[논문]소구경 총열 표면처리에 관한 연구

채제욱; 김인우; 이영신

문제 정의

각각 최적화된 공정으로 처리한 총열을 비교시험하여 가장 적절한 표면처리방안이 무엇인지를 결정하고자 시험을 수행하였다.
따라서 차기소총 연구개발 범위내에 본 연구를 포함시켜 적극적인 연구개발을 수행하게 되었다.
본 연구는 차기소총 연구개발의 일환으로 총열 내부에 질화처리 및 크롬도금처리를 실시하여 총열의 내식성 및 내마모성을 향상시키고 정비의 용이성을 증대시켜 차기소총에 적용하기 위하여 수행하였다 1972년 한국에서 M16A1> 생산한 이래로 성능향상을 위한 총열내경 표면처리"]는 계속 거론되어왔고 1978년에 7.62mm M60총열에 크롬도금을 적용하는데 성공하였다. 이후 1980년부터 1982년동안 5.
본 연구는 총열 내부에 질화처리 및 크롬도금처리를 실시하여 총열의 내식성 및 내마모성을 향상시키고 정비의 용이성을 증대시키기 위하여 수행하였으며그 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 총열내 크롬도금과 질화처리 공정별성능을 비교평가하여 5.56mm 총열에 적합한 표면처리 방법이 무엇인지 결정하고, 질화처리 및 크롬도금기술이 5.56mm 총열과 같은 제품에 적용될 수 있도록 표면처리 기술을 개발하는데 그 목적이 있다.
크롬도금과 마찬가지로 총열내 질화 표면처리도 5.56mm 총열이라는 특수한 형상의 모재를 사용하기 때문에 형상 및 사용 용도에 맞는 질화처리 방법을 연구하였다. 시작단계에서는 외부 표면을 염수분무 시험으로 비교하여 가능성을 타진하였다.

제안 방법

5.56mm 소구경 총열에 가장 적합하게 선정된 최상의 크롬도금과 질화 표면처리의 성능을 K2 소총 기준 6, 000발 내구도 사격으로 비교평가回하였다 또한표면처리로 인한 성능증대를 확인하기 위하여 20, 000 발 내구도사격을 실시하였으며 크롬도금의 경우 내구성을 확인코자 25,000발까지 사격하여 시험결과를 평가하였다. 예비 검사 항목으로서는 각 총열에 대하여 두격검사, 기능검사, 강내검사, 진직도검사 등의 예비검사를 실시하였다.
내식성을 평가하기 위하여 염수분무시험을 실시하였다. 온도는 35℃ 에서 5% 염수를 분무하여 총열을 30도 정도 기울여 매달아 놓고 시험하였으며, 최초사격부터 시작하여 염수분무까지 144시간을 실시하였다.
따라서 사격으로 인하여 마모되는 백층 두께의 증대가 요구되었으며, 두께는 사격시의 마모를 고려하여 10~20㎛로 하는 질화처리를 적용하였다.
온도는 35℃ 에서 5% 염수를 분무하여 총열을 30도 정도 기울여 매달아 놓고 시험하였으며, 최초사격부터 시작하여 염수분무까지 144시간을 실시하였다. 시간배정은 최초사격(100발), 염수분무(48시간), 사격 (100발), 염수분무(48시간), 사격(100발), 염수분무(48 시간) 등으로 하였다.
시험은 분산도 총구속도 총열내경치수, 염수분무시험, 총열내면 관측 등으로 구분하여 비교시험하였다.
총열에 적용된 표면처리 기술 평가는 분산도 총구속도 총열내경치수, 염수분무시험, 총열내면 관측 등으로 구분하였으며 이는 실사격시험을 통하여 검증하였다. 실사격을 통해 산출된 자료는 총열규격 및 수락시험 기준을 적용하여 평가하였으며, 총열수명기준이 별도로 규격화되어 있지않은 관계로 신품총열규격 및 수락시험 기준을 적용하였다
연구 진행은 먼저 크롬도금 및 질화처리 각 공정에서 총열에 최적인 크롬도금과 질화처리 방법을 내구도시험 및 염수분무시험 등의 방법을 통하여 최적방안을 연구하고 총열에 적용한다. 총열에 적용된 표면처리 기술 평가는 분산도 총구속도 총열내경치수, 염수분무시험, 총열내면 관측 등으로 구분하였으며 이는 실사격시험을 통하여 검증하였다.
56mm 소구경 총열에 가장 적합하게 선정된 최상의 크롬도금과 질화 표면처리의 성능을 K2 소총 기준 6, 000발 내구도 사격으로 비교평가回하였다 또한표면처리로 인한 성능증대를 확인하기 위하여 20, 000 발 내구도사격을 실시하였으며 크롬도금의 경우 내구성을 확인코자 25,000발까지 사격하여 시험결과를 평가하였다. 예비 검사 항목으로서는 각 총열에 대하여 두격검사, 기능검사, 강내검사, 진직도검사 등의 예비검사를 실시하였다. 지속사격 및 염수분무 시험항목 및 방법으로서는 각 총열에 대하여 6, 000발 내구도사격 및 염수분무시험을 실시하였고, 내구도사격후 총열을 절개하여 육안검사를 실시하였다.
온도는 35℃ 에서 5% 염수를 분무하여 총열을 30도 정도 기울여 매달아 놓고 시험하였으며, 최초사격부터 시작하여 염수분무까지 144시간을 실시하였다. 시간배정은 최초사격(100발), 염수분무(48시간), 사격 (100발), 염수분무(48시간), 사격(100발), 염수분무(48 시간) 등으로 하였다.
즉, 소화기 성능(내부식성, 내마모성, 정비성) 향상을 위하여 5.56mm 총열에 적합한 크롬도금 및 질화처리 기술 및 공정을 개발하고, 크롬도금 및 질화처리된 5.56mm 총열의 성능 비교 시험을 수행하여 적합한 표면처리 기술을 선택하고 이를 소화기 총열에 적용하고자 하였다.
예비 검사 항목으로서는 각 총열에 대하여 두격검사, 기능검사, 강내검사, 진직도검사 등의 예비검사를 실시하였다. 지속사격 및 염수분무 시험항목 및 방법으로서는 각 총열에 대하여 6, 000발 내구도사격 및 염수분무시험을 실시하였고, 내구도사격후 총열을 절개하여 육안검사를 실시하였다.
질화처리의 성능은 내구도 사격으로 시험평가 하였다. 질화처리 시험결과 5500에서 30분간, 5&TC 에서 300분간, 550℃ 에서 15분간 가스(NH? 70%, N₂ 20%, CO₂ 9%, CH₄ 1%)질화 처리하고 수냉하면 그림 4 와 같이 백층두께가 10~20/® 정도 나오는 것을 알수 있었다.
연구하고 총열에 적용한다. 총열에 적용된 표면처리 기술 평가는 분산도 총구속도 총열내경치수, 염수분무시험, 총열내면 관측 등으로 구분하였으며 이는 실사격시험을 통하여 검증하였다. 실사격을 통해 산출된 자료는 총열규격 및 수락시험 기준을 적용하여 평가하였으며, 총열수명기준이 별도로 규격화되어 있지않은 관계로 신품총열규격 및 수락시험 기준을 적용하였다
총열위치별 치수변화를 확인하기 위하여, 총열을 총구로부터 시작하여 10개로 구분하여 1~10번 위치로 지정하였다. 각 위치별 총구로부터 거리는 1번(0.

성능/효과

표 4, 5와 같이 내구도시험후 Groove 부위抛圮는 Land 부위보다 치수변화폭은 작았으며, 6, 000발사격완료후에는 총열의 대부분은 치수 규격을 만족하였으나 약실쪽은 치수 규격을 만족하지 않았다 Land 부위9, 10, 11]는 £"발 사격후부터 총열의 약실쪽에서 총구쪽으로 마모가 진전되었음을 확인할 수 있었고, 6, 000발사격 완료후에는 총열의 총구쪽은 내경치수 규격을 만족하였으나 약실쪽은 내경치수 규격을 만족하지 않았다.
6, 000발 사격후 염수분무시험에 있어 총구부근에서 시편을 채취하여 시험한 결과, 6, 000발 사격전에는 120시간까지 발청의 흔적이 없었다. 6, 000발 내구도시험후에는 20시간 경과 후부터 pitting형태의 부식이 시작되어 24시간 경과한 후에는 4군데에서 발청의 흔적이 발생되었다.
가) 크롬도금 공정은 표준경도 크롬도금보다 중간경도 크롬도금이 효과적일 것으로 판단되고, 양극봉 직경을 차별화하여 양극봉 치수별 도금층편차를 최소화하는 Step Type傍24/2.8)으로 적용하는 것이 최적공정이라고 판단된다.
검토 결과 사격간 내부식성을 판단하는 염수분무시험에서 크롬도금 총열은 국부적 발청이 발생하였으며, 질화 총열은 전체적으로 잔잔한 부식이 진행되었으며, 표준총열은 심한 발청이 진행되었다.
결론적으로 550℃ 에서 30분간, 580℃ 에서 300분간, 550℃ 에서 15분간 가스질화 처리하고 수냉하여 백층두께가 10~20㈣ 정도 나오는 공정이 최적 질화처리공정이라고 판단하였다.
그림 6과 같이 초기 총구속도는 질화처리총열이 가장 높으며, 크롬도금총열이 가장 낮았으나 20, 000발 사격결과를 고찰하면 질화처리총열의 총구속도가 가장 급속히 하락하였으며 크롬 총열의 총구속도 지속능력이 탁월한 것으로 판단된다
나) 질화처리 공정은 550℃ 에서 30분간, 580℃ 에서 300분간, 550℃ 에서 15분간 가스질화 처리하고 수냉하여 백층두께가 10~20側 정도 나오는 공정이 최적 질화처리 공정이라고 판단된다.
내구도 사격완료후 총구 및 중간부분의 치수변화와조직은 대체로 균일한 형태를 나타내지만, 약실부근에 있어서는 치수 및 조직에서 매우 불균일한 형태를 보였다. Pitting형태의 크랙이 발생하였으며, 크랙은 Land와 Groove의 경계부분에서 발생하였다.
다) 사격시험을 통한 표준총열, 크롬도금총열 및 질화처리총열 비교시험결과, 치수 변화 즉 내마모성은 크롬도금 총열이 가장 우수하였다. 염수분무시험 즉 내식성은 크롬도금총열이 국부적으로 발청이 진행되어 비교적 우수한 것으로 나타났다.
염수분무시험 즉 내식성은 크롬도금총열이 국부적으로 발청이 진행되어 비교적 우수한 것으로 나타났다. 분산도는 크롬도금 10, 800발, 질화처리 6, 000발 표준총열 7, 200발까지 규격을 만족하는 것으로 나타났다. 총구속도 변화는 크롬도금 총열의 총구속도 지속능력이 양호한 것으로 나타났다.
염수분무시험 즉 내식성은 크롬도금총열이 국부적으로 발청이 진행되어 비교적 우수한 것으로 나타났다. 분산도는 크롬도금 10, 800발, 질화처리 6, 000발, 표준총열 7, 200발까지 규격을 만족하는 것으로 나타났다. 총구속도 변화는 크롬도금총열의 총구속도 지속능력이 양호한 것으로 나타났으며 전반적으로 크롬도금총열이 가장 우수한 것으로 판단된다.
상기 시험 결과를 종합하여 볼 때 5.56mm 소화기총열에는 Hard 크롬도금보다 Medium 크롬도금이 효과적일 것으로 판단되고, 양극봉은 양극봉 직경을 차별화하여 양극봉 치수별 도금층 편차를 최소화하는 75笆에서 Step Type@2.4/2.8)으로 적용하여 질화 표면처리와 성능비교시험 용으로 선정하였다.
그림 % 표 3과 같다. 시험결과 단위면 적당 부식 면적을 고려해 볼 때 Medium이 상대적으로 양호하다고 판단된다.
치수 변화 즉 내마모성은 크롬도금 총열이 가장 우수하였다. 염수분무시험 즉 내식성은 크롬도금총열이 국부적으로 발청이 진행되어 비교적 우수한 것으로 나타났다. 분산도는 크롬도금 10, 800발, 질화처리 6, 000발 표준총열 7, 200발까지 규격을 만족하는 것으로 나타났다.
질화처리 시험결과 5500에서 30분간, 5&TC 에서 300분간, 550℃ 에서 15분간 가스(NH? 70%, N₂ 20%, CO₂ 9%, CH₄ 1%)질화 처리하고 수냉하면 그림 4 와 같이 백층두께가 10~20/® 정도 나오는 것을 알수 있었다.
분산도는 크롬도금 10, 800발, 질화처리 6, 000발 표준총열 7, 200발까지 규격을 만족하는 것으로 나타났다. 총구속도 변화는 크롬도금 총열의 총구속도 지속능력이 양호한 것으로 나타났다. 상기시험결과에 의거 크롬도금 총열이 성능면에서 가장우수하다고 판단된다
분산도는 크롬도금 10, 800발, 질화처리 6, 000발, 표준총열 7, 200발까지 규격을 만족하는 것으로 나타났다. 총구속도 변화는 크롬도금총열의 총구속도 지속능력이 양호한 것으로 나타났으며 전반적으로 크롬도금총열이 가장 우수한 것으로 판단된다.
표준총열, 크롬도금총열 및 질화처리총열 비교시험 ⑫결과, 치수 변화 즉 내마모성은 크롬도금 총열이 가장 우수하였다. 염수분무시험 즉 내식성은 크롬도금총열이 국부적으로 발청이 진행되어 비교적 우수한 것으로 나타났다.

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