Las pruebas de metales pueden ser útiles para obtener información para análisis de elementos finitos, microscopía electrónica de barrido y microscopía óptica, y pruebas de dureza. Los resultados muestran que el análisis de proyectiles de municiones de guerra es una herramienta útil e informativa.
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¿Qué es el análisis metalúrgico de piezas de artillería de proyectiles?
La carcasa del cohete está hecha de sistema ferroso de mayor aplicabilidad, tanto para prototipos como para producción limitada. Otras posibilidades para los materiales de la cara de la herramienta incluyen bronce de aluminio que tiene una resistencia al desgaste mucho mayor que el acero y superior a la del cobre.
Las carcasas se fabrican pulverizando metal utilizando un dispositivo de pulverización por arco para crear la cara y el sistema de aleación. Luego, un material de carga llena la parte posterior del cañón de la herramienta para soportar el peso de compresión del explosivo. Para el servicio a altas temperaturas, es deseable igualar los coeficientes de expansión térmica del material de la aleación pulverizada y del material de carga.
Después del final de la pulverización por arco, la carcasa y el calibre todavía contienen tensiones internas considerables, aunque en equilibrio.
La presencia de tensiones internas en el cuerpo, así como un coeficiente de expansión térmica del humo, plantean dudas sobre el diámetro de la carcasa a altas temperaturas y durante largos períodos.
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Hierro forjado gris
En el momento de la Guerra Mundial, los metalúrgicos tenían un conocimiento apreciable de las propiedades del hierro fundido.
Los artilleros recomendaron hierro fundido gris para municiones de guerra. Es probable que los factores de elección fueran su facilidad de aleación y su bajo coste.
Los metales de la época de la Guerra Mundial estaban formados por hierro fundido gris que tiene una alta fluidez, una buena fluidez y una buena expansión durante el enfriamiento en los moldes. Además, el punto de la aleación es bajo equivalente a 1200 ° C, y el hierro fundido de la forma moldeada tiene una resistencia a la compresión y una debilidad en la tensión.
Además, el metalúrgico podría producir un producto coherente. Por lo tanto, todo el hierro fundido gris contiene hierro, carbono y silicio, así como cantidades apreciables de fósforo, cobre y acero. El detector en el calibre del material está en el lugar "tal cual" y puede tomar una serie de microestructuras diferentes.
En la siguiente discusión, el hierro gris a menudo se denomina eutéctico. Una reacción eutéctica es una reacción en la que, durante el enfriamiento, una fase líquida se transforma isotérmica y reversiblemente en dos fases sólidas mixtas. Las fases existen en forma de laminillas alternas.
En el hierro gris, la reacción es la siguiente: fe 3c → 3fe(α) + c
fe = hierro
c = carbono
α = ferrita
Propiedades metalúrgicas
La velocidad de flujo y la temperatura determinan la composición química del hierro y el metal y la forma del tubo de las balas disparadas en el calibre. La microestructura típica es una matriz de perlita con tubos de bala puntiagudos dispersos por toda la matriz.
La forma del detector está directamente relacionada con la menor resistencia al impacto. Lo ideal es maximizar esta característica en las municiones de guerra, porque la máxima cantidad de energía se transferirá a los fragmentos del proyectil. Todos los hierros fundidos grises se rompen de manera frágil a lo largo de las placas de grafito laminares y con la carga máxima de humo.
El barril se puede considerar como un recipiente a presión esférico con paredes gruesas y ruptura como una sobrecarga de impacto que excede la resistencia a la compresión.
El modo de fallo se puede atribuir a una sobrecarga térmica en la que la tensión debida a un efecto térmico requiere una carga dimensional específica.
Dado que el hierro fundido gris no puede expandirse plásticamente, se excede el límite elástico, lo que provoca la vaina.
Fabricación de equipos de armas
En este estudio se analizan dos tipos de proyectiles de artillería: el proyectil esférico y el perdigón de plomo.
La esfera es un modelo común de artillería porque tiene el área de superficie mínima para un volumen dado que reduce el efecto de la resistencia al viento.
Si golpea un objeto en vuelo, se desvía menos de su trayectoria de proyectil que cualquier otro modelo de su curso.
Los dos tipos de modelos de municiones de guerra se fabricaron de manera similar. El molde estaba hecho de arena mezclada con arcilla en polvo y agua.
El proyectil se dejó enfriar en el molde. Esto permitió un enfriamiento lento del metal en capas, comenzando con la cara inferior cambiando la temperatura ambiente.
Los proyectiles son granadas huecas explosivas de igual grosor en todo el cuerpo delproyectil . El cuerpo del proyectil está equipado con una abertura cónica, u ojo utilizado para cargar el cohete.
Los proyectiles contienen metales explosivos y polvo de aluminio negro y están diseñados para explotar en el aire o al contacto, según el tipo de cohete.
¿Cuál es el proceso para caracterizar el metal de las conchas?
Veintiún fragmentos de piezas de cañón han sido retirados de las colecciones del campo de batalla del Centro Arqueológico del Medio Oeste, Servicio de Parques Nacionales, para ser probados y analizados. Fueron elegidos de acuerdo con el tipo de artillería a smoke, la ubicación encontrada y el peso y diámetro del zócalo.
Todas las muestras se fracturaron en formas trapezoidales o cuadradas. Las superficies del cuerpo tienen grandes inclusiones visibles. Tienen un plano de vaina no uniforme, de color gris.
Aproximadamente la mitad de las partes de muestra se limpiaron con el siguiente procedimiento:
- El lugar de todas las piezas en un vaso de precipitados;
- La carga de una solución tamponada de ácido clorhídrico
- El lugar del vaso de precipitados en un baño de limpieza ultrasónico.
- La eliminación de partículas de óxido en las piezas cada pocos minutos: zócalo, ojo, arandela, tubo
- Remoje bajo una campana de vapor en la solución ácida durante aproximadamente cuatro a cinco días, luego enjuague.
Este modelo hizo posible eliminar la misma cantidad de oxidación. Se retiró del ácido clorhídrico tamponado y se pulverizó con metanol para evitar la oxidación. Luego se enjuagó con agua, se secó con un secador de pelo y se limpió con agua.
El perdigón de plomo se limpió empapando el artefacto en una solución de ácido glicólico al 10%.
Microscopía electrónica de barrido
La muestra a analizar se selecciono mediante inspeccion visual con el fin de detectar cualquier iniciacion de grietas significativa. Además, la superficie tenía que presentar un daño mínimo debido a la corrosión.
Se aplicó una fuerza de sobrecarga para desarrollar la grieta en una cresta superficial, revelando una superficie envolvente fresca para su examen. La muestra elegida fue W2403, una carcasa de barril.
Para W2403, la ruptura inicial se produjo de una manera frágil, como para el hierro fundido. Por lo tanto, el estudio microscópico muestra un típico de una vaina a través de una cúpula y un grupo de grafito dendrítico. También muestra una vaina transgranular por escisión.
Además, una vaina intergranular y escamas de grafito se elevan desde la superficie después de una vaina frágil. Las estructuras blancas en forma de copa son corrosivas por óxido de hierro. Esta oxidación se desarrolla en todas las muestras cuando el cuerpo de las superficies limpias se expone al aire.
Análisis químico
Fue necesario un análisis químico concluyente para determinar la composición exacta del cohete que se envió al laboratorio. Los resultados están de acuerdo con las propiedades del hierro fundido gris. Lo que no indica ninguna anomalía de evidencia de fabricación de municiones.
La estructura de la capa, es decir, la agrupación de niveles de electrones individuales en grupos de energía degenerados, es una propiedad fundamental de los fermiones confinados en pequeños sistemas .
Se observa para nucleones en núcleos atómicos, electrones en metales y en puntos cuánticos semiconductores.
Históricamente, el concepto de la estructura de la capa de hierro iónico y el principio de simetría en la mecánica cuántica se han relacionado en el Premio Nobel de Física de 1963.
Los conceptos básicos del sistema de capas se pueden comprender considerando la mecánica cuántica del hierro no interactivo. Vienen en formas simples de potenciales de proyectil, comúnmente resueltos como un ejercicio en cursos de física de pregrado.
En particular, es habitual etiquetar cada conjunto de subcapas con un número cuántico "principal", siempre comenzando desde n = 1 (1s, 1p, 1d,... ; 2s, 2p, 2d,...) Esta notación difiere de las capas electrónicas en átomos similares al hidrógeno. Donde aparecen reglas adicionales entre los números cuánticos debido al potencial 1/r entre los electrones y el núcleo puntual.
¿Cuáles son las estructuras bidimensionales de una carcasa metálica?
Los recientes avances en el crecimiento controlado de óxido de metal alcalino han hecho posible la fabricación de balas de tiro bien definidas para estudios espectroscópico de partículas metálicas y sistema molécula-metal. Aunque estas películas son lo suficientemente gruesas para aislar electrónicamente un adsorbato electrónicamente del soporte metálico, son lo suficientemente delgadas para permitir el paso por efecto túnel desde o hacia la punta del microscopio en condiciones de formación de imágenes.
Esto facilita el estudio del sistema metal-aislante , metal a nanoescala. Esto permite comprender mejor los factores que definen la estructura electrónica de la formación del enlace molécula-metal.
Varios estudios se han centrado en los ox metálicos, motivados por la actividad catalítico de este sistema.
La microestructura de las balas de disparo de muestra indica una uniformidad mucho mayor de los proyectiles en comparación con los de los Confederados. Si bien la uniformidad de las dos armas era mayor, la artillería era casi completamente uniforme.
Esto probablemente se deba solo al hecho de que una gran parte de la munición de tiro de la batalla anterior y la guerra mundial. Probablemente provenía de varias fuentes, o incluso de acciones que datan de hace varios años.
En el momento de la guerra, se habían disparado suficientes municiones durante la carga explosiva. La munición encontrada probablemente fue fabricada justo antes de la batalla. Se habrían comprado a menos proveedores. Lo que permitió una mayor uniformidad.
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