Стариков, А.В. Лаврушин, И.С. Науменко

Рассматривается математическая модель, описывающая закономерности изменения скорости коррозии во времени и степень защиты материалов от коррозии.

Ключевые слова: математическая модель, коррозия, параметр повреждаемости, глубина коррозии, скорость коррозии.

Коррозионные процессы представляют собой сложные физико-химические воздействия, происходящие на поверхности и в объёме деталей и узлов изделий стрелково-пушечного вооружения. СПВ обычно хранится и эксплуатируется в атмосферных условиях, которые воздействуют на металлические детали и элементы, и вызывают развитие так называемой атмосферной коррозии. Скорость атмосферной коррозии может быть очень высокой, иногда превышающей скорость коррозии в морской воде. Поэтому изучению атмосферной коррозии посвящены работы многих исследователей и специалистов. Существенно отметить, что образующиеся при атмосферной коррозии металлов продукты обычно остаются на месте, а не удаляются (как, например, при коррозии в воде). Конструкционные стали корродируют в атмосферных условиях следующим образом. В начале, коррозия развивается сравнительно медленно, но когда пассивная плёнка разрушается и появляется ржавчина, то скорость коррозии увеличивается. Наиболее коррозионно активной средой является воздух индустриальных центров, в котором содержатся сернистые соединения [1, 2].

Для изготовления деталей и элементов СПВ широко используются конструкционные стали (стали марок 30ХН2МФА, 30ХРА, 30ХГСА, 30ХН2МФА-Ш). Коррозионные свойства сталей существенно зависят от величины их электродных потенциалов в различных средах и от способности пассивироваться или активироваться. С повышением содержания углерода в стали её коррозионная стойкость снижается. Например, повышение содержания углерода с 0,2 до 0,9 % снижает её коррозионную стойкость в 2-3 раза. Коррозионная стойкость сталей в кислых и некоторых других средах зависит и от их структуры, т.е. термообработки. Установлено, что коррозия конструкционных углеродистых сталей зависит, прежде всего, от коррозионной среды: концентрации водородных ионов, pH и деполяризующего действия кислорода [3,4].

В настоящее время накоплены систематизированные опытные данные по протеканию коррозионных процессов в конструкционных сталях, что создаёт серьёзную базу для математического моделирования коррозионных процессов. Существенное внимание уделяется влиянию влажной атмосферной коррозии, приводящей к коррозионному растрескиванию структуры материала под действием напряжений. Существенное влияние оказывает также микробиологическая повреждаемость конструкционных материалов [5-9], вызывающая протекание процессов биокоррозии.

Известные методы оценки механической прочности материалов в элементах конструкций основываются в значительной степени на определении допустимых размеров трещиноподобных дефектов и разрушающего напряжения элементов конструкций. В основе методов находится аналитическая модель линейной механики разрушения материалов [10,11]. Эта модель определяет зависимость коэффициента интенсивности напряжений К1, Па/м, от окружного напряжения О0, Па, действующих в конструкции, и геометрических параметров (а, Q) поверхностной трещины по формуле

где ^-коэффициент интенсивности напряжения, Па/м; ое-окружное напряжение, действующее на ствол при максимальном давлении пороховых газов в конструкции, Па; а, О - геометрические параметры поверхностной трещины.

Коэффициент К1 изменяется в диапазоне значений от порогового (в том числе условного) при коррозионном растрескивании до критического при отсутствии коррозионной среды.

Для оценки работоспособности и надежности отдельных узлов и сборочных единиц СПВ с учётом коррозионных процессов целесообразным является их прогнозирование на основе математического моделирования. Наибольший интерес для прогнозирования коррозионных процессов в металлах представляет детерминированная модель. Детерминированная модель представляет собой систему дифференциальных уравнений с экспериментально определяемыми параметрами.

(1)

Детали и узлы СПВ испытывают при функционировании интенсивные силовые нагрузки, приводящие к внутренним напряжениям, распределенным по объёму этих деталей. Распределение напряжений является неравномерным. Мерой напряженного состояния в каждой точке деформируемого материала является симметричный тензор второго ранга (Т0). Известные в механике условия прочности формулируются через инварианты тензора напряжений (11, 12,13) и включают механические параметры материала, описывающие его предельное состояние. Например, широко используемое энергетическое условие прочности имеет следующий вид

1 /2 2 2

-^(01 ) + (02-0"3) + (03-01) , (2)

где а1; а2, а3 - главные нормальные напряжения, Па; апр- характеристика предельного состояния материала (соответствующая его макроразрушению), Па.

Согласно зависимости (2) разрушение наступает тогда, когда удельная энергия формоизменения достигает некоторого предельного значения (гипотеза Губера - Мизеса - Генки [10]). Предельная поверхность, соответствующая критерию энергии формоизменения, имеет вид цилиндра (рис.1).

/

В механике деформируемого твердого тела принимается гипотеза о сплошности материала [10,12]. Таким образом, тензор напряжений Т0 описывает напряженное состояние в сплошном материале (без нарушения его сплошности). Коррозионные процессы, протекающие в структуре материала, приводят к нарушению его сплошности на мезоуровне.В связи с этим, механика повреждаемости вводит в рассмотрение эффективные напряжения

, Па, действующие в макрообъёме с репрезентативным распределении

ем мезодефектов (пор, микротрещин, дисклинаций) по формуле

< = 71,', 1 = ^ (3)

(1 - аю)

где о - напряжения в сплошном материале, Па; ю - эффективный параметр

ч

повреждаемости материала (вследствие протекания в нем коррозионных процессов); а, п - модульный и степенной коэффициенты, определяемые опытным путём.

Параметр «нормирован следующим образом: 0 <ю< 1. Значение ю= 0 соответствует исходному состоянию материала, до протекания в нем коррозионных процессов, а значение ю = 1 соответствует предельному состоянию материала, при котором детали или узлы СПВ полностью теряют требуемые эксплуатационные свойства[1,2,13,20,21]. Текущее значение эффективного параметраюописывает степень деструкции материала в связи с протеканием в нем коррозионных процессов. В связи с этим, при моделировании коррозионных процессов возникает задача математической формулировки кинетического уравнения для параметра повреждаемостию. Для решения этой задачи будем использовать детерминированную модель, задаваемую дифференциальными уравнениями. Будем полагать, что кинетика коррозионных процессов описывается скоростью коррозии V в зависимости от определяющих факторов к (\ = 1,2,...)по формуле

V = г (к). (4)

В литературе скорость коррозии оценивается по потере массы металла с единицы площади его поверхности за определённое время, [г/мм2/год], или по глубине проникновения разрушения в металл, [мм/год]. Для массивных деталей СПВ целесообразно скорость коррозии оценивать по глубине проникновения разрушения по формуле

dh

=а • (5)

где Ь - текущая глубина коррозии, мм; 1 - время коррозии, год.

Для последующего анализа примем допущение о том, что процесс коррозии начинается с поверхности, и вектор £ направлен по внутренней нормали п к внутренней поверхности детали. Согласно опытным данным, с ростом глубины поврежденного слоя скорость коррозии увеличивается и с течением времени асимптотически приближается к некоторому предельному значению (рис. 2).

Это обстоятельство позволяет зависимость скорости коррозии от

времени описать функцией следующего вида [10]

2А% *

Ч = +-- • агсгё—2, (6)

^ п кп2

где - начальная скорость коррозии, мм/год; А - коэффициент нарастания скорости коррозии; к - масштабный временной коэффициент.

Подставляя временную зависимость скорости (6) в дифференциальное уравнение (5) и интегрируя его в пределах от начального момента (* = 0) до текущего, находим глубину поврежденного слоя металла по формуле

Н ( г ) = %г +

2 ЛУь

п

-г ■ агсtg

' г л

к п2

кпЛуи„ ■ 1п

0

1 +

к 2п4

(7)

Результаты расчетов представлены на рис. 3.

V,

мм год

Рис. 2. Изменение скорости коррозии во времени: 1 - vQ = 0,25 мм/год, А = 2, к = 1,1; 2 - v0 = 0,2 мм/год, А = 2, к = 1; 3 - v0 = 0,2 мм/год, А = 2, к = 1,1; 4 - v0 = 0,15 мм/год, А = 2, к = 1

ъ

,

4 6 8 10

t. год

Рис. 3. Изменение глубины поврежденного слоя металла во времени: 1 - v0 = 0,25 мм/год, А = 2, к = 1,1; 2 - v0 = 0,2 мм/год, А = 2, к = 1; 3 - v0 = 0,2 мм/год, А = 2, к = 1,1; 4 - v0 = 0,15 мм/год, А = 2, к = 1

Введём параметр повреждаемости ю следующим дифференциальным уравнением

ёю ., ч V (г) — = ю (г ) = -^

(8)

где ю(г)- скорость повреждаемости, год-1; ^р -предельная глубина поврежденного слоя металла, при котором детали или узлы СПВ полностью теряют требуемые эксплуатационные свойства, мм.

Параметр юнаходится интегрированием уравнения (8)

2

г

0

а

№,

И

Х0 пр

И (X)

И

(9)

пр

где величина И (х) определяется по зависимости (7).

На рис. 4 приведены графики изменения параметра повреждаемости во времени при рассматриваемых значениях коэффициентов А и к. Предельное значение параметра а = 1 соответствует прогнозируемому моменту потери изделием эксплуатационных свойств.

1

0.8 0.6

СО

0.4

0.2

1 1 1 I /' /'■

- / у /Х--'

- //V -

- /, //

> 1 1 1 1

10

ь. год

Рис. 4. Изменение параметра повреждаемости а во времени:

1 - = 0,25 мм/год, А = 2, к = 1,1; 2 - = 0,2 мм/год, А = 2, к = 1; 3 - у0 = 0,2 мм/год, А = 2, к = 1,1; 4 - у0 = 0,15 мм/год, А = 2, к = 1

Приведенные результаты моделирования позволяют сделать следующие выводы. Определяющие соотношения (4)-(9) создают основу для математической модели коррозионных процессов в конструкционных сталях. Достоверность результатов математического моделирования существенно зависит от точности определения материальных функций, входящих в модельные соотношения. В связи с этим возникает актуальная задача создания массива экспериментальных данных для определения материальных функций конструкционных сталей, с учетом протекающих в них коррозионных процессов [5 - 9].

Рассмотрим более подробно конструкционные стали, которые используются для изготовления современных образцов СПВ. К ним относятся хромистые стали (40Х, 30ХРА), высококачественные хромоникель-молибдено-ванадиевые стали (30ХН2МФА, 30ХН2МФА-Ш), хромокремнемарганцевые стали (30ХГСА). Механические свойства некоторых этих сталей приведены в табл. 1. Эти стали используются для изготовления наиболее нагруженных и ответственных деталей и узлов [15].

Известно [2], что кинетика коррозионных процессов описывается скоростью коррозии V в зависимости от определяющих факторов (I = 1,2,...) и времени по формуле

V = / (V). (10)

Скорость коррозии оценивается по потере массы металла т, г, с единицы площади его поверхности Аз = 1, м2, за определенное время по формуле

" .2'

ут =■

йт

йг

г / мм1 год

(11)

или по глубине проникновения разрушения в металл И, мм, по формуле

йИ йг

мм год

(12) Таблица 1

Механические свойства сталей

№ п/п Сталь Предел текучести О , з МПа Предел прочности ОВ, МПа Ударная вязкость «д , кДж/м2 Относительное удлинение, 5, % Относительное сужение, V , % Прочность

ИЯС ИВ

1 30ХРА 1275 1569 490 9 40 43...47 2360

2 30ХН2МФА 784 883 883 10 40 41...51 2639

3 30ХН2МФА-Ш 947 1062 719 9 38 48.53 2639

Если приращение глубины коррозии йИ в пределах единичной площади А£ = 1 принять осредненной, то между обоими показателями скорости коррозии существует следующая связь

Л

Vт = Ю Р Р-, (13)

где р - коэффициент питтингообразования, учитывающий неравномерность коррозии; р - плотность материала, г/мм3.

В самом деле, элементарная масса коррозионного слоя йИ на единичной поверхности Аз,йт = р - Аз-йИили йт = йт/ Аз = р- йИ, откуда, с учетом размерности величин следует справедливость связи (13).

Систематизированные опытные данные показывают, что протекание коррозионных процессов в конструкционных сталях определяется комплексом внешних воздействующих факторов, которые в зависимости от природы их воздействия подразделяются на шесть групп: факторы механические, климатические, биологические, электрические и электромагнитные, тепловые и радиационные и факторы специальных сред [2,7,18]. Из этих групп наибольший научно-практический интерес представляют климатические и биологические факторы, как наиболее долговременные и по своему воздействию приводящие к значительным экономическим затратам. К климатическим факторам следует отнести температуру и влажность воздуха, коррозионные агенты, а также солнечное излучение и атмосферное давление. К биологическим факторам - нефтесинтезирующие организмы (бактерии, актино- и миксомицеты, дрожжи и грибы), фотосинтезирующие организмы (водоросли, лишайники, высшие растения) и некоторые представители беспозвоночных животных (простейшие, полипы, черви) и позвоночных животных.

В табл. 2 приведены опытные данные по скорости коррозии изучаемых конструкционных сталей.

Таблица 2

Коррозионные потери конструкционных сталей_

Конструкционные стали Защитные покрытия Рабоче-консервационные смазки Скоро V, сть корро т/ / мм2 год зии,

Контрольные образцы Образцы, зараженные смесью МО

30ХРА Химическоефосфа-тирование, ускоренное хроматирова-ние, пропитка клеем БФ-4 с нигрозином марки «А» ГОИ-54п 14,5 35,8

30ХН2МФА Химическоефосфа-тирование, ускоренное хроматирова-ние, пропитка клеем БФ-4 с нигрозином марки «А» Лита 39,8 119

30ХН2МФА-Ш Химическоефосфа-тирование, ускоренное хроматирова-ние, пропитка клеем БФ-4 с нигрозином марки «А» МС-70 14,6 18

Для обеспечения стабильной антикоррозионной стойкости сталей применялись защитные покрытия и рабоче-консервационные смазки. Установлено существенное влияние фактора зараженности микроорганизмами на повышение скорости коррозии (табл. 3).

Таблица 3

Данные по скорости коррозии_

Конструкционные стали Скорость коррозии, г/ / мм2

год

В начальный период (г = 0 - 1год), Vo В период нарушения защитного покрытия (г = 6 - 7год), vm В заключительный период (г = 9 -10год), Vk

Контрольные образцы Зараженные образцы Контрольные образцы Зараженные образцы Контрольные образцы Зараженные образцы

30ХРА 14,5 35,8 25,4 51,9 22,4 43,6

30ХН2МФА 39,8 119 61,7 154,7 56,1 131,5

30ХН2МФА-Ш 14,6 18 30,7 34,2 26,1 29,8

Систематизированные опытные данные (табл. 3) показывают, что зависимость скорости коррозии от времени, при фиксированных параметрах можно описать аналитической функцией, в смысле непрерывности и дифференцируемости [9,19]. Свойство аналитичности функции (или

функции (t)) означает, что она может быть разложена в многочлен п-й степени по формуле

n

vm =Pvh =РТ aft, (14)

i=0

где ai - экспериментально определяемые параметры (индекс m при символе скорости, для простоты дальнейших обозначений, будем не принимать во внимание).

Полиномиальная зависимость (14) успешно используется для описания многих закономерностей в механике [12]. Для построения зависимости (14) будем использовать известные условия из экспериментальных, в том числе, опубликованных данных. Согласно опытным данным, с ростом глубины поврежденного слоя скорость коррозии увеличивается и с течением времени приближается к некоторому предельному значению. Однако после достижения более значительной глубины поврежденного слоя (h = Ьшах) может наблюдаться дальнейшее снижение скорости коррозии (рис. 4). Это явление связано с образованием труднорастворимых продуктов коррозии, тормозящих дальнейшее ее развитие. Для построения зависимости (14) будем использовать следующие известные условия (из экспериментальных, в том числе, опубликованных данных): в начальный момент ( t = to ) по формуле

v ( t0 )=vo; (15)

в момент достижения максимальной скорости ( t = tmax ) по формуле

dvt

v (tmax ) = vmax,~dfL = 0 (16)

в заключительной стадии ( t = tk )tmax ) по формуле

v(tk) = Vk. (17)

Эти условия определяют степень полинома (13) n = 3 по формуле

О ^

v = ao + o^t + + . (18)

Внося известные условия (15)-(17) в зависимость (18), получаем систему 4 линейных уравнений для определения параметров ai по формуле

a0 = ^

2 3 =

a0 + tmax a1 + ^max a2 + ^max a3 = ^max, (19)

a1 + 2tmax a2 + 3tmax a3 = 0,

a0 + tka1 + tka2 + t3a3 = vk • 273

Внося известное из первого уравнения (18) значение параметра 00 = VQ в остальные уравнения, получаем систему 3 линейных уравнений с тремя искомыми параметрами а\, 03:

2 3 _

>шах а1 + >шах а2 + >шах а3 = ^шах — 2

а1 + 2>шах а2 + 3>шах а3 = 0,

>ка1 + *ка2 + 4а3 = Ч - ^

которая решается детерминантным методом Крамера по формулам

= В = В2 = В3 а1 = В'а2 = ~о 'а = ~5'

где

(20)

(21)

>шах >2 шах ш шах ушах - у0 шах I3 шах

В = 1 2 шах 3>2 3 шах , А = 0 2 шах 3>2 3шах

>к >1 >3 Ч - ^0 к к

(22)

в2 =

>шах ушах у0 >шах

>к

0

Ч - ^0

31

2

шах

к

а3 =

>шах >шах ушах у0

2^

шах

>к

к

0

Все расчеты выполнялись в программном пакете МаШСАБ. Результаты расчета параметров а0,а\_,а2 и а3 приведены в табл. 4.

Параметры материалов

Таблица 4

Конструкционные стали Параметры материалов

а 0 а1 а 2 а 3

Контр. образцы Зараж. образцы Контр. образцы Зараж. образцы Контр. образцы Зараж. образцы Контр. образцы Зараж. образцы

30ХРА 14,50 35,80 2,57 1,691 -0,07 0,50 -0,01 -0,06

30ХН2МФА 39,80 119 5,39 1,139 -0,20 1,86 -0,02 -0,19

30ХН2МФА-Ш 14,60 18 3,71 3,853 -0,07 -0,11 -0,02 -0,02

1

1

На рис. 5 представлены зависимости скорости потери массы от времени протекания коррозии, построенные по зависимости (18) для приведенных данных (табл. 4).

Временная зависимость потери массы т к текущему моменту времени > находится интегрированием дифференциального уравнения (5). Представляя в дифференциальном уравнении скорость потери массы полиномом (18), находим

т = рк | УтёХ = | (ао + а^ + а^2 + aзt3 =

(23)

= ао ^ - tо)+ а1 (t -10 )2 + ^ -10 )3 + аз (t - Ч) )

а б

Рис. 5. Изменение скорости коррозии во времени: а - контрольные образцы; б - зараженные образцы

Следует заметить, что момент времени г о не обязательно равен ну-

лю,то есть отрезок интегрирования t =

t о ; t

может включать любой за-

даваемый период рассматриваемого процесса коррозии конструкционного материала.

На рис. 6 показаны временные зависимости потери массы изучаемых сталей при различных условиях их защиты от коррозии.

т

г/мм2

т

г/мм2

1500

1000

500

1 1 1 1 30ХН2МФА у/

30ХРА ----""

-------- 30ХН2МФА-Ш 1 1 1

4 6

I, год

10

а б

Рис. 6. Зависимость потери массы металла от времени: а - контрольные образцы; б - зараженные образцы

Введем параметр повреждаемости а следующим дифференциальным уравнением

ёа ., ч ру (t) — = с (t ) = ,

о

где о(*) - скорость повреждаемости, год

-1.

тпр - предельная потеря массы металла, при котором детали или

узлы СПВ полностью теряют требуемые эксплуатационные свойства, г/мм2.

Параметр о находится интегрированием уравнения (24)

* ру (*), т (*)

о= {^Ы = . (25)

0 тпр тпр

На рис. 7 приведены графики изменения параметра повреждаемости во времени для контрольных и зараженных образцов из рассматриваемых сталей. Предельное значение параметра о = 1 соответствует прогнозируемому моменту потери изделием эксплуатационных свойств.

0,6

0.4

1 1 1 1 / ЗОХН2МФА /

// 30ХН2МФА-Ш

- /

/ ЗОХРА

1 1 1 1

0,6

0,4

4 6

I. год

/ 1 30ХН2МФА / 1 1

\/ ЗОХРА V/

/

^^ 30ХН2МФА-Ш

¿^^^ 1 1 1 1

4 6

I, год

а б

Рис .7Изменение параметра повреждаемости во времени: а - контрольные образцы; б - зараженные образцы

Построенные модели позволяют оценить глубину поврежденного слоя И с учетом неравномерности протекания коррозии в пределах площади 5 .

На рис.8 представлены зависимости скорости коррозии по глубине проникания (уи ) от времени протекания коррозии, построенные по зависимости (12) для приведенных данных (табл. 4).

На рис. 9 представлены зависимости изменения глубины поврежденного слоя металла И во времени, построенные по зависимости (12) для приведенных данных (табл. 4).

Приведенные результаты моделирования позволяют сделать следующие выводы. Определяющие соотношения (11), (12), (18), (23) - (26) позволяют построить математическую модель потери массы и глубины поврежденного слоя изделий СПВ из конструкционных сталей вследствие протекания коррозионных процессов. Модель основывается на закономерности изменения скорости коррозии во времени и учитывает степень защиты материалов от коррозии.

0,2

Vh

h'

мм

год

0,05

1 1 30ХН2МФА 1 1

30ХН2МФА-Ш

_ \ ^

ЗОХРА 1 1 1 1

\

Vh

мм год

30ХН2МФА

ЗОХРА

\

0.0S

4 6

t, год

10

ч

30ХН2МФА-Ш

4 б

t, год

а б

Рис. 8. Изменение скорости коррозии уи по глубине проникания во времени: а - контрольные образцы; б - зараженные образцы

мм

0,5

1 1 1 1 30ХН2МФА ^^

- -

^^зохшмфа-Щ^

—\

=====f==::::| | ЗОХРА

1,5

h, мм

0,5

4 6 t, год

10

i i i 30ХН2МФА 1

\ -

ЗОХРА

--\

" 1 1 30ХН2МФА-Ш 1

4 6

t, год

а б

Рис. 9. Изменение глубины поврежденного слоя металла И во времени: а - контрольные образцы; б - зараженные образцы

Результаты моделирования показывают удобство использования двух мер коррозии: по глубине повреждения конструкционного материала

(И) и по потере его удельной массы (т). Величина т является мерой коррозии удельной площади поверхностного слоя изделия, а величина И - локальной характеристикой глубины повреждения. Эти меры дают объективную оценку коррозийной поврежденности изделия, основанную на моделировании с использованием систематизированных опытных данных. Материальные функции, входящие в модельные соотношения и определенные на основе систематизированных опытных данных, позволили получить достоверные результаты по оценке повреждаемости СПВ.

Список литературы

1. Стариков Н.Е., Виноградов С.Н., Пантюхин О.В., Стариков Н.Н. Исследование по повышению стойкости вооружения и военной техники к воздействию микробиологического фактора // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Выпуск Проблемы специального машиностроения. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 342-348.

277

2. Стариков Н.Е., Виноградов С.Н. Результаты комплексных исследований воздействия процессов коррозии и биоповреждений на материалы вооружения // «Оборонная техника». № 1-2. М.: Изд-во ФГУП «НТЦ «Информтехника», 2013. С. 57-65.

3. Стариков Н.Е., Селифонтов Д.О., Гвоздев А.Е., Бреки А.Д. Анализ номенклатуры и требования, предъявляемые к материалам изделий СПВ // II Всероссийская НПК «Калашниковские чтения». Ижевск: Издательство ИжГТУ им. ИжГТУ им. М.Т. Калашникова, 2016. 2. С. 37- 44.

4. Стариков Н.Е., Игнатов А.В., Мишаков А.В., Селифонтов Д.О. Особенности конструкции и характеристика материалов современных образцов СПВ // II Всероссийская НПК «Проблемы эксплуатации авиационной техники в современных условиях». Люберцы: ЦНИИ ВВС МО РФ, 2016. С. 296-299.

5. Стариков Н.Е., Мишаков А.В., Хлебникова С.Ф., Пекар Э.В. Воздействие продуктов метаболизма микроорганизмов на коррозию конструкционных легированных сталей // Известия ТулГУ. Серия «Химия и элек-трофизикохимические воздействия на материалы». 2001. Вып. 2. С. 45-50.

6. Стариков Н.Е., Пекар Э.В. и др. Влияние некоторых кинетических характеристик анодного процесса на скорость коррозии легированных сталей, защищенных смазками при наличии биодеструкторов // Известия ТулГУ. Серия «Химия». Вып. 3. Тула: ТулГУ, 2002. С. 77-81.

7. Стариков Н.Е., Волков А.С. и др. Коррозия легированных сталей под консервационными смазками в присутствии микроорганизмов // «Защита металлов», 2003. Том 39. № 4. С. 403-409.

8. Стариков Н.Е., Мишаков А.В. и др. Анализ коррозионных характеристик легированных сталей в присутствии консервационных смазок и микроорганизмов // Известия ТулГУ. Серия «Материаловедение», 2003. Вып. 4. С. 204-215.

9. Стариков Н.Е., Краснобокий И.В., Тутышкин Н.Д., Запара М.Н. Математическое моделирование коррозионных процессов в конструкционных сталях // Сборник «Вестник Тульского АИИ». Тула: ТАИИ, 2010. Вып. 1. С. 196-202.

10. Работнов Ю.Н. Введение в механику разрушения. М.: Наука, 1987. 80 с.

11. Стариков Н.Е., Гвоздев А.Е., Бреки А.Д., Селифонтов Д.О. Испытания образцов на ударный изгиб для оценки устойчивости металлических сплавов к биокоррозии // VI Международная конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». М., 2015. С. 769-770.

12. Седов Л.И. Механика сплошной среды. М.: Наука, 1984. Т. 2.

560 с.

13. Качанов Л. М. Основы механики разрушения. М.: Наука, 1974.

312 с.

14. Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочности твердых тел. М.: Металлургия, 1971. 264 с.

15. Стариков Н.Е., Лаврушин А.В. Анализ конструкции материалов, применяемых в современных образцах стрелково-пушечного вооружения, используемого в частях и соединениях ВДВ // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 6. С. 229 - 236.

16. Афонин И.З. Защита вооружения от коррозии. Пенза: ВАИУ, 1984. 115 с.

17. Стариков Н.Е., Лаврушин А.В. Методика оценки изменения состояния стрелково-пушечного вооружения при воздействии на него факторов окружающей среды // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 6. С. 272 - 285.

18. Розенфельд И.Л., Рубинштейн Ф.И., Жигалова К. А. Защита металлов от коррозии лакокрасочными покрытиями. М.: Химия, 1987. 224 с.

19. Стариков Н.Е., Лаврушин А.В. Математическая модель биокоррозионных процессов // Научный резерв. Рязань: РВВДКУ, 2019. Вып. 2. (6). С. 28-38.

20. Стариков Н.Е., Бреки А.Д., Семенов С.А., Гвоздев А.Е., Лаврушин А.В. Влияние микроскопических грибов Aspergillus niger на трибо-технические свойства пластичного смазочного материала марки «ЛИТА» // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 7. С. 108-117.

21. Стариков Н.Е., Гвоздев А.Е., Бреки А.Д., Лаврушин А.В., Науменко И.С. Из теории микробиологических коррозионных процессов // XVII Международная конференции посвященной 100-летию со дня рождения проф. Фельдмана И.И., 90-летию со дня рождения проф. Виноградова А.И., Малышева А.В., Скубенко Б.Р. Тула: Тульский государственный педагогический институт им. Л.Н. Толстого, 2019. С. 265-272.

Стариков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, профессор, начальник военного учебного центра, starikov_taii@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Лаврушин Алексей Валентинович, адъюнкт, lavruchin. 78@mail.ru, Россия, Рязань, Рязанское гвардейское высшее воздушно-десантное командное училище,

Науменко Игорь Семенович, военнослужащий, starikov_taii@,mail. ru, Россия, Москва, Министерство обороны РФ

MATHEMATICAL MODELING OF MULTI-FACTOR CORROSION (BIOCORROSION)

N£. Starikov, A.V. Lavrushin, I.S. Naumenko

The article considers a mathematical model of the regularity of changes in the rate of corrosion over time and the degree of protection of materials from corrosion.

Key words: mathematical model, corrosion, parameter of damage, depth of corrosion, rate of corrosion

Starikov Nikolai Evgenevich, doctor of technical sciences, professor, head of the military science center, starikov taii@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

279

Lavrushin Alexey Valentinovich, adjunct, lavruchin. 78@mail.ru, Russia, Ryazan, Guards of the Ryazan Higher Airborne Command School,

Naumenko Igor Semenovich, serviceman, starikov_taii@,mail. ru, Russia, Moscow, Ministry of Defense of the Russian Federation

УДК 623.44; 623.4.017

ОБ АНТИКОРРОЗИОННЫХ И ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ОБРАЗЦОВ НЕКОТОРЫХ ОРУЖЕЙНЫХ МАСЕЛ

А.Ю. Александров, Д.В. Коротаев, Н.В. Данякин, Е.С. Назаренко

Рассмотрена способность некоторых оружейных масел к защите канала ствола стрелкового оружия от воздействия коррозионных агентов. Описаны результаты исследования антикоррозионных и физических свойств некоторых образцов оружейных масел от воздействия различных факторов.

Ключевые слова: масло, ствол, состав, оружие.

Ружейные масла относятся к консервационно-рабочим маслам, защитные свойства которых зависят от их компонентного состава, состоящего из базового масла, различных растворителей и присадок.

Сложный химический, структурно-групповой, элементный состав масел, взаимное влияние различных групп и химических соединений, входящих в состав присадок и загустителей, растворителей (ароматизаторов) влияют на физические и антикоррозионные свойства оружейных масел.

С целью проверки антикоррозионных качеств масел стальные пластины помещались в 3 %-ный раствор NaCl. Результаты испытания масел в растворе NaCl приведены в табл. 1 [1].

Для проверки каждого образца использовался свежий раствор хлорида натрия. Пластинки с нанесенными консервационными материалами и образцы-свидетели подвешивались на шёлковых или капроновых нитях в сосуде с раствором хлористого натрия так, чтобы при полном погружении верхняя часть пластины находилась не менее чем на 5 см ниже уровня раствора. На 1 см2 поверхности испытуемой пластины приходилось не менее 20 см3 раствора. Пластина выдерживалась в растворе при температуре 18...25 °С в течение (2±0,1) часов. По истечении времени выдержки в растворе пластину вынимали, смазку снимали фильтровальной бумагой, промывали растворителем и водой, и осматривали невооружённым глазом.

Испытания на антикоррозионную стойкость в растворе электролита масел РЖ и «Тайга» показали, что коррозионные очаги на поверхности пластины, защищенной маслом РЖ появляются в два раза быстрее, чем маслом «Тайга». Защитные свойства РЖ считаются неудовлетворительными, т.к. за время испытаний на поверхности пластины возникли коррозионные очаги,

280