Công nghệ nhiệt luyện nòng pháo

Để đạt được các chỉ tiêu cơ tính đáp ứng được yêu cầu làm việc của nòng pháo, xu hướng chung hiện nay là chế tạo nòng từ các loại thép các-bon trung bình được hợp kim hóa bằng các nguyên tố có tác dụng tăng độ thấm tôi, tăng tính dẻo, làm nhỏ hạt và hạn chế khả năng bị thải bền trong quá trình làm việc như crôm, mangan, niken… Các nguyên tố có hại như phốt pho, lưu huỳnh được khống chế với hàm lượng dưới 0,015%.

Để nhận được cơ tính theo yêu cầu, các loại nòng pháo chế tạo từ vật liệu này cần phải được gia công biến dạng để tạo ra tổ chức đồng nhất và đẳng hướng, sau đó phải được nhiệt luyện theo một chế độ đặc biệt.

Nhiệt luyện là quá trình nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt tại đó một thời gian thích hợp rồi làm nguội với tốc độ nhất định để làm thay đổi tổ chức, biến đổi cơ tính và các tính chất khác theo phương hướng đã chọn trước.

Cũng như các sản phẩm cơ khí khác, quy trình nhiệt luyện nòng pháo bao gồm quá trình nung nóng và làm nguội. Nòng pháo là một chi tiết đặc biệt do tỷ lệ giữa chiều dài trên đường kính rất lớn (với một số pháo nòng dài như pháo 37mm, 57mm... tỷ lệ này có thể lên đến 10, thậm chí hơn 20 lần) nên rất dễ bị cong vênh ngay trong quá trình nung.

Vì vậy, đối với lò nhiệt luyện nòng pháo, ngoài việc phải đủ không gian làm việc còn yêu cầu phải điều khiển và khống chế được tốc độ nung đáp ứng yêu cầu của quy trình nhiệt luyện.

Bảo dưỡng pháo tại Kho K816 (Cục Quân khí, Tổng cục Kỹ thuật). Ảnh: Phương Hiền.

Nhiều nước như Mỹ, Anh, Nga, Trung Quốc có nền công nghiệp sản xuất vũ khí phát triển đều có khả năng nhiệt luyện các loại phôi nòng pháo có chiều dài hơn 10m, khối lượng trên 5 tấn… Công nghệ nung tôi các sản phẩm ống dài được các nước thực hiện rất đa dạng.

Mỹ, Trung Quốc, Đức chủ yếu nung tôi trong lò giếng điện trở dạng chu kỳ. Ngoài lò giếng sử dụng điện, Nga còn có thêm lò giếng đốt bằng khí ga... Tuy khác nhau về phương pháp, kiểu lò nung và nguồn nhiên liệu đốt nhưng các nước đều có chung một phương pháp làm nguội, đó là chi tiết được nhúng theo chiều thẳng đứng trong bể làm nguội.

Để nâng cao hiệu suất của quá trình nung, hiện nhiều nước đã sử dụng phương pháp nung bằng dòng điện trung tần hoặc cao tần, kèm theo đó là tôi liên tục hoặc tôi thể tích...

Bể làm nguội các sản phẩm nhiệt luyện đòi hỏi phải có cấu tạo đặc biệt. Do chi tiết có khối lượng lớn, nhiệt lượng tích nhiều, quá trình làm nguội xảy ra đồng thời cả trong và ngoài nên yêu cầu bể làm nguội phải có cấu tạo đặc biệt để bảo đảm tốc độ nguội đủ lớn tạo cho chi tiết được thấm tôi hoàn toàn, tránh cong vênh và ngăn ngừa được các sự cố có thể xảy ra.

Khi nhiệt luyện các sản phẩm lớn, nhiệt tích nhiều dẫn đến khả năng dầu tôi bị nung nóng cục bộ dễ gây cháy dầu. Để tránh hiện tượng này phải khuấy để làm đồng đều nhiệt độ dầu. Đối với bể có mặt thoáng lớn có thể dùng các cánh khuấy. Với bể có mặt thoáng nhỏ, chỉ có thể khuấy dầu bằng cách sục khí nén. Hiện nay để chống cháy, nhiều nước đã nghiên cứu sử dụng các dung dịch làm nguội có tốc độ nguội tương đương với dầu nhưng không có khả năng bắt lửa.

Khi tôi nòng pháo, quá trình trao đổi nhiệt ở bên trong lòng ống xảy ra rất mãnh liệt làm dầu sôi và hóa hơi. Hơi và dầu lỏng phụt ra từ lòng ống với áp lực rất mạnh gây nguy hiểm cho quá trình tôi. Vì vậy, bể nguội cần phải có chụp nhiều lớp để chống lại hiện tượng, này. Để làm mát dầu tôi có thể cấu tạo bể hai lớp, lớp trong là dầu tôi, lớp ngoài là nước làm mát chảy liên tục.

Hiện nay trên thị trường thế giới có nhiều loại lò nhiệt luyện các chi tiết có chiều dài trên 5000mm được chào bán. Trung Quốc có một số lò nhiệt luyện nòng pháo như:

Lò điện kiểu giếng dùng để nung tôi RJ2-300-9 có công suất 300kW, nhiệt độ cao nhất 9500C, kích thước buồng lò 1.200mm, chiều sâu 5.500mm. Lò điện kiểu giếng để nung ram RJ2-240-9 có tính năng và không gian làm việc tương tự lò RJ2-300-9 nhưng có hệ thống gió điều hòa nhiệt với quạt công suất 11kW và hệ thống ống dẫn gió bằng i-nốc... Nga có các lò giếng dùng để tôi và thường hóa nòng súng có công suất 498kW, 588kW, 800kW; với không gian buồng lò tương ứng 1000mm, 1.500mm và 6000mm...

Trong quá trình chế tạo nòng pháo, công nghệ nhiệt luyện đóng vai trò hết sức quan trọng. Nó giúp đảm bảo độ bền, tuổi thọ cao cho nòng khi làm việc trong điều kiện nhiệt độ và áp suất rất cao.

Công nghiệp quốc phòng nước ta hiện đã nhiệt luyện được nòng pháo súng cối 100mm, nòng súng DKZ82-B10 có chiều dài 1.400mm; phôi nòng SPG-9 có chiều dài 2.300mm khối lượng khoảng 100kg; nghiên cứu nhiệt luyện thành công phôi nòng pháo 37mm có chiều dài 2.500mm, khối lượng hơn 200kg; chế tạo thành công thiết bị nung tôi tần số công suất 300kW...