أنماط الفشل لسبطانات مدافع الدبابات .

تأثيرهـا مباشـر علـى دقـة السـلاح وحياتـه العمليـة

أنمــــــاط الفشــــــل لسبطانــــــات مدافــــــع الدبابــــــات

لقرون عديدة ، ركز مصممو المدافع جهودهم على استخدام الفولاذ لتشكيل وتصنيع سبطانات أسلحتهم ، بعد أن تبين أنه يمثل مادة ممتازة لهذا التطبيق ، فالفولاذ يمتلك مجموعة من الخصائص المتوازنة مثل القوة المرتفعة ، القسوة السطحية ، قابلية الطرق وصلابة الكسر ، معامل المطاطية ، درجة الانصهار .. لقد مكنت هذه الملكيات سبطانة السلاح ، من مقاومة جميع أنماط وأشكال الفشل الميكانيكية والكيميائية والحرارية المحتملة بشكل فاعل (تتفاوت المساهمات النسبية لهذه العوامل) . الخواص والملكيات الجيدة تتطلب مقاومة الضغوط الداخلية العنيفة لغازات الدفع (علم المقذوفات الداخلي interior ballistic) ، ناهيك عما يتعرض له السطح الداخلي للسبطانة من حرارة عالية جداً ، ناتجة عن احتراق الدافع والبدء في نشوء وتكاثر الغازات الساخنة ، التي تتولى دفع المقذوف نحو خارج فوهة السلاح . فعند إطلاق المدفع لمقذوف معين ، فإن درجة حرارة جدران السبطانة يمكن أن تبلغ نحو 1400 درجة مئوية خلال جزء من الألف جزء من الثانية ، ومع وصول الدوافع الحديثة عالية الطاقة ، ظهر تأثير إهتراء وتآكل السطح الداخلي لسبطانات المدافع ، التي تعتبر واحدة من بضعة آليات فشل يمكن أن تصيب سبطانات المدافع ، وتجعلها عرضة للإبعاد عن الخدمة . لقد أجبرت هذه النتائج المصممين على البحث عن وسائل وتقنيات لطلاء جوف السبطانة بمواد وبطانات شديدة التماسك ، تقيها تأثير هذا التآكل والإهتراء ، وأقترنت الرغبة في تصنيع سبطانات أطول عمراً ، مع الحافز على تطوير مواد متينة تحافظ على أداء تجاويف السبطانات تجاه هذه الظروف التآكلية environments .

من الناحية التاريخية ، التقدم الأول الرئيس تحقق مع المدافع الحديدية في العام 1850 ، عندما قام النقيب الأمريكي "توماس رودمان" Thomas Rodman بتعريض قالب مدفع ساخن جداً من عيار 20 بوصة للتبريد بواسطة جدول ماء مرر خلال ثقب فوهة السبطانة . هذه العملية أتاحت تقوية الجزء الداخلي من جدران السلاح أولاً ، كما أن ضغوط الانكماش تسببت في تماسك أكبر للجزء الخارجي الذي برد بشكل أبطيء ، وهكذا أصبح للسلاح قدرة أكبر على تحمل الضغوط العالية ومقاومة انفجار شحنات الدفع . لقد أدت هذه التقنية لتحسين هام في قابلية الشد والتمزق لمعدن الحديد ، كما أن التبريد البطيء ساهم في توفير قوة قابلية شد لهذا المعدن حتى 30.000 psi (اختصار رطل لكل بوصة مربعة) . رودمان في الحقيقة قام بابتكار نظرية لتفسير وحساب تأثيرات كل من الإجهاد والنقائص الداخلية وتأثير اختلاف عوامل الكثافة والقسوة وقابلية الشد في قوالب المدافع الحديدية . وبحلول العام 1880 كان لدى مهندسو الجيش في قسم المدفعية الأمريكية فهم ناضج حول ضغوط الإجهاد المتبقي في ثقب السلاح وذلك بالاستفادة من تقنية رودمان .  

وفي القرن العشرين سمحت إضافات بعض العناصر الكيميائية ، مثل الكروم Chromium والموليبدنوم Molybdenum والفاناديوم Vanadium التي قدمت للفولاذ ، بزيادات معتدلة في القوة وملكيات الصلادة والإجهاد في المادة . لقد جاءت أغلب هذه التحسينات من خلال المعالجة فائقة الدقة التي وفرت سبائك فولاذية عالية الصلادة والجودة ، بالإضافة لتخفيض حاسم في مستويات التشوه البنيوي للمنتج . التقدم الأخير حدث مع حقبة السبعينات وتقديم السبيكة الفولاذية ASTM A723 ، التي تستخدم في الوقت الحاضر لتصنيع سبطانات المدافع مختلفة العيار ، حيث تمنح هذه السبيكة قسوة أكثر بخمسة أضعاف قياساً بتلك التي أنتجت من قبل رودمان قبل قرن من الزمان (جاءت هذه السبيكة الفولاذية لتحل محل سابقتها 4335-V التي كانت تستخدم لنفس الغرض خلال الحرب العالمية الثانية وما قبلها) . وتنتج السبيكة الفولاذية A723 بطرق تصنيع معقدة ، تهدف لتخفيض مقدار الكبريت sulfur والفسفور phosphorus بالتزامن مع زيادة في محتويات عنصر النيكل nickel ، لإعطاء السبيكة قوة وصلادة أكبر ، قادرة على تحمل ضغوط الإطلاق المرتفعة . 

يستخدم المصممين حديثاً ، نوع مطور من السبائك الفولاذية عالية الجودة ، يطلق عليها اختصاراً HSLA والأحرف اختصار عالية القوة منخفضة السباكة (High-strength low-alloy) ، تزود ملكيات وخواص ميكانيكية عالية تجاه مقاومة أشكال الفشل والإخفاق المادي ، مقارنة بالفولاذ الكربوني carbon steel . حيث يختلف فولاذ HSLA عن باقي أنواع الفولاذ بأنه صنع ليس لمواجهة تركيب كيميائي معين ، بل على الأصح لمواجهة ملكيات ميكانيكية محددة . ومع مستويات متوسطة إلى مرتفعه من عنصر الكربون ، وجد أنه من الصعب لحام فولاذ HSLA ، مما أستوجب تخفيض نسبة الكربون لنحو 0.05-0.25% ، سوية مع تخفيض بعض عناصر السبيكة وإضافة أخرى مثل المنغنيز بنسبة 2.0% ومقدار قليل من النحاس والنيكل والكروم والفاناديوم والموليبدنوم والتيتانيوم وغيرها ، لتصبح هذه قابلة للحام وقابلة للتشكيل ، مع المحافظة على قوتها وصلابتها .