Разгар ствола

Давно собирался распознать интересные места из книги А.Г.Горста "Пороха и взрывчатые вещества". Третье издание книги вышло в 1972 году, и рекомендовано в качестве учебника для студентов вузов. В учебнике приведены начального уровня сведения о порохах, взрывчатых веществах и пиротехнических составах. Также книга может быть полезна для "химиков и механиков.. . работающих по производству порохов и взрывчатых веществ или снаряжению боеприпасов". Так как число любителей, "работающих по снаряжению боеприпасов", у нас в последние годы сильно выросло, полезно будет осветить ещё раз некоторые моменты.
Меня вот интересует выбор пороха, минимально разрушающего канал ствола, соответственно и цитирую главу о разгаре ствола. Беглый поиск по сайту не дал исчерпывающего описания этого явления и способов его уменьшения.

" $ 11. РАЗГАР СТВОЛА ОРУДИЯ

1. Определение и значение разгара ствола. Вскоре после перехода от дымного пороха к нитроцеллюлозному было замечено разрушительное действие пороховых газов на канал ствола орудия (выгорание). Выгорание сначала заметно понижает кучность стрельбы, а затем после определенного числа выстрелов делает оружие совершенно непригодным.
Первыми признаками выгорания являются матовые пятна на полированной поверхности канала, преимущественно в зарядной каморе. Эти пятна вызываются появлением сетки тонких и неглубоких трещин в металле. При дальнейшей стрельбе отдельные трещины удлиняются, одновременно растет их глубина и ширина. Особенно быстро увеличиваются те трещины, направление которых более или менее совпадает с направлением оси орудия, следовательно, и с направлением движения пороховых газов.
При достаточном развитии этих продольных трещин пороховые газы и несгоревшие частички пороха начинают прорываться между ведущим пояском снаряда и выгоревшим участком поверхности канала. Далее получается вырывание металла и срывание полей нарезов.
При сильном износе нарезы в начальных участках совершенно уничтожаются, вследствие чего в орудиях раздельного заряжания снаряд может быть дослан при заряжании значительно дальше, чем в неизношенном орудии. Такое продвижение снаряда вперед при заряжании вызывает увеличение объема каморы, что влечет за собой уменьшение начальной скорости и дальности стрельбы. В связи с порчей нарезов происходит и уменьшение кучности.
Описанные явления, носящие название разгара ствола, сначала протекают медленно, но по мере увеличения числа выстрелов скорость выгорания все более увеличивается. Практически принято считать, что если начальная скорость снаряда снизилась за счет разгара ствола на 10%, то такой ствол непригоден для дальнейшей стрельбы.
Разгар ствола является результатом действия ряда причин.

2. Действие теплоты на поверхностный слой металла. По Д. К. Чернову, пороховые газы успевают во время выстрела нагреть до высокой температуры тонкий поверхностный слой стенок канала ствола. Этот слой стремится расшириться, чему препятствуют близлежащие холодные слои металла. В нагретом слое возникают напряжения, в результате которых на внутренней поверхности стенок появляются трещины.
Появлению трещин способствует закалка поверхностного слоя, которая имеет место вследствие быстрого охлаждения нагретого слоя после выстрела. Скорость охлаждения еще увеличивается холодным воздухом, врывающимся в канал ствола при открывании затвора для последующего заряжания. Происходит изменение механических качеств металла внутреннего слоя, подобное закалке.
Нитроглицериновые пороха вызывают больший разгар, чем пироксилиновые, даже при равной калорийности. Для уменьшения теплового действия пороховых газов на канал ствола необходимо применять пороха с возможно низкой температурой горения.

3. Механическое воздействие пороховых газов на стенки канала ствола (эрозия). На основании ряда опытов был сделан вывод о влиянии также и механического действия пороховых газов, прорывающихся из каморы через щели между ведущим пояском и стенками канала ствола. Износ канала ствола увеличивается с ростом давления пороховых газов, и наиболее сильное выгорание канала происходит у начала нарезов, т. е. в том месте, в котором ведущий поясок еще не успевает полностью войти в нарезы и где, следовательно, легче происходит прорыв газов.
Работу газов можно сравнить с размыванием, производимым водным потоком. Расчеты показывают, что газы движутся в канале ствола со скоростью примерно 600 м/с. Естественно, что при столь большой скорости раскаленные газовые частицы, ударяясь о металл, разрушают его и образуют извилистые протоки, направленные в основном по образующей канала. Постепенно углубляясь, протоки эти захватывают и ту часть ствола, в которой ведущий поясок снаряда уже полностью врезался в нарезы, По мере увеличения числа произведенных из орудия выстрелов зона протоков постепенно удлиняется от начала нарезов к дулу; в сильно изношенных каналах ширина этой зоны достигает нескольких калибров. В первые периоды износа канала протоки располагаются исключительно по дну нарезов, но по мере увеличения износа начинают захватывать боковые стенки и поля нарезов.
Скорость разгара ствола может быть уменьшена любой мерой, устраняющей прорыв пороховых газов между ведущим пояском и поверхностью канала.
Опыт показал, что обтюраторы даже самого примитивного устройства, в виде чашечки из достаточно жесткого картона, вкладываемые в гильзу, уменьшают разгар канала ствола. Особое значение обтюраторы имеют для орудий патронного заряжания, так как положение снаряда в них при заряжании остается неизменным при любой степени износа канала. Будучи прочно соединен с гильзой, снаряд занимает в заряженном орудии одно и то же положение, обусловливаемое длиной гильзы, продвижение которой вперед ограничено упором шляпки в поверхность гнезда. По мере износа канала и уничтожения начала нарезов в орудиях раздельного заряжания снаряд досылается до упора в нарезы, хотя и поврежденные. В патронных же орудиях с изношенным каналом снаряд уже не упирается в нарезы, вследствие чего в начальный момент должен получиться весьма сильный прорыв пороховых газов.
Кроме картонных обтюраторов, для устранения прорыва газов применяют обмазку ведущих поясков специальной мазью, которая в момент выстрела заполняет зазоры и, смазывая канал, предохраняет его от непосредственного действия газов.

4. Окклюзия пороховых газов. Увеличение давления в каналах приводит к увеличению разгара ствола не только в связи с усилением механического действия газовых струй, но и под влиянием окклюзии пороховых газов.
Окклюзией называют явление поглощения газов металлом. Газ поглощается металлом, образуя в нем твердый раствор (фазу переменного состава), а иногда частично вступая в химическое соединение. Скорость окклюзии и глубина проникновения газов в металл увеличиваются с повышением температуры и давления.
Когда после выстрела ствол принимает нормальное состояние, проникшие в его толщу газы остаются как бы закупоренными в порах и, производя давление на стенки, разрушают металл.
Каналы стволов (особенно в охотничьих ружьях) ржавеют через некоторый промежуток времени после стрельбы, несмотря на то, что непосредственно после стрельбы они были вычищены и смазаны. Такое явление объясняется тем, что окклюдированные газы постепенно выходят из пор металла, в котором они оказались закупоренными после выстрела. В продуктах горения бездымного пороха имеются газы кислотного характера; взаимодействуя с влагой, они образуют кислоты, которые вызывают ржавление металлов.
Окклюзия пороховых газов вызывает не только ржавление металла, но и разрыхление поверхностного слоя канала.
Для уменьшения влияния окклюзии можно применить меры, позволяющие получить необходимые начальные скорости при меньшем давлении в канале орудия. Такое уменьшение давления может быть достигнуто применением прогрессивногорящих порохов.

5. Химическое воздействие продуктов горения порохов. Наряду с термическим и механическим имеет место также химическое воздействие некоторых продуктов горения пороха на канал ствола. Было обнаружено, что в поверхностных слоях металла увеличивается содержание углерода за счет углерода, выделяющегося в результате диссоциации продуктов горения при соприкосновении их с сильно нагретыми стенками канала ствола. При этом слой металла становится более твердым и хрупким, а, с другой стороны, снижается его температура плавления.
Влияние химических факторов увеличивается при быстрых темпах стрельбы, когда стволы нагреваются до 300-500? С.

6. Влияние величины порохового заряда. На износ влияет также количество газов, образующихся при сгорании заряда; это видно из того, что при стрельбе уменьшенными зарядами разгар ствола уменьшается. Разгар возрастает быстрее массы заряда, как это видно по следующим данным о влиянии величины заряда на износ канала ствола английских гаубиц при одинаковом числе выстрелов:

число пучков в заряде __________1 2 3 4 5 6
износ канала ствола в % ____6 9 14 27 48 100

7. Влияние величины калибра. Износ стволов однотипных орудий быстро растет с увеличением калибра. Это видно из следующих данных о живучести стволов длинных пушек, состоявших на вооружении США:

калибр орудия в мм __________120 152 208 254 305
живучесть ствола (число выстрелов) ____200 166 125 100 83

Можно добавить, что пушка калибром менее 100 мм выдерживает тысячи выстрелов, а стволы пулеметов калибром менее 10 мм выдерживают более десяти тысяч выстрелов. При одном и том же калибре стволы орудий, предназначенных для стрельбы на сравнительно малые дальности (гаубицы), имеют большую живучесть, чём стволы орудий для стрельбы на большие дистанции (длинные пушки).
Разгар ствола можно уменьшить, применяя некоторые специальные стали, а также рациональную конструкцию нарезной части. "

К сожалению, в книге мало количественных оценок, а интересно было бы узнать, например - на сколько процентов увеличится разгар при переходе на нитроглицериновый порох при тех же давлениях, или как конкретно связан разгар с давлением, температурой "внутри" и "снаружи" и т.д. Имеющим такие количественные оценки предлагаю поделиться ими здесь.