DE102007037702A1

DE102007037702A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines rohrförmigen Festkörpers aus einer hochschmelzenden Wolfram-Schwermetalllegierung, insbesondere als Halbzeug für die Fertigung eines Penetrators für ein Wuchtgeschoss mit Splitterwirkung

Info

Publication number: DE102007037702A1
Application number: DE102007037702A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Beister; René OUDELHOVEN; Michael Vagedes
Original assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2009-02-12
Also published as: EP2173507B1; EP2173507A1; WO2009018902A1; US20110176951A1

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Einfüllvorrichtung (1), bestehend aus einem Außenrohr (2) mit einer darin befindlichen Pressmatrize (3) sowie einem Füllstück (4), die mit einem Metallpulvergemisch im sich zwischen dem Füllstück (4) und der Pressmatrix (3) bildenden Zwischenraum (8) befüllt und dieser dann geschlossen wird. Zum Verdichten des Metallpulvers wird die Einfüllvorrichtung (1) in einer hydrostatischen Pressanlage platziert und die Metallpulvermischung zu einem Grünling gepresst. Die gepressten Rohre werden anschließend in einem oder mehreren Durchgängen in einem Ofen gesintert, wozu die gepressten Rohre einem vorgewählten Zeit-Temperaturverlauf unterzogen werden, so dass sichergestellt wird, dass sich eine Schmelze aus Wolfram (W) bildet und in allen Richtungen gleichmäßig schwindet, so dass nach dem Sintern ein geometrisch erwünschter Festkörper entsteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines rohrförmigen Festkörpers aus einer hochschmelzenden Wolfram-Schwermetalllegierung, insbesondere als Halbzeug für die Fertigung eines Penetrators für ein Wuchtgeschoss mit Splitterwirkung.
Bekannt sind Wuchtgeschosse mit einem massiven Penetrator aus WSM (Wolfram Schwermetall). Diese so genannten KE-Penetratoren sind auf eine maximale Eindringtiefe an Panzerzielen optimiert und dienen zur Bekämpfung gegnerischer Kampfpanzer.
Für spezielle Munition, wie beispielsweise PELE, ALP oder WSM-Sprenggeschoss werden, bedingt durch die neuen Anforderungen an diese Munitionen, rohrförmige Penetratoren verwendet. Diese sollen mögliche Kolateralschäden eines Penetrators beispielsweise beim Durchdringen einer Mauer oder dergleichen vermeiden. Derartige Penetratoren werden bisher aus Vollstäben hergestellt, die durch Tieflochbohren nachträglich bearbeitet werden, um so ausgehöhlt oder durchbohrt zu werden. Dieses Verfahren ist technisch sehr aufwändig und nicht wirtschaftlich.
Ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Vollpenetrators ist beispielsweise aus der DE 10 2005 049 748 A1 bekannt. Zur kostengünstigen Herstellung eines derartigen Penetrators wird in eine, an die Außenabmessungen des Penetrators konzentrisch an die Abmessung des Penetratorkerns angepasste Doppeltrichtereinfüllvorrichtung eingebracht, wodurch ein Zwischenraum geschaffen wird. Während in dem Innenrohr eine erste wolframartige Pulvermischung mit hohem Wolframanteil zur Herstellung des Penetratorkerns eingefüllt wird, wird in den ringförmigen Zwischenraum eine zweite wolframhaltige Pulvermischung eingebracht, die gegenüber der anderen Pulvermischung einen geringeren Wolframanteil aufweist.
Hier greift die Erfindung die Aufgabe auf, ein kostengünstigeres Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Herstellung von WSM-Rohren, als Halbzeug für die Herstellung von z. B. Penetratoren für Wuchtgeschosse mit Splitterwirkung aufzuzeigen.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 8. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, derartige Rohre oder rohrförmige Penetratoren, bei denen beide Enden offen oder auch eines geschlossen sein können, im Sinterverfahren ohne Nacharbeit der Innenkontur herzustellen. Gesintert wird mit einem Innenmedium im Rohling, der nach dem Sintern leicht entfernt werden kann. Ein gleichmäßiges Schwinden wird, wie bei Vollstäben bekannt, durch entsprechende Pressverfahren und Temperaturverläufe beim Sintern erreicht. Die Werkstoffeigenschaften werden durch die Legierungszusammensetzung eingestellt und durch Wärmebehandlung sowie ggf. mechanisches Umformen geprägt.
Das Verfahren ist einsetzbar für kleine Stäbe für Mittelkalibermunition (z. B. Außen ∅ 22 mm, Innen ∅ 15 mm), als unterkalibrige Großkalibermunition und für große Stäbe für Vollkalibermunition 120 mm (z. B. Außen ∅ 120 mm, Innen ∅ 110 mm). Der Werkstoff ist eine Wolfram-Schwermetall-Legierung.
Länge und Durchmesser sind variabel und werden derzeit nicht durch das Verfahren selbst, sondern vielmehr durch die herkömmlichen Fertigungsanlagen begrenzt. Das hat aber den Vorteil, dass vorhandene Fertigungsanlagen verwendet werden können.
Zur Herstellung eines solchen rohrförmigen Festkörpers wird eine Einfüllvorrichtung, bestehend aus einem Außenrohr mit konzentrisch angeordneter Pressmatrize sowie ein Füllstück mit aufgestecktem Füllrohr und Zentrierteil, mit einem Metallpulvergemisch befüllt.
Länge und Durchmesser von Außenrohr und Pressmatrize bestimmen die Außenkontur und die Geometrie des Füllstücks bestimmt die Innenkontur des rohrförmigen Festkörpers.
Zum Zentrieren des Füllstücks in der Pressmatrize ist an einem Ende eine Zentrierscheibe aus Kunststoff befestigt und am anderen Ende findet die Zentrierung über ein aufgestecktes Zentrierteil mit daran fest verbundenem Füllrohr statt. Eine Befüllung des Hohlraumes zwi schen Pressmatrize und Füllstück mit einer Metallpulvermischung wird über das Füllrohr ermöglicht. Nach dem Befüllen der Einfüllvorrichtung bis zur Oberkante des Füllstücks wird das Zentrierteil samt Füllrohr vom Füllstück entfernt. Zur Herstellung von rohrförmigen Festkörpern mit einem verschlossenen Ende wird nach dem Entfernen von Zentrierteil und Füllrohr die Metallpulvermischung von Hand bis zu der gewünschten Höhe oberhalb des Füllstücks nachgefüllt. Nach dem Befüllen wird die Pressmatrize mit einem Stopfen verschlossen.
Zum Verdichten des Metallpulvers wird die Einfüllvorrichtung in einer Pressanlage platziert und zu einem Grünling gepresst. Dieser hat, je nach Aufbau der Einfüllvorrichtung, nach Entnahme aus dieser, die Form eines einseitig verschossenen oder beidseitig offenen Rohres.
Nach dem Pressen wird der Grünling in einem oder mehreren Durchgängen gesintert, wodurch bekannter Maßen aus dem Pressling Werkstücke mit Festkörpereigenschaften hergestellt werden. Geschaffen werden beispielsweise Rohre zur Herstellung von Penetratoren mit sehr guter Splitterwirkung, die über das Verhältnis von Innen- zum Außendurchmesser und den entsprechenden Werkstoff bzw. die Werkstoffzusammensetzung einstellbar ist.
Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigen
1a eine Einfüllvorrichtung im Befüllungszustand,
1b die Einfüllvorrichtung im befüllten (geschlossenen) Zustand,
2 einen nach dem Verfahren hergestellten rohrförmigen Festkörper mit einseitig verschlossenem Ende.
1a, b zeigen eine Einfüllvorrichtung bzw. -form 1 zur Herstellung eines rohrförmigen, hier einseitig geschlossenen Festkörpers 10, (vgl. 2).
Die Einfüllvorrichtung 1a besteht aus einem Außenrohr 2 (bevorzugt aus Stahl), bei dem sich auf der Mantel- und Bodenfläche in regelmäßigen Abständen Bohrungen befinden. In diesem Außenrohr 2 sind konzentrisch angebracht eine Pressmatrize 3 (bevorzugt aus PU) ein Füllstück 4 (bevorzugt aus Metall) sowie ein Füllrohr 5 angebracht. Die Konzentrizität des Füllstücks 4 wird gewährleistet durch eine Zentrierscheibe 6 (bevorzugt aus PU) am unteren Ende und dem auf dem Füllstück aufgesteckten Zentrierteil 7 des Füllrohrs 5 am oberen Ende. Zentrierteil 7 und Füllrohr 5 sind fest miteinander verbunden. Gefüllt wird dabei ein sich zwischen Pressmatrize 3 und Füllstück 4 ausbildender Zwischenraum 8. Nach dem Befüllen der Einfüllvorrichtung 1a mit der Metallpulvermischung bis zum oberen Ende des Füllstücks 4 wird Zentrierteil 7 samt Füllrohr 5 vom Füllstück 4 entfernt und anschließend wird von Hand Metallpulvermischung nachgefüllt und die Pressmatrize mit einem Stopfen 9 verschlossen (1b).
Zum Verdichten des Metallpulvers wird die Einfüllvorrichtung 1b in einer hydrostatischen Pressanlage (nicht näher dargestellt, da bekannt) platziert und bei einem Druck von ca. 1500 bar wird die Metallpulvermischung zu einem Grünling gepresst. Dieser hat nach Entnahme aus der Einfüllvorrichtung 1b die Form eines einseitig verschlossenen Rohres und kann ohne zu zerbrechen gehändelt werden.
Die gepressten Rohre werden anschließend in einem oder mehreren Durchgängen in einem Ofen gesintert (Vorsintern bei einer Temperatur zwischen 1400°C und 1490°C, Nachsintern bei einer Temperatur zwischen 1495°C und 1570°C), so dass aus dem Pressling Werkstücke mit Festkörpereigenschaften hergestellt werden. Dazu werden die gepressten Rohre beim Vor- und Nachsintern einem vorgewählten Zeit-Temperaturverlauf unterzogen, wobei sichergestellt wird, dass sich in einem stabilen Wolframskelett eine Schmelze aus Wolfram und den restlichen Rinderelementen bildet und in allen Richtungen gleichmäßig schwindet, so dass nach dem Nachsintern ein geometrisch erwünschter Festkörper entsteht, wie beispielsweise in 2 aufgezeigt.
Um einen Werkstoff mit den geforderten Werkstoffeigenschaften zu erhalten, wird nach dem Nachsintern der Festkörper einer Wärmebehandlung unterzogen. Dadurch lassen sich z. B. Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Einschnürung einstellen. Diese erfolgt bevorzugt in einem Glühverfahren, bei dem das Glühen im Hochvakuum unterhalb der Schmelztemperatur des Binders zu einer Phasenumwandlung führt, die beim anschließenden Abschrecken z. B. in N₂ zur Fixierung des Werkstoffzustandes und somit der Werkstoffeigenschaften führt.
In 2 ist ein rohrförmiger Festköper zur Herstellung einer nicht näher dargestellten Munition (beispielsweise ein Wuchtgeschoss mit Splitterbildung) aufgezeigt, welcher nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist und die eingestellten Festkörpereigen schaften aufweist. Dieser besitzt mit L_g eine vorgebbare Gesamtlänge und mit L_v eine Länge des Vollkörpers und weist einem Innendurchmesser d_i und einem Außendurchmesser d_a auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005049748 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Festkörpers, insbesondere zur Herstellung eines Penetrators für ein Wuchtgeschoss mit Splitterwirkung, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Einfüllvorrichtung, bestehend aus einem Außenrohr (2) mit einer darin befindlichen Pressmatrize (3) sowie einem Füllstück (4), mit einem Metallpulvergemisch im sich zwischen dem Füllstück (4) und Pressmatrize (3) bildenden Zwischenraum (8) befüllt und dieser dann verschlossen wird, – zum Verdichten des Metallpulvers die Einfüllvorrichtung (1) in einer hydrostatischen Pressanlage platziert und die Metallpulvermischung zu einem Grünling gepresst wird, – die gepressten Rohre anschließend in einem oder mehreren Durchgängen in einem Ofen gesintert werden, wozu die gepressten Rohre einem vorgewählten Zeit-Temperaturverlauf unterzogen werden, so dass sichergestellt wird, dass sich eine Schmelze bildet und in allen Richtungen gleichmäßig schwindet, so dass nach dem Sintern ein geometrisch erwünschter Festkörper entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Sintern der Festkörper einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wodurch sich Zugfestigkeit und Bruchdehnung einstellen lassen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Wärmebehandlung der Festkörper einem Schmiedeverfahren unterzogen wird, wodurch Fließspannung und Zugfestigkeit zunehmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das befüllen der Einfüllvorrichtung mit dem Metallpulver über ein Füllrohr (5) erfolgt, der auf dem Füllstück (4) aufgesetzt ist und ein Befüllen zwischen Füllstück (4) und Pressmatrize (3) ermöglicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllrohr (5) nach dem Befüllen der Einfüllvorrichtung entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das verschließen des Zwischenraumes (8) durch einen Stopfen (9) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Wolfram-Schwermetalllegierung handelt mit 80–98 Gew.% Wolfram und wenigstens einer zweiten Komponente aus der Gruppe Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Mo oder irgendeiner Kombination hiervon.
Einfüllvorrichtung zur Herstellung eines rohrförmigen Festkörpers, insbesondere eines Penetrators für ein Wuchtgeschoss mit Splitterwirkung, gekennzeichnet durch: – ein Außenrohr (2) in welches – konzentrisch eine Pressmatrize (3) und ein Füllstück (4) angebracht ist, mit einem – auf dem Füllstück (4) aufgesetztem Füllrohr (5) zum Befüllen des, sich zwischen Pressmatrize (3) und Füllstück (4) bildenden Zwischenraumes (8) mit einer Metallpulvermischung.
Einfüllvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (2) ein Stahlrohr und die Pressmatrize (3) ein PU-Rohr ist.