Часть 1 – Intro
«…У англичан ружья кирпичом не чистят»
(Николай Лесков «Левша́»)
В сети немало дискуссий на эту тему: кто-то чистит раз в год наждачной бумагой, кто-то в полнолуние на перекрестке косой девственницы, кто-то исключительно новым средством за огромные деньги.
Ко всему этому добавляются маркетинговые изыски производителей средств для чистки и ухода за оружием. Вот и получается что новичку, да и не новичку тоже, часто сложно разобраться как же и чем же чистить и ухаживать за любимым оружием.
Занимаясь практической стрельбой с её большими (150-300 выстрелов за тренировку) настрелами, вопрос правильного ухода за оружием стоит очень остро. Ведь проблема на соревновании — это проигрыш.
Поэтому попробую разобраться в этом вопросе, опираясь не на мнения и рекламу, а на базу – то есть, на химию, физику и здравый смысл.
Начнем сначала – за чем мы ухаживаем?
По сути, оружие — это относительно сложный механизм с различными подвижными и неподвижными деталями, сделанное из различных материалов, которые испытывают разные нагрузки. Отсюда понятно, что разное оружие и разные части оружия нуждаются в разном уходе и обслуживании.
Для удобства разобьем оружие на несколько групп – гладкоствольное, нарезное, полуавтоматическое и с ручной перезарядкой. В каждой из этих групп будут свои особенности, которых мы коснемся позже.
Часть 2-Ствол
«Из форточки дуло. Штирлиц включил свет. Дуло исчезло.»
(Анекдот)
Раз мы пробуем разложить все по полочкам, то разбираться будем подетально.
У всего огнестрельного оружия вне зависимости от его конструкции есть одна общая деталь – ствол. Часто вообще оружие так и обзывают – «стволами» (для особых любителей супер экзотики бесствольного типа касаться не будем).
И именно чистка ствола чаще всего вызывает особые споры – как и чем. Попробуем начать с базы – что такое ствол и что ему надо.
Собственно ствол — это стальная трубка с покрытием или без и, в случае нарезного оружия, с особой формой внутренней поверхности.
Прежде всего нас интересует материал ствола, ведь именно от его свойств и зависит что для ствола полезно, а что нет.
В основном стволы производят из оружейной стали – то есть, сплава железа с углеродом и различными химическими легирующими присадками.
Из школьного курса химии мы знаем, что структура метала — кристаллическая и между атомами (шариками на рисунке) есть атомарная связь (палочки).
Если структура однородна по всему материалу – то связь эта достаточно прочная. И стволы, сделанные из такого супер чистого металла, были бы почти вечными.
Но, к сожалению, достичь идеально чистого металла на практике невозможно. А если есть примеси, значит кристаллическая решетка не идеальна — какой-то из шариков заменен на другой атом. А это значит, что в этом месте связи имеют иную энергию разрыва. И чаще всего, она меньше. А если и не меньше, то перетягивает на себя потенциал соседней связи. И соседняя связь становится слабее. А это значит, что энергии, образующийся при взрыве пороха, может хватить для разрушения связи. А что значит разрушенная связь? Это значит, что туда может вклинится другой атом, дефект разрастается и приводит к макро разрушению. А когда дефект оказывается на поверхности, как раз по нему и начинается коррозия.
Но есть способ смягчить этот эффект и даже обратить его в свою пользу. Это добавить в сплав определенные компоненты (легирующие присадки), которые изменят свойства материала в нужную нам сторону.
Таким способам делают, например, нержавеющие стали. Ствол из нержавейки был бы не подвержен коррозии, но за все нужно платить, нержавейка мягкая и не выдержит давлений развиваемых при выстреле.
К чему это я все рассказываю? К тому, что из-за неоднородности материала металл ствола под микроскопом выглядит примерно так:
Как бы не полировали поверхность металла — она все-равно будет с микрорельефом – выступами и впадинами.
А так как стволы изготавливаются не в глубоком космосе и эксплуатируются на Земле, с ее кислородной атмосферой, содержащей большое количество водяных паров, но на этих неровностях (активных центрах) ВСЕГДА будут присутствовать молекулы кислорода, атомы воды, остатки порохового нагара, материала пуль и т.д. и т.п.
Добиться ИДЕАЛЬНОЙ чистоты поверхности можно разве что чисткой в глубоком вакууме, но нужно ли это?
Еще один нюанс – это изготовление нарезного ствола.
Процесс технологически сложный, а если материал ствола сверх твердый и прочный, то как в нем сформировать нарезы? Значит нужно упрочнить или как-то улучшить материал уже после изготовления нарезов. Но тут тоже не все так просто.
Термообработка – закалка и подобные процедуры — могут привести к тому, что ствол «поведет» да и четкости полей нареза после нагрева достичь крайне сложно, а вот с покрытием выход нашли. А именно: путем химических реакций вклинились в кристаллическую решетку поверхности канала ствола.
Известно, что внедрение углерода и азота в решетку существенно увеличивает износостойкость металла. Вот и обработали сталь цианидом. И получили несколько микрон очень твердого и износостойкого материала на поверхности.Так возникла технология «Тенифер». Правда, очень уж технология неприятная, цианид — не самое безопасное вещество. Но — было бы желание и деньги…
И есть еще одна более распространенная технология – хромирование.
Хром — очень удобный металл. В паре с железом обладает защитными свойствами по двум причинам — образует гальваническую пару в пользу восстановления железа и очень стойкими оксидами.
Хромируются стволы гальваническим методом, а защитный слой хрома составляет примерно всего 0,5 микрона. Именно он, хром, окисляется и стирается в первую очередь, а сталь ствола в это время остается невредимой.
Теперь, разобравшись с материалом ствола, попробуем разобраться — что может повредить нашему стволу, и что мы можем с этим сделать.
Часть-3 Выстрел
«Ничто так не портит цель как выстрелы»
(Геннадий Малкин)
Итак, что же происходит в нашем стволе и что ему вредит.
На мой взгляд стволу вредят следующие факторы:
- Физическое повреждение ствола вследствие неправильной работы боеприпаса/нештатных условий стрельбы. Это может быть раздутие или даже разрыв ствола из-за использование слишком мощного боеприпаса, стрельбы из забитого ствола, выстрела, уперев ствол в препятствие, и другие подобные обстоятельства. Поскольку к уходу за оружием это непосредственного отношения не имеет, то оставим этот вопрос на здравый смысл стрелка.
- Механический износ ствола и, особенно, нарезов. Ствол — место, где под высоким давлением пуля получает свою энергию. Трение, за счет которого пуля закручивается в стволе, действует на нарезы, изнашивая их. Вследствие разницы твердости материалов пуля, безусловно, изнашивается больше. Но и нарезы не остаются без воздействия. Этот износ непосредственно «эксплуатационный» и с ним мы сделать ничего не можем. Ну и для гладкоствольного оружия вопрос в целом не актуальный. Давления пониже, трение тоже. В общем, «расстреляных» гладких стволов я ни разу не встречал и даже не слышал о таких.
- Воздействие агрессивной среды во время выстрела и после него
Тут все интереснее и этого вопроса мы коснемся подробнее. Тем более что он тесно связан с чисткой. Начнем с патрона.
Схожая конструкция встречается практически у всех современных боеприпасов. И практически все, что на этих картинках, в той или иной форме проходит через наш ствол.
Разберем, для начала, порох и что он делает. (Внимание – много химии!)
Сгорание пороха — это окислительно-восстановительный процесс, в ходе которого выделяется энергия. Окислитель, присутствующий в порохе, БЕЗУСЛОВНО окисляет и материал ствола. С учетом температуры и давления — сильно окисляет. Продукт окисления (оксиды и другие соли железа и легирующих металлов) остаются на поверхности канала ствола.
Раньше порох был один – тот который мы называем дымный. Представляет он из себя механическую смесь калиевой селитры, угля и серы.
Дымный он потому, что ТВЕРДЫЕ продукты горения составляют 56-58% от массы пороха. Количество азота в пороховых газах достигает трети. Кроме того, образуется угарный газ. Твёрдые остатки, помимо сульфида калия, это, прежде всего, карбонат калия, сульфат калия и чистый углерод в виде сажи. Значительная часть этих продуктов оседает в канале ствола. Продукты сгорания имеют ярко выраженную щелочную реакцию. Кроме того, этот нагар очень гигроскопичен – и всасывая влагу воздуха, начинает довольно активно разъедать ствол.
К счастью — достаточно давно был изобретен бездымный порох. И поскольку сейчас это основной оружейный порох (а точнее пороха), то разберем его подробно.
Современный порох — это сложная смесь многих компонентов. Бездымный порох состоит из нитроцеллюлозы (одноосновный), обычно с добавлением до пятидесяти процентов нитроглицерина (двухосновный), и иногда нитроглицерина в сочетании с нитрогуанидином (трёхосновный). Конечный продукт гранулируется в сферические частицы, или прессуется в цилиндры, или хлопья при помощи растворителей типа эфира. Также дополнительной составляющей бездымного пороха могут быть стабилизаторы и баллистические модификаторы.
Двухосновные пороха обычно используются в изготовлении патронов для стрелкового и охотничьего оружия, в то время как трёхосновные — более широко применяются в артиллерии и двигателях ракет небольшого калибра.
Причина бездымности этих порохов состоит в том, что продукты окисления их ингредиентов, в основном, газообразны. Основой является специально нитрированная целлюлоза.
Итак — нитроцеллюлоза (НЦ) — это основа. В зависимости от вида пороха, ее там может содержаться от 60 до 90%. НЦ является полимером, т.е. это длинная молекула, состоящая из повторяющихся звеньев. Что же происходит при ее сгорании?
Обычно, горение — это реакция чего-то с кислородом. Но в нашем случае, патрон — закрытая система. И кислорода там — мало. Поэтому, горение нитроцеллюлозы — это процесс реакции продуктов ее же разложения. Цепная реакция. Капсюль воспламеняет одну молекулу, та разлагается на кислород (из нитрогруппы), который и окисляет (воспламеняет) следующую часть молекулы — и так пока не сгорит все. Процесс происходит ОЧЕНЬ быстро.
Кроме целлюлозы, в порохе есть еще добавки. Нитроглицерин и другие нитрогликоли, пластификаторы, поверхностные модификаторы. Возможно, еще что-то. Это тоже органические вещества, которые сгорают в ходе выстрела.
Что же выделяется в результате?
- СО2 — углекислый газ. Продукт полного сгорания любого органического вещества;
- Н2О — пары воды;
- Оксиды азота;
- С — углерод. Продукт неполного сгорания органики. Сажа, проще говоря. Сама сажа ничего плохого стволу не наносит, но она пористая. А в порах может оставаться газ. Например, оксиды азота и водяной пар, что в сумме дает азотную кислоту, кстати. А вот азотная кислота — штука, которая прекрасно кушает металл ствола;
- Обрывки молекул целлюлозы и другой органики (в том числе, остатков масла). С активными группами, чаще всего кислотными. Как раз то, что в присутствии воды может реагировать с металлом, разъедая его;
- Продукты сгорания ствола. Оксиды металла, чаще всего — железа. Да, ствол, несмотря на его прочность, понемногу сгорает. Этих продуктов мало, но они тоже есть.
Первые три — газообразные продукты, которые, собственно, и выталкивают пулю из ствола. Они практически не оставляют никакого следа в стволе.
Кроме того, к сожалению, порох никогда не сгорает полностью. Это обусловлено тем, что для полного сгорания пороха нужно строго соблюсти целый ряд условий.
Поскольку патрон рассчитан на применение не в одном конкретном оружии, при конкретной температуре/влажности/давлении и т.п., то и параметры этого патрона усредненные. Поэтому после выстрела всегда остается определенное количество несгоревших порошинок, которые загрязняют как ствол, так и ствольную коробку. Все вышеперечисленное составляет то, что мы называем нагаром.
Итак, с порохом разобрались – перейдем к метаемому телу.(для простоты дальше – снаряд).
В зависимости от оружия это может быть пуля (оболочечная или нет), дробь\картечь (в контейнере или без), ну и всякая «экзотика», типа травматических боеприпасов.
Проходя по каналу ствола, снаряд неминуемо оставляет частицы себя на поверхности ствола и углублениях нарезов. Это может быть свинец, медь с оболочки, графит или другая смазка с «осалки», полиэтилен контейнера итд.
Чем же это грозит стволу? Прежде всего – вследствие изменения внутренней геометрии ствола – ухудшением кучности. Но это еще не самое страшное.
Под высоким давлением внутри ствола свинец и\или медь очень плотно прижимаются к стали ствола. В металлургии есть даже способ сварки разных металлов взрывом.
В стволе давления, конечно, поскромнее – но тоже достаточны для очень плотного прилегания. В итоге у нас образуется гальваническая пара, причем, вследствие низкой электроотрицательности железа, оно, в этой паре, является окисляемым элементом. Выглядит это примерно так:
Кроме того, как мы помним, поверхность ствола у нас не абсолютно ровная. А значит, что под слоем материала снаряда у нас могут остаться продукты горения пороха, капсульного состава, молекулы воды, что все вместе создаст все условия для развития глубокой коррозии ствола.
Последний элемент – капсуль. Разбирать его так подробно как предыдущие элементы я не стану. Во-первых, вклад самого капсуля достаточно мал, так как все современные капсуля содержат неоржавляющие добавки, а во вторых, уход избавляющий от нагара и остатков снаряда – однозначно уберет и продукты горения капсуля.
Часть 4 – С другой стороны ствола
«Части, которые просто нельзя собрать неправильно, все же будут собраны неправильно»
(Законы Клипштейна в приложении к созданию опытных образцов и производству)
Итак, с тем что происходит в стволе мы более-менее разобрались. Попробуем теперь разобраться что происходит в других частях нашего оружия.
Скажу сразу – я стреляю в классе standart-manual, то есть моим основным оружием является помповое ружьё — поэтому какие-то нюансы других видов оружия могу и пропустить.
Кроме ствола – который отвечает за то куда и как у нас полетит снаряд, у нас осталось все остальное благодаря чему наше оружие стреляет, перезаряжается и удобно лежит у нас в руках. Ствол конечно штука важная, но за РАБОТУ оружия он практически никак не отвечает. Надежность и безотказность зависит от всех остальных механизмов оружия. Поэтому спортсмены уделяют внимания уходу и доводке остальных механизмов оружия не меньше, а то и больше, чем уходу за стволом. Учитывая огромное многообразие видов, моделей, и систем разного оружия — если разбирать каждую досконально получим многотомник размером с распечатанную Википедию. Поэтому попробуем пробежаться по верхам и общим принципам.
Для простоты разделим все оружие на две большие группы – полуавтоматическое (полностью автоматическое принципиально не отличается от полуавтомата и не очень многие стрелки регулярно имеют с ним дело) и с ручной перезарядкой (далее – мануальное). Полуавтоматическое – то которое перезаряжается тем или иным образом используя энергию выстрела, мануальное – перезаряжается используя мускульную силу стрелка.
Ок. Патрон в стволе, что дальше? А дальше нам этот ствол нужно заткнуть с обратной стороны, что б все полетело туда, куда нам надо. Обычно для этого служит затвор.
А в затворе по центру обычно есть отверстие, откуда вылетает боек накалывающий капсуль, и боек обычно подпружинен возвратной пружиной. Собственно эти детали составляют у нас первый механизм, отвечающий за запирание ствола и производство выстрела. Далее, нашему бойку надо как-то сообщить о том, что надо ударить по капсулю, так сказать – дать ему руководящего пинка. За это обычно отвечает ударно-спусковой механизм, или УСМ сокращенно. УСМ – это относительно сложный набор деталей, пружинок-железячек итп, который, воспринимая нажатие на спуск – передает его с помощью ударника и боевой пружины на боек. Ну и часто еще именно на блоке УСМ частично размещаются механизмы предохранения, перезарядки, переключения режимов ведения огня.
Важную группу составляют механизмы перезаряжания присутствующие в большинстве современного оружия. Эти механизмы относительно просты в оружии с ручным перезаряжанием (помповые ружья, «болтовики» итп) и могут быть очень сложны в полуавтоматических\самозарядных системах (ПА). В ПА используются два принципиально разных способа работы автоматики – использование энергии отдачи и использование специально отведенных пороховых газов. Эти две большие группы важны для нас тем, что особенности эксплуатационных нагрузок на отдельные узлы и соответственно уход за ними будет разный.
Все эти механизмы представляют так или иначе пары трения, и для безотказной работы оружия должны правильно работать. Ну и еще осталась всякая «периферия»: магазины, цевья, приклады итп.
Теперь, разобравшись в очень общих чертах с механизмами посмотрим какие факторы влияют на их работу, износ и повреждения.
Воздействие продуктов выстрела
В прошлой части я достаточно подробно разбирал что происходит в стволе при выстреле. Но и часть механизмов вне ствола испытывают схожие проблемы. Прежде всего это газоотводные механизмы ПА. Но есть в этом еще один момент связанный с особенностями бездымных порохов. Спортивные стрелки выступающие с полуавтоматическими газоотводными ружьями замечали, что при стрельбе газовый двигатель засыр@ется гораздо быстрее ствола. Объясняется это тем – что нитроцеллюлозным порохам свойственны два режима горения – нормальный и аномальный.
При нормальном режиме горения в продуктах горения содержится в основном углекислый газ, угарный газ, водород, азот и пары воды. Это признаки полного сгорания нитроцеллюлозного пороха, максимального превращения химической энергии в тепловую энергию пороховых газов.
Признаком аномального режима горения является появление в продуктах горения в большом количестве промежуточных продуктов горения — окислов азота и несгоревшего пороха. Аномальный режим горения характерен резким запахом азотной и азотистой кислот, образующихся при соединении окислов азота с парами воды в продуктах сгорания.
Переход в аномальный режим горения происходит в момент, когда давление в стволе опускается ниже критического уровня, величина которого зависит от качества и типа пороха. При срыве в аномальный режим горения количество выделяющейся тепловой энергии лавинообразно уменьшается вплоть до полного прекращения горения.
Разогретые до высокой температуры, прекратившие горение зерна пороха при вылете со ствола возобновляют горение, получив необходимый для этого кислород из воздуха.
Прекратившие горение зерна пороха, вылетающие в сторону казенного среза, засоряют ствольные коробки полуавтоматов, при возобновлении горения создают выброс пламени из окна выброса гильзы. Выглядит это примерно так как на фото. Кроме того, не сгоревшие порошинки могут накапливаться в ствольной коробке, механизмах, смешиваться с маслом и воспламеняться позднее. Я лично на нашем стрельбище видел как при темповой стрельбе пулей у нашего стрелка пламя било из окна экстракции секунд 5!!! Уже тушить собрались
По факту получается что механизмы перезаряжания работающие на принципе отвода газов КОНСТРУКТИВНО создают все условия для аномального горения пороха. Судите сами – достаточно небольшая порция горящих газов в смеси с недогоревшими частичками пороха отводится в быстро расширяющийся объём газового поршня. Давление в этом объёме быстро падает, режим горения меняется – вот и причина усиленного образования нагара в ПА. Кроме того, довольно быстрое (относительно мануала) отпирание ствола приводит к выбросу части пороховых газов и частиц пороха и в ствольную коробку.
