Аннотация: Рассмотрены материалы, применяемые для стрелкового оружия. Статья предназначена для инженеров ВПК. Может быть интересна всем лицам, интересующимся оружием.
Итак, из чего же нам делать стрелковое оружие? Сначала давайте определимся с типами СО и в каких условиях им приходится работать. Типы СО: боевое, спортивное и охотничье (служебное) оружие. Спортивное оружие - это скорее не оружие, а спортивный инвентарь, предназначенный для стрелкового спорта, и поэтому имеющий черты огнестрельного оружия. И отношение к нему такое же. От него требуется точность, эргономичность, надежность и прочность в размерах одного дня соревнований. Стоимость имеет второстепенное значение. Ну, кроме массового спорта - физкультуры, для которой в Союзе были созданы массовые виды спортивного оружия: ПМЦ, Иж-38, ТОЗ-8 и т.д. Поэтому выбор материалов для спортивного оружия не так критичен и я его рассматривать подробнее не буду. Делать можно из стали, дюраля, силумина, дере-ва, полиамида - все равно, главное чтоб было удобно и точно.
Охотничье оружие. Тут уже все серьезнее. Во первых осенний или зимний лес с бо-лотом - это не стрельбище и не дорожка биатлонистов, условия уже повеселее. Во-вторых не всегда охота - это выезд на один день на утру с последующей пьянкой. Есть такое понятие, как промысел, когда приходится уходить в лес и на неделю, и на две. Ну а в третьих, если на стрельбище отказ в самом плохом случае может окончится снятием с соревнований, то на охоте в случае встречи с кабаном последствия могут быть фатальными. И не имеет значения, сломалось оружие ли вообще, или просто патрон порченный - результат один. Поэтому охотничье оружие уже намного ближе по требованиям к боевому, чем спортивное, однако и оно имеет ряд ограничений. Во первых, квалификация стрелка. Обычно, перед тем как идти на кабана, оружие изучают, пристреливают и к нему привыкают (а иногда и дорабатывают под себя). Перед собственно охотой его чистят и во время нее стараются в грязь не тыкать. Перемещаются и стреляют в основном стоя, редко кто ползает (кроме гусиной охоты), посему грязи с ствол забивается на порядок меньше, чем у боевого оружия. Стоимость также не критична (кроме промыслового оружия). Охотники любители готовы тратить на оружие не один десяток тысяч рублей, "обвешивая" и "вылизывая" свою "любимицу". Зачастую попа-даются индивиды, которые себе для "пострелушек" AW покупают за 350 т.р. Опять же точность. Лось на 150, кабан на 35 или волк на 100м - это не мишень ?7 на 50м. По-этому охотничье оружие должно быть надежным, пригнанным к конкретному стрелку и ориентированным на мгновенную вскидку. Т.к. по законодательству запрещено стрелять свыше дальности прямого выстрела (до 400м для .223 и .300), то точности 15х15 для абсолютного большинства охот за глаза (кроме пушного зверя). Посему требования к материалам и обработке не так критичны, как для боевого оружия - большее значение имеет качественное изготовление патронов и УСМ, и пригонка оружия под стрелка. Поэтому до сих пор используется дерево - материал, который очень удобно дорабатывать в условиях мастерской или кухни.
Служебное оружие. Следует различать служебное оружие и гражданское оружие (самообороны). Первое служебное (полицейское и охранное). То же что и боевое, но условия эксплуатации более мягкие. Обеспечивается регулярная чистка, меньше загрязнения и более квалифицированное обслуживание. Однако в городе больше замкнутых пространств и больше твердых углов. Поэтому оружие должно быть короче и лучше приспособлено к падениям на бетон и кирпич. Еще большее значение уделяется безопасности. Посему больше предохранителей и систем "защиты от дурака". Опять же, правовые аспекты и наличие мирного населения. Оно не должно страдать. Поэтому ограничивается дульная энергия, стрельба очередями, патроны де должны обладать большим пробивным действием и давать рикошеты. А зачастую они вообще нелетальные. Точность оружия должна обеспечивать поражение только преступника на данной дистанции стрельбы. Короче, служебное оружие - это скорее не спортивный инвентарь, а медицинский инструмент, главная задача которого - не навредить (мирному населению), и не уничтожит, а нейтрализовать преступника. Гражданское оружие - это почти тоже, но с еще большим упором на "защиту от дурака" и ограничение воздействие вследствие меньшей квалификации "обслуживающего персонала". Гражданское оружие - это ответ на вопрос, какую гранату надо дать обезьяне, чтобы она и отбиться ей сумела, и не убила никого. Вопрос конечно сложный, поэтому до сих пор и идут споры по поводу гражданского оружия самообороны. Поэтому в отношении материалов к служебному оружию следует сказать лишь то, что они должны быть ориентированные на длительное ношение (минимальная масса), мгновенное применение (отсутствие острых углов и выступающих элементов) и стойкость к падению на бетонный пол и ударам о кирпичные стены. Стоимость желательно минимальная при массовом производстве, чтобы можно было с "лохов" денег оружейным заводам собрать и пустить вырученные капиталы на что-то более сложное и нужное. Поэтому все чаще оно делается (иногда целиком) из стеклонаполненного полиамида - материала, отвечающего всем этим требованиям.
Теперь боевое оружие. Сложность боевого оружия заключается в том, что оно работает на верхнем пределе всех характеристик. Точность делается максимально-возможно высокой, стоимость - максимально возможно низкой, а условия эксплуатации мало чем отличаются от условий эксплуатации совковой лопаты. При этом надежность его критично важна и должна быть абсолютной (желательно). Критерий один - эффективность, т.е. боевая эффективность/ стоимость. Опять же, следует различать оружие мирного и военного времени. Если в мирное время оружие производится в основном на специализированных заводах серийно (иногда крупносерийно, а иногда мелко серийно) из тех материалов, из каких надо и эксплуатируется достаточно квалифицированным персоналом при условии нормально обслуживания и планово-предупредительного ремонта, то в военное делают его где попало и из чего попало, эксплуатирует неквалифицированный персонал, чинить часто негде, нечем и некогда, а эффективность должна быть на уровне при минимальной стоимости в условиях массового производства. Если оружие на это не рассчитано, то войне оно не пригодно. В первую мировую войну Тульский и Ижевский заводы были на 60-80% заняты ремонтом "неубиваемой мосинки"и по-этому царскому правительству пришлось закупать винтовки где придется - у Америки, у Японии, у Англии (см. Федоров "В поисках оружия"). При этом большинство ремонта было мелким. Поэтому после войны были организованны армейские ремонтные мастерские, занимающиеся ремонтом непосредственно в войсках. Во время ВОВ более эффективное ПТР Симонова было предпочтено однозарядному ПТР Дегтярева, как более простому в производстве. Да и вообще Советский Союз победил в войне во многом потому, что у него было отлажена концепция выпуска "фронтового" оружия - простого, дешевого и эффективного. Германия не мог-ла ответить адекватным выпуском оружия, т.к. отличалась концепция. Концепция советского ВПК - "Все для фронта, все для победы". Концепция любого частника - "Срубить бабок" - закон увеличения прибыли. Поэтому при достаточной эффективности немецкого оружия глав-ной задачей было срубить с правительства за него максимум денег. А для этого необходимо как-то оправдать высокую цену. Для этого используются в оружие самые современные технологии (зачастую не нужные) и навороты. Реклама и антиреклама, подкуп чиновников, "втирание очков" - вот методы убеждения правительства купить именно это оружие. При этом до самого конца войны немцы так и не смогла делать такое же качественное ствольное оружие. До-пуски на изготовление стволов и снарядов были в 1,5-2 раза выше, чем у русского оружия. При этом стволы делались составные, а цельные вследствие отсутствия достаточной производственной базы. (см. "Производство Арт Систем", Таптун, 1960г). Не, у советского оружия тоже были минусы - отсутствие внимания к "мелочам", не знакомство конструкторов и высшего командного состава с тактикой применения оружия, междоусобная борьба КБ, "очковтирательство". Война правда быстро поставила все на свои места и в 1942г СССР опередил Германию по объему производства военной продукции. Однако ошибки в проектировании стоил очень дорого. Но нужно понять: Союз действовал как единая компания, интересы которой совпадают с интересами государства, а в Германии (да и не только в ней) интересы компаний зачастую противостояли интересам государства. Поэтому я считаю, что производством военной техники должны заниматься государственные компании. Частные же должны лишь составлять им конкуренцию, занимаясь околовоенными заказами - охотничьим и спортивным оружием, может выдвигая свои проекты на конкурс.
Итак материалы. Нужно разделить в огнестрельном оружии командные и некомандные детали . КД участвуют непосредственно в процессе выстрела и воспринимают на себя воздействие газов - ствол, затвор, газоотводные механизмы и эжекторы, дульные устройства. НкД служат для вспомогательных целей: корпуса, ствольные коробки и накладки, магазины и прикла-ды, кронштейны и сошки и т.д.
- Композитные материалы (сплошные и "сэндвичи" - сталь/ алюминий/титан, сталь/алюминий/пластик, керамика/пластик и т.д.).
Материалы КД должны держать давление газов, сопротивляться их воздействию (эрозионному и химическому разрушению), быть стойкими к перегреву (локальному до 1500-180С и общему до 400-500С) без потери прочности, при разрушении не давать вторичных осколков (держать "взрывную пробу"). При этом они (для боевого) должны быть ремонтопригодными, дешевыми в массовом производстве, легкообрабатываемыми и не дефицитными . Иначе их в военное время придется заменять на более дешевые, простые и технологичные аналоги.
-Сталь. Классический, наиболее распространенный и известный материал для КД огнестрельного оружия. Подробнее про сталь см. в книге В.Швеннинга "Конструкции и материал стволов огнестрельного оружия". Плюсы: ремонтопригодность, низкая стоимость, недефицитность, технологичность, высокие боевые показатели. Минусы: большая масса. Для специального оружия - возможность обнаружения металлодетекторами. Применяется везде - от охотничьих ружей и спортивных винтовок (сталь 50РА) до танковых пушек (сталь ОХН3МФА-У(Ш)). Для стволов РСЗО применятся сталь 20, как наиболее стойкая к воздействие газовой струи ракеты. Для стволов охотничьего оружия в Америке применяется нержавеющая сталь (А20Х13 - наш аналог). Однако для боевого оружия нержавейка не походит вследствие низкой теплопроводности (в 1,7-2 раза хуже обычной стали) и низких прочностных свойств. Для улучшения сопротивлению истиранию стволы стрелкового оружия хромируют (твердым хромом), чем достигается повышение их живучести в 2,5-3 раза (от обычных 10тыс до 25-30 тыс выстрелов для винтовочных патронов). Для повышения сопротивляемости эрозийному износу (что бывает у мощных орудий - танковых, зенитных или морских) стволы хромируют (не всегда) толстым (50-180мкм) молочным хромом. В принципе, всвязи с развитием металлургии, экономить на материале стволов без смысла и я считаю что для всех автоматических систем (в т.ч. полуавтоматических) необходимо применять вместо классической 50РА легированную 30ХН2МФА, обеспечивающую теплостойкость до 400-450С и КТ800-КТ1000 против 200-250С и КТ600-КТ800 для 50РА. В принципе, сталь является на сегодняшний день идеальным материалом и все остальные материалы нужны только для снижения массы. Все КД, как ответственные, обрабатываются давлением (ОМД) и не изготавливаются литьем, т.к. при литье могут быть скрытые дефекты, которые вылезут только на испытаниях, а при ОМД (ковка, штамповка, прокатка, радиальное обжатие) они вылезают еще на стадии получения за-готовки и бракованные заготовки дальше не пойдут. Единственным исключением является центробежное литье, которое применяется однако только для получения неответственных труб (корпусов гидросистемы - откатников и накатников) или заготовок под стволы крупных калибров, обрабатываемых потом ОМД или механикой с обязательными испытаниями.
-Титан. Плюсы (по сравнению со сталью) - при той же прочности легче (почти в 2 раза), немагнитен. Минусы: стоимость в 25-40 раз выше, обрабатываемость в 6-10 раз хуже, нестоек к воздействию пороховых газов (охрупчивается, и причем очень быстро) и при температуре свыше 400С резко теряет механические свойства. Поэтому мне известен только один случай применения титана для стволов СО - ствол 20мм гранатомета OICW, т.к. он гладкий, легче чистится и не должен перегреваться.
- Специальные сплавы (ЭП722, ЭП730). Основная часть - кобальт. Кроме него никель, хром, молибден, железо. Плюсы - высокая жаропрочность - до 1000С. Минусы - очень высокая стоимость, дифицитность, крайне тяжелая механическая обработка. Впервые применены американцами для авиационной пушки в начале 60х, а также для пулемета М60. Наши содрали сплав (ЭП722), а потом сделали более дешевый аналог (ЭП730). Попробовали применить, но плюнули - стоимость лейнера (вкладного стволика) приближалась к стоимости всей пушки. Теоретически может окупаться в стволах авиационных и зенитных орудий, но на практике ре-шили на него плюнуть и делать по старинке из стали.
Алюминиевые сплавы вследствие маленькой жаропрочности, теплостойкости и модулю упругости для командных деталей не применяются.
- Композитные материалы (сплошные). Обычно стеклопластик. Плюсы - меньшая масса по сравнению со сталью. Минусы - маленькая живучесть (обычно 1 выстрел), плохая теплопроводность, низкая точность обработки, более высокая стоимость. Применяются в основном для одноразового применения - трубы РПГ и корпуса ракет.
- Композитные материалы (сэндвичи). Новое направление в разработке стволов. Типа Сталь -Стеклопластик, Сталь-Алюминий-Стеклопаласик, Сталь-Алюминий-Углепластик, Керамика-Углепластик. Плюсы - еще меньше масса по сравнению со сталью, живучесть равна стали (в случае вкладного стального стволика), высокая точность обработки. Минусы - плохая тепло-проводность (хоть и выше, чем у чистого стеклопластика), высокая стоимость. Имеет смысл применять для специального оружия (КСВ для спецназа, немагнитные пистолеты для ФСБ и т.д.) - для массового оружия непригодны вследствие большой себестоимости и сложности из-готовления.
Вывод: для боевого автоматического оружия следует применять сталь 30ХН2МФА или 38ХН3МФА с показателем КТ800-КТ1000 и хромированным каналом ствола (Х.Тв.30-50).
Для специального оружия могут быть применены композитные стволы (Сталь-Алюминий-Угле- стекло-пластик).
Теперь некомандные детали. Это ствольные коробки, крышки, приклады, цевья и т.д. Издревле для этих деталей использовалась обычная сталь и дерево. Сталь вследствие высокой удельной прочности, а дерево вследствие низкой стоимости, недефецитности, достаточно высокой удельной прочности, легкообрабатываемости и низкой теплопроводности, что важно для защиты рук стрелка от ожогов и обморожений. Также дерево рассеивало колебания от выстрела. Однако дерево легко кололось и было весьма мягким. Да и имело скверную особенности набухать и коробится. Поэтому, начиная с начала 60-х годов, вместо сплошного дерева (дуба, ореха, а иногда и простой березы) стала применяться толстая фанера - дельта-древесина. Чуть позже, всвязи с развитием химической промышленности, появились стеклопластики на основе фенол-формальдегидной смолы - АГ-4 и ДСВ. Они давали возможность получать детали методом литья под давлением. При серии свыше 10000 отливок ЛпД экономически выгоднее других способов обработки - механики, штамповки. Именно из них стали изготавливать пресловутые "оранжевые" магазины для АКМ. Однако ДСВ обладал рядом минусов. Это заметность неокрашенного пластика и хрупкое разрушение, что давало множество вторичных осколков при попадании пули в магазин, которые потом было сложно обнаружить рентгеном. Поэтому служивые эти магазины не любят, предпочитая их старым стальным (от которых пуля или осколок могут уйти на рикошет), или новым полиамидным. Итак, Полиамид. Появился в 80-х годах. Имеет все преимущества АГ-4 (высокая удельная прочность, возможность литья под давлением, стабильность свойств в широком диапазоне температур), но крое того не дает осколков, малозаметен и может вторично перерабатываться, в отличие от реактопласта АГ-4, который льется только один раз, а потом не плавится, а лишь коксуется. Однако полиамид (ПА-6, ПА66, ПА610 и ПА12) обладает и минусами. Низкий модуль упругости -2100МПа против 21000 у стали, набухаемость в воде (до 2%), невысокая твердость, сложность литья. Он полупрозрачен (как полиэтилен) и первые детали делались тальконаполненные (см Steyr AUG A1 обр 1977), что уменьшало влагопоглощение дл 0,6% и делало его непрозрачным. Добавление 30% рубленного стекловолокна дало возможность повысить модуль упругости до 7000МПа (как у алюминиевых сплавов), твердость и уменьшить водопоглощение до 0,3%. Такой материал широко применяется для корпусных деталей (корпуса перфораторов, бензопил и т.д.) со средины 80-х годов. Цвет - темносерый вследствие добавления графита (см. Steyr AUG A2, АК-74М), что увеличило износостойкость. Его хорошие конструкционные и технологические качества вдохновили западных конструкторов на изготовление из него корпусов СО целиком (см HK G36 обр 1993г). Такие детали получаются очень дешевыми в массовом производстве при хороших прочностных характеристиках, возможности получения любых поверхностей. Однако им присущ минус всех литых деталей - невозможность контроля качества детали без разрушения. Стоит кому-то перегреть форму, куда льется полиамид - пойдет его деструкция, недогреют - непрольется или прольется с большими внутренними напряжениями и потом может лопнуть. Поэтому все ответственные детали из полиамида (и поликарбоната ПК тоже) после литья варят в воде (или масле для ПК) для снятия внутренних напряжений и набухания материала. Но в любом случае изготовление деталей методом литья по давлением из пластмасс требует хорошей организации производства, высокой технологической дисциплины, нового оборудования, хорошего образования конструкторов и технологов - уровня , короче, требует.
Разностенность (отношение максимального к минимальному сечению) отливки должна быть не больше 2,5, а толщина стенки из полиамида не более 5мм, иначе будет брак - газовые пузыри, утяжины и трещины. В этом случае деталь ломается хрупко, а не пластично. В той же G36 бывают случаи перелома приклада (если на него наступить неудачно), хотя казалось бы прочности должно хватать за глаза... Причина - литье. Поэтому применение литья для получения силовых ответственных деталей СО (в первую очередь ствольных коробок) остается под вопросом. Однако преимущества стеклонаполненного полиамида над древесиной и реактопластами очевидны и его можно смело рекомендовать для изготовления цевья, сошек, накладок и даже прикладов (с соблюдением принципов конструирования деталей из пластмасс).
Для силовых же деталей (в первую очередь ствольной коробки) лучше применять малоуглеродистую качественную сталь (типа стали 20 или 09Г2С), полученную штамповкой и вытяжкой. Она дешевая, технологичная, имеет высокие удельные жесткость и прочность, пластически деформируется (гнется, а не ломается) и очень ремонтопригодна. Она сваривается в полевых условиях любой сваркой, клепается, обрабатывается резанием. В этом отношении она превосходит все остальные материалы. Силумин не подходит (опять же литье), дюраль имеет не-достаточную твердость ( 70-100НВ против минимум 200НВ у штампованной стали) и может заминаться при ударе о камни и сталь. Удельная жесткость у него такая же, как у стали. Для сварки его необходима аргонно-дуговая сварка, требующая специального оборудования и квалифицированного персонала. Титан дорог и сегодня дефицитен и для массового оружия не подходит. Магниевые сплавы мягкие, дорогие и горючие. Медь и бронза тяжелые и дорогие.
В принципе дюраль можно применять для силовых деталей, для которых не важно точное соблюдение формы. Это сошки, приклад, крышка ствольной коробки, может быть рукояти переноски. Однако изготовление из него ствольной коробки - это весьма спорное решение, под-ходящее для спортивного и служебного оружия (охотничьего в некоторых случаях), но не годящееся на мой взгляд для боевого.
Отдельно хотелось бы коснуться магазинов. Их желательно делать прозрачными. Для этого на западе их делают либо из поликарбоната, либо из смеси ПК и ПА. Однако в РФ производство ПК уничтожено и он покупается в Южной Корее и Китае. Поэтому магазины на мой взгляд следует делать из ненаполненного ПА-6, усиленного ребрами жесткости (см магазины G36 и AUG).
Подытожим. Итак, в современных условиях (в РФ), для изготовления автоматического боевого оружия следует применять следующие материалы:
Стволы - сталь 30ХН2МФА или ОХН3МФА с хромированием канала ствола (КТ 800-КТ1000 и обработанные радиальным обжатием) .
Прочие Кд - затворы, детали газоотвода, части ствольной коробки - 30ХН2МФА, ОХНМА. (прокат или штамповка с механической обработкой)