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EP1940574B1 - Verfahren zur herstellung eines penetrators - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines penetrators Download PDF

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Publication number
EP1940574B1
EP1940574B1 EP06792334A EP06792334A EP1940574B1 EP 1940574 B1 EP1940574 B1 EP 1940574B1 EP 06792334 A EP06792334 A EP 06792334A EP 06792334 A EP06792334 A EP 06792334A EP 1940574 B1 EP1940574 B1 EP 1940574B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tungsten
penetrator
powder mixture
weight
core
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP06792334A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1940574A1 (de
Inventor
Cornelis Taal
Rene Oudelhoven
Michael Vagedes
Uta Lenz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Original Assignee
Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rheinmetall Waffe Munition GmbH filed Critical Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority to PL06792334T priority Critical patent/PL1940574T3/pl
Publication of EP1940574A1 publication Critical patent/EP1940574A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1940574B1 publication Critical patent/EP1940574B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
    • F42B12/02—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect
    • F42B12/04—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of armour-piercing type
    • F42B12/06—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the warhead or the intended effect of armour-piercing type with hard or heavy core; Kinetic energy penetrators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/004—Filling molds with powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
    • F42B12/72—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the material
    • F42B12/74—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the material of the core or solid body
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F42B12/72—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the material
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a penetrator with a tungsten heavy metal (WSM) penetrator core with a high proportion of tungsten and an outer jacket which consists of a material that is more ductile than the penetrator core.
  • WSM tungsten heavy metal
  • Tungsten-heavy metal alloy penetrators typically have a high tungsten content (90 to about 97% by weight), because of their high masses, these materials have good penetration performance on normal impact on simple armored targets.
  • the high proportion of tungsten leads to embrittlement of the material, so that it often comes before the penetration of the target, a breakup of the penetrator with obliquely arranged targets and multi-plate targets.
  • the kinetic energy of the resulting relatively short fragments is usually insufficient due to their low mass to penetrate the remaining target plate (s).
  • the brittleness of well-known WSM penetrators often increases in that, during mechanical processing, for example by turning or grinding, cracks of the near-surface tungsten grains occur, which can then lead to premature failure of the respective penetrator under load propagation through crack propagation.
  • a penetrator in which a fracture-sensitive penetrator core consisting, for example, of tungsten heavy metal is protected by means of a ductile sheath.
  • the ductile casing which consists for example of steel, is applied to the penetrator core in a form-fitting manner after the tungsten core has been produced by pressure-rolling.
  • the AT 383 979 B proposes a method of making penetrators for subcaliber balancing projectiles and casing for use in the practice of this method.
  • a sleeve made of a material of high toughness is hot drawn onto a core consisting of heavy metals, heavy metal alloys or heavy metal sintering materials and then the sleeve is cooled.
  • the sleeve is made of pure conversion-free pure iron or high-strength tempered steel.
  • the invention has for its object to provide a comparison with other known methods simpler method for producing a penetrator with brittle penetrating core and ductile jacket.
  • the invention is based on the idea of concentrically introducing in a mold adapted to the outer dimensions of the penetrator, a double hopper filling device adapted to the dimensions of the penetrator core. While in the inner tube, a first tungsten-containing powder mixture with high tungsten content (90-99 wt.%) Is filled to produce the penetrator core, in the annular space located between the outer wall of the inner tube and the inner wall of the mold, a second tungsten-containing powder mixture with respect to the first Powder mixture lower tungsten content (approximately between 83% and 91%) introduced. After removal of the inner tube from the mold then carried out in a conventional manner required for the preparation of the penetrator pressing the powder mixture, the sintering, the cold forming of the compact and finally the finishing of the Penetratorrohlings.
  • a penetrator is produced with a core of high density and a tough outer sheath frictionally connected to the penetrator core, wherein the outer jacket prevents breakage on oblique target impact.
  • a mixture with 95% by weight of tungsten and a balance of nickel and cobalt powder in a weight ratio of 9: 1 has proven to be the first tungsten-containing powder mixture.
  • tungsten-containing powder mixture in an advantageous manner, a mixture of 87% by weight of tungsten and a balance of nickel and cobalt powder, likewise in a weight ratio of 9: 1, was obtained as the second tungsten-containing powder mixture in an advantageous manner.
  • a first tungsten-containing powder mixture 4 is introduced with a tungsten content of 95 wt .-% and a balance of nickel and cobalt powder in a weight ratio of 9: 1.
  • a second tungsten-containing powder mixture 5 having a tungsten content of 87% by weight and likewise a balance of nickel and cobalt powder in a weight ratio of 9: 1 is introduced into the annular space.
  • the Doppeltrichterein spallvorraum is removed from the press matrix 1 and then hydrostatically compressed the entire powder mixture after a for example caused by shaking pre-compression. Then the compact is then finished according to the desired specifications Penetrators sintered in a conventional manner, heat-treated, cold-formed, hot outsourced and then finished by a machining process, such as from US 3,979,234 known.
  • Fig.2 shows the longitudinal section of a portion of the penetrator 10 produced by the process according to the invention.
  • 6 denoted by 6 of the relatively high due to the high proportion of tungsten penetrant core and with 7 due to the lower tungsten content significantly more ductile outer sheath with thread.
  • transition region 8 Between the penetrator core 6 and the outer jacket 7, there results a transition region 8 with a preferred thickness of between 25 ⁇ m and 200 ⁇ m, which ensures good adhesion between the core 6 and the jacket 7.
  • the tough shell 7 is preferably removed in the tip-side region, for example by machining, so that it is made of a core material tip and breaks brittle in the target impact, whereby ever-sharp Anb redesignkanten arise that ensure a good Anb exert .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Penetrators (10) aus Wolfram-Schwermetall mit hohem Wolframanteil und einem äußeren Mantel (7), der aus einem gegenüber dem Penetratorkern (6) duktileren Material besteht.Zur kostengünstigen Herstellung eines derartigen Penetrators (10) schlägt die Erfindung vor, in eine an die Außenabmessungen des Penetrators (10) angepasste Pressform (1) konzentrisch eine an die Abmessungen des Penetratorkerns (6) angepasste Doppeltrichtereinfüllvorrichtung einzubringen. Während in dem Innenrohr (3) eine erste wolframhaltige Pulvermischung mit hohem Wolframanteil zur Herstellung des Penetratorkerns (6) eingefüllt wird, wird in den zwischen der Außenwand des Innenrohres und der Innenwand der Pressform (1 ) befindliche ringförmige Raum eine zweite wolframhaltige Pulvermischung mit gegenüber der ersten Pulvermischung geringerem Wolframanteil (etwa zwischen 85 % und 91 %) eingebracht. Nach Entfernen des Innenrohres (3) aus der Pressform (1 ) erfolgt dann in an sich bekannter Weise das zur Herstellung des Penetrators (10) erforderliche Pressen der Pulvermischung, das Sintern, das Kaltumformen des Presskörpers und schließlich das Endbearbeiten des Penetratorrohlings.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Penetrators mit einem Penetratorkern aus Wolfram-Schwermetall (WSM) mit hohem Wolframanteil und einem äußeren Mantel, der aus einem gegenüber dem Penetratorkern duktileren Material besteht.
  • Penetratoren aus einer Wolfram-Schwermetall-Legierung besitzen üblicherweise einen hohen Wolframanteil (90 bis ca. 97 Gew.-%), da diese Werkstoffe aufgrund ihrer hohen Massen gute Penetrationsleistungen bei senkrechtem Aufprall auf einfache gepanzerte Ziele besitzen. Allerdings führt der hohe Wolframanteil zu einer Versprödung des Werkstoffes, so dass es bei schräg angeordneten Zielen sowie bei Mehrplattenzielen häufig bereits vor Durchdringen des Zieles zu , einem Auseinanderbrechen des Penetrators kommt. Die kinetische Energie der dabei entstehenden relativ kurzen Bruchstücke reicht aufgrund ihrer geringen Masse in der Regel nicht aus, um die verbleibende(n) Zielplatte(n) zu durchdringen.
  • Die Sprödigkeit bekannter WSM-Penetratoren nimmt häufig noch dadurch zu, dass bei der mechanischen Bearbeitung, beispielsweise durch Drehen oder Schleifen, Anrisse der oberflächennahen Wolframkörner auftreten, die im Belastungsfall dann durch Rißfortpflanzung zu einem frühzeitigen Versagen des jeweiligen Penetrators führen können.
  • Aus der DE 41 13 177 C2 ist es bekannt, zur Erhöhung der Festigkeit von mechanisch bearbeiteten Penetratoren die äußeren Wolfram-Schichten des jeweiligen in seiner Geometrie endbearbeiteten Penetrators durch Ätzen zu entfernen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass durch ein derartiges Abätzen der äußeren Wolfram-Schichten die Kerbschlagzähigkeit des entsprechenden Penetrators wesentlich (d.h. bis zu 20 %) erhöht wird.
  • Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist allerdings, dass Säuren verwendet werden müssen, die ahwendungs- und umweltunfreundlich sind. Außerdem ist die Herstellung derartiger Penetratoren relativ aufwendig, weil durch den Ätzvorgang die vorgegebenen Maße des Penetrators nicht beeinflusst werden dürfen.
  • Aus der DE 40 16 051 C2 ist ferner ein Penetrator bekannt, bei dem ein z.B. aus Wolfram-Schwermetall bestehender bruchempfindlicher Penetratorkern mittels einer duktilen Hülle geschützt wird. Hierzu wird die z.B. aus Stahl bestehende duktile Hülle nach Fertigung des Wolframkerns durch Drückwalzen formschlüssig auf den Penetratorkern aufgebracht. Auch dieses bekannte Verfahren ist relativ zeit- und kostenaufwendig.
  • Die AT 383 979 B schlägt ihrerseits ein Verfahren zur Herstellung von Penetratoren für unterkalibrige Wuchtgeschosse sowie Hülle zur Verwendung bei der Durchführung dieses Verfahrens vor. Hierbei wird auf einen aus Schwermetallen, Schwermetalllegierungen oder Schwermetallsinterwerkstoffen bestehenden Kern eine Hülse aus einem Material hoher Zähigkeit heiß aufgezogen und danach die Hülse abgekühlt. Die Hülse besteht aus reinem umwandlungsfreien Reineisen oder hochfestem Vergütungsstahl.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber vergleichbaren bekannten Verfahren einfacheres Verfahren zur Herstellung eines Penetrators mit sprödem Penetratorkern und duktilem Mantel anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
  • Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, in eine an die Außenabmessungen des Penetrators angepasste Pressform konzentrisch eine an die Abmessungen des Penetratorkerns angepasste Doppeltrichtereinfüllvorrichtung einzubringen. Während in dem Innenrohr eine erste wolframhaltige Pulvermischung mit hohem Wolframanteil (90-99 Gew. %) zur Herstellung des Penetratorkerns eingefüllt wird, wird in den zwischen der Außenwand des Innenrohres und der Innenwand der Pressform befindliche ringförmige Raum eine zweite wolframhaltige Pulvermischung mit gegenüber der ersten Pulvermischung geringerem Wolframanteil (etwa zwischen 83 % und 91 %) eingebracht. Nach Entfernen des Innenrohres aus der Pressform erfolgt dann in an sich bekannter Weise das zur Herstellung des Penetrators erforderliche Pressen der Pulvermischung, das Sintern, das Kaltumformen des Presskörpers und schließlich das Endbearbeiten des Penetratorrohlings.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Penetrator mit einem Kern hoher Dichte und zähem kraftschlüssig mit dem Penetratorkern verbundenen äußeren Mantel erzeugt, wobei der äußere Mantel ein Brechen bei schrägem Zielaufprall verhindert. Die Herstellung einer separaten Hülle und ein aufwendiges Befestigen einer derartigen Hülle an dem Penetratorkern, wie im Falle der vorstehend erwähnten DE 40 16 051 C2 , kann entfallen.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat sich als erste wolframhaltige Pulvermischung eine Mischung mit 95 Ges.-% Wolfram und einem Rest aus Nickel- und Kobaltpulver im Gewichtsverhältnis 9:1 erwiesen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ergab sich als zweite wolframhaltige Pulvermischung in vorteilhafter Weise eine Mischung von 87 Gew.% Wolfram und einem Rest aus Nickel- und Kobaltpulver, ebenfalls im Gewichtsverhältnis 9:1.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles mit Zeichnung näher erläutert werden.
  • Es zeigen:
    • Fig.1
    einen Längsschnitt durch eine Form zur Herstellung eines Penetratorrohlings mit darin enthaltenen Pulvermischungen und
    Fig.2
    einen Längsschnitt eines Teiles des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Penetrators.
    In Fig.1 ist mit 1 eine an die Außenabmessungen des herzustellenden Presslings angepasste Pressform aus Kunststoff bezeichnet, in der konzentrisch eine Doppeltrichtereinfüllvorrichtung eingebracht ist. Das Innenrohr 3 und die Doppeltrichter 2 sind vorzugsweise aus Edelstahl und weisen eine Wandstärke von ca. 1 mm auf. Der zwischen der Pressform 1 und dem Innenrohr 3 befindliche ringförmige Raum besitzt einen Wandabstand von etwa 1/8 des Innendurchmessers. Beide konzentrischen Trichter sind im konischen Bereich mit Hilfe von Querstreben verbunden.
  • In das Innenrohr 3 wird eine erste wolframhaltige Pulvermischung 4 mit einem Wolframanteil von 95 Gew.-% und einem Rest aus Nickel- und Cobaltpulver im Gewichtsverhältnis 9:1 eingebracht. Anschließend wird in den ringförmigen Raum eine zweite wolframhaltige Pulvermischung 5 mit einem Wolframanteil von 87 Gew.-% und ebenfalls einem Rest aus Nickel- und Cobaltpulver im Gewichtsverhältnis 9:1 eingebracht.
  • Nach dem Einbringen der Pulvermischungen 4 und 5 wird die Doppeltrichtereinfüllvorrichtung aus der Pressmatrix 1 entfernt und anschließend die gesamte Pulvermischung nach einer z.B. durch Rütteln bewirkten Vorverdichtung hydrostatisch komprimiert. Anschließend wird dann der Pressling entsprechend den gewünschten Spezifikationen des fertigen Penetrators in an sich bekannter Weise gesintert, wärmebehandelt, kaltumgeformt, warm ausgelagert und dann durch ein spanendes Verfahren endbearbeitet, wie beispielsweise aus US 3,979,234 bekannt.
  • Fig.2 zeigt den Längsschnitt eines Teiles des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Penetrators 10. Dabei sind mit 6 der aufgrund des hohen Wolframanteiles relativ spröde Penetratorkern und mit 7 der aufgrund des geringeren Wolframanteiles wesentlich duktilere äußere Mantel mit Gewinde bezeichnet.
  • Zwischen dem Penetratorkern 6 und dem äußeren Mantel 7 ergibt sich ein Übergangsbereich 8 mit einer bevorzugten Dicke zwischen 25µm und 200µm, der eine gute Haftung zwischen dem Kern 6 und dem Mantel 7 gewährleistet. Der zähe Mantel 7 wird bevorzugt im spitzenseitigen Bereich beispielsweise durch spanabhebende Bearbeitung entfernt, so dass sie Spitze aus einem Kernwerkstoff besteht und beim Zielaufprall spröde bricht, wodurch immerscharfe Anbeißkanten entstehen, die ein gutes Anbeißverhalten gewährleisten.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Pressmatrix (kunststoff)
    2
    Doppeltrichter (Edelstahl)
    3
    Innenrohr (Edelstahl)
    4
    Kernpulvermischung
    5
    Randpulvermischung
    6
    spröder Penetratorkern
    7
    duktiler Penetratormantel (mit Gewinde)
    8
    Übergangsbereich Kern -Mantel
    10
    Penetrator

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Penetrators (10) aus Wolfram-Schwermetall mit hohem Wolframanteil und einem äußeren Mantel (7), der aus einem gegenüber dem Penetratorkern (6) duktileren Material besteht, wobei
    a) in eine an die Außenabmessungen des Penetrators (10) angepasste Pressmatrix (1) konzentrisch ein an die Abmessungen des Penetratorkerns (6) angepasstes dünnwandiges Innenrohr (3) einer Doppeltrichtereinfüllvorrichtung eingebracht und mit einer ersten wolframhaltigen Pulvermischung (4) mit einem Wolframanteil zwischen 90 Gew.% und 97 Gew.-% gefüllt wird;
    b) der zwischen der Außenwand des Innenrohres (3) und der Innenwand der Pressmatrix (1) befindliche ringförmige Raum wird mit einer zweiten wolframhaltigen Pulvermischung (5) gefüllt, deren Wolframanteil zwischen 85 Gew.-% und 91 Gew.-% liegt;
    c) anschließend die Doppeltrichtereinfülleinrichtung aus der Pressmatrix (1) entfernt und
    d) das Pulvergemisch gepresst und gesintert, der Presskörper kaltumgeformt und der Penetratorrohling dann endbearbeitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste wolframhaltige Pulvermischung (4) 95 Gew.-% Wolfram enthält und der Rest der Pulvermischung aus Nickel- und Kobaltpulver besteht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite wolframhaltige Pulvermischung (5) 87 Gew.% Wolfram enthält und der Rest der Pulvermischung aus Nickel- und Kobaltpulver besteht.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Nickel- und Kobaltpulver in der ersten und/oder zweiten wolframhaltigen Pulvermischung (4, 5) ein Gewichtsverhältnis zwischen 2:1 und 10:1, vorzugsweise 9:1 aufweisen.
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