AT508777B1 - Geschosslauf von feuerwaffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Geschoßlauf von Feuerwaffen, insbesondere von leichtgewichtigen Handfeuerwaffen.Um das Sicherheitspotential gegen Sprödbruch bei Wandstärkenminimierung zu erhöhen und eine geforderte Materialhärte bei Temperaturen über 500°C zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Geschoßlauf von Feuerwaffen aus einem verformten Werkstoff mit einer chemischen Zusammensetzung von in Gew.-%Ge-haltCSiMnPSCrMoNiVWTlAs+ Sn+SbFeMin0.280.080.153.61.20.42RestMax0.360.260.350.0050.0024.41.80.180.50.150.080.007sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen zu erstellen, welcher thermisch vergütete Geschoßlauf-Werkstoff eine Härte von mindestens 46 HRC bis 48 HRC aufweist.

Description

österreichisches Patentamt AT508 777B1 2011-04-15

Beschreibung

GESCHOßLAUF VON FEUERWAFFEN

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Geschoßlauf von Feuerwaffen, insbesondere von leichtgewichtigen Handfeuerwaffen.

[0002] Ein Geschoßlauf ist im praktischen Einsatz der Waffe hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Eine schlagartige Gasdruckbelastung des Rohres bzw. eine Zugbelastung der Rohrwand beim Schuss erfordert eine hohe Streckgrenze bzw. hohe Festigkeit des Laufwerkstoffes bei guten Zähigkeitseigenschaften.

[0003] Dem Stand der Technik gemäß werden als Laufwerkstoffe erprobte, hochzähe Vergütungsstähle eingesetzt, welche überdies wirtschaftlich verfügbar sind. Als Werkstoffhärte dieses thermisch vergüteten Rohrteiles wird zumeist eine solche von 47 ± 1 HRC gefordert, was etwa einer Zugfestigkeit im Bereich 1030 N/mm2 bis 1125 N/mm2 entspricht.

[0004] Im Rahmen einer Leistungssteigerung, Güteverbesserung und Erhöhung der Sicherheit werden gesteigerte Anforderungen an den Geschoßlauf von Feuerwaffen und derart an den Werkstoff der Rohrteile gestellt. Dies ergibt sich hauptsächlich aus erhöhten Gasdruckbelastungen durch neue Munitionskonzepte und geringeren Laufwandstärken zur Gewichtsreduktion von modernen Waffen.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist, ausgehend vom Stand der Technik, einen verbesserten Geschoßlauf von Feuerwaffen aus einem neuen Werkstoff für diesen zu schaffen, welcher legierungstechnisch ausgewogen ist und nach einer thermischen Vergütung eine geforderte Festigkeit bzw. Mindesthärte von größer 47 ± 1 HRC, eine hohe Zähigkeit im Temperaturbereich von -50°C bis +500°C und höher hat und derart ein Sicherheitspotential gegen Sprödbruch auch bei einer Wandstärkenminimierung aufweist.

[0006] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, wenn der Geschoßlauf aus einem verformten Werkstoff mit einer chemischen Zusammensetzung von in Gew.-%

Ge halt C Si Mn P S Cr Mo Ni V W Ti As+ Sn+Sb Fe Min 0.28 0.08 0.15 3.6 1.2 0.42 Rest Max 0.36 0.26 0.35 0.005 0.002 4.4 1.8 0.18 0.5 0.15 0.08 0.007 sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen gebildet ist, wobei der thermisch vergütete Geschoßlauf-Werkstoffeine Härte von 46 HRC bis 48 HRC aufweist.

[0007] Im Vergleich mit einer bisher vorwiegend verwendeten Legierung für einen Geschoßlauf mit einer in weiten Grenzen gebildeten Zusammensetzung von in Gew.-% C = 0.42, Si = 0.3, Mn = 0.7, P Max 0.025, S Max 0.01, Cr = 1.1, Mo = 0.2, Ni = 0.25, V Max 0.1, W Max 0.1, Ti Max 0.1 weist das neue Waffenrohrmaterial hochwirksame Unterschiede in den Konzentrationen der Elemente C, Si, Mn, P, S, Cr, Mo, Ni und V auf, wobei die Stahlschädlinge As, Sn, Sb in ihrer maximalen Konzentration wesentlich verringert sind.

[0008] Hauptaugenmerk bei der neuen erfindungsgemäßen Legierung für einen Geschoßlauf war eine Erhöhung der Zugfestigkeit bzw. Dehngrenze bei Temperaturen über ca. 300°C. Bei kurzer Schussfolge erwärmt sich insbesondere ein vorteilhaft dünnes bzw. leichtgewichtiges Geschoßlaufrohr zumindest im Bereich der Innenoberfläche auf über 400°C bis 450°C, wodurch die Materialfestigkeit und der Verschleißwiderstand von bisher verwendeten Geschoßrohr-Werkstoffen stark sinkt und allgemeine Probleme mit den gesteigerten Güteanforderungen bei erhöhten Temperaturen an diesen mit sich bringt.

[0009] Werden jedoch stattdessen übliche Warmarbeitsstähle, die oft bis 500°C und auch wesentlich darüber, hohe Werkstoff härte werte im vergüteten Zustand aufweisen, für Waffenrohre eingesetzt, so ist zwar deren Hochtemperaturverhalten äußerst günstig, allerdings sind die 1/5 österreichisches Patentamt AT508 777 B1 2011-04-15 Zähigkeitswerte vergleichsweise niedrig und die Übergangstemperatur von zähem Bruch zum Sprödbruch des Werkstoffes (FATT) liegt im Wesentlichen im Bereich von +60°C bis 0°C.

[0010] Die Nachteile des Vergütungsstahles einerseits und diejenigen eines Warmarbeitsstahles andererseits werden durch die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Geschoßwerkstoffes überwunden.

[0011] Dieser weist im Vergleich mit den genannten Legierungen einen niedrigeren C-Gehalt auf, der das Härteverhalten günstig beeinflusst und bei einer Standard-Vergütetechnologie ausreichende Härtewerte erbringt.

[0012] Aus Gründen der Werkstoffzähigkeit im Tieftemperaturbereich ist der Si-Gehalt auf niedrige Werte, die allenfalls eine Desoxidation der Schmelze mit Sicherheit bewirken, beschränkt.

[0013] Niedrige Werte von Mn sind unter der Bedingung von niedrigen S-Gehalten vorteilhaft.

[0014] Ein gegenüber dem Vergütungsstahl erhöhter Cr- und Mo-Gehalt wirkt sich günstig auf das Vergüteverhalten des Werkstoffes und auf dessen Hochtemperatureigenschaften aus.

[0015] Entscheidend sind, wie gefunden wurde, niedrige Ni-Konzentrationen für ein verbessertes Wasserstoff-induziertes Tieftemperaturverhalten der Legierung.

[0016] Weiters ist von wesentlicher Bedeutung für eine hohe Zähigkeit des Werkstoffes dessen niedrige Gehalte an As, Sn und Sb.

[0017] Von besonderem Vorteil für ein Erreichen höchster Gütewerte ist, wenn der Geschoßlauf aus einem oben genannten Werkstoff, der zumindest ein Element in der Konzentration in Gew.-% von

Ge halt C Si Mn P s Cr Mo Ni V W Ti As+ Sn+Sb Fe Min 0.3 0.1 0.2 3.8 1.4 0.44 Rest Max 0.34 0.2 0.3 0.005 0.001 4.2 1.6 0.1 0.48 0.1 0.05 0.005 aufweist, besteht.

[0018] Ein Verfahren zur Herstellung eines Geschoßlaufes von Feuerwaffen mit vorgenannter, chemischer Zusammensetzung hat sich als besonders vorteilhaft und effizient herausgestellt, nach welchem eine thermische Vergütung als Vakuum-Wärmebehandlung durchgeführt wird, bei welcher ein mindestens einmaliges Härten mit einer forcierten Abkühlung von einer Temperatur von höher als 940°C, jedoch niedriger als 995°C, mit einer Haltezeit auf Härtetemperatur nach einer Teildurchwärmung von mindestens 20 min. erfolgt und ein mindestens zweimaliges Anlassen des Härtegefüges bei einer Temperatur von höher als 575°C durchgeführt wird.

[0019] Weiter verbesserte Güteeigenschaften sind erreichbar, wenn ein Härten des Geschoßlaufwerkstoffes von einer Temperatur im Bereich von 960°C bis 980°C nach einer Haltezeit auf dieser Austenitisierungstemperatur von mehr als 25 min. erfolgt, worauf ein mehrmaliges Anlassen bei einer Temperatur von etwa 600°C durchgeführt wird.

[0020] Anhand von Untersuchungsergebnissen, welche lediglich einen Ausführungsweg der Erfindung darstellen, soll diese näher erläutert werden. Die Messewerte der Untersuchungen sind in Diagrammen dargestellt.

[0021] Es zeigt [0022] Tab. 1 chemische Zusammensetzung der Vergleichslegierungen bzw. Werkstoffe [0023] Fig. 1 Warmfestigkeit der Werkstoffe in Abhängigkeit der Temperatur [0024] Fig. 2 Kerbschlagarbeit (Zähigkeit) der Werkstoffe in Abhängigkeit der Temperatur [0025] In Tab. 1 sind ein Vergütungsstahl V320, ein Warmarbeitsstahl W300 und ein erfin- 2/5 österreichisches Patentamt AT508 777B1 2011-04-15 dungsgemäßer Stahltyp W381 für Waffenrohre mit den Gehalten an Legierungselementen angegeben, wobei der Restgehalt im Wesentlichen Eisen ist: Güte C Si Mn P S Cr Mo Ni V W Ti As+Sn+Sb V320 min 0.4 0.2 0.6 1.0 0.15 0.2 max 0.44 0.35 0.8 0.025 0.002 1.2 0.25 0.3 0.1 0.1 0.05 0.01 W300 min 0.36 0.9 0.3 4.8 1.1 0.3 max 0.4 1.2 0.5 0.025 0.002 5.2 1.3 0.4 0.5 0.1 0.05 0.01 W381 min 0.28 0.08 0.15 3.6 1.2 0.42 max 0.36 0.26 0.35 0.005 0.002 4.4 1.8 0.18 0.5 0.15 0.08 0.07 [0026] Alle angegebenen und für eine Erprobung verwendeten Geschoßrohrstähle wurden einer Vakuum-Wärmebehandlung mit gleichen Parametern unterworfen: [0027] - Austenitisieren bei Härtetemperatur [0028] - Halten auf der Austenitisierungstemperatur von 30 min.

[0029] - Zweimaliges Anlassen mit jeweils 2 Std.

[0030] Fig. 1 zeigt den Verlauf der Zugfestigkeit Rm mit steigender Temperatur bis 600°C.

[0031] Die Festigkeit Rm verringert sich beim Vergütungsstahl V320 schon bei einer Temperatur über 200°C wesentlich und entspricht ab ca. 390°C nach oftmaligem Erwärmen nicht mehr den derzeitigen Forderungen an einen Geschoßlaufwerkstoff.

[0032] Der erfindungsgemäße Werkstoff W381 und der Warmarbeitsstahl W300 hingegen weisen erst ab einer Temperatur von ca. 500°C einen Abfall der Zugfestigkeit unter die geforderte Grenze auf.

[0033] Fig. 2 vermittelt den Verlauf der Werkstoffzähigkeit über der Temperatur im Bereich von -40°C und +200°C.

[0034] Am Kurvenverlauf ist deutlich erkennbar, dass der Warmarbeitsstahl W300 insgesamt niedrigere Zähigkeitswerte aufweist und dass ab einer Temperatur von unter 20°C eine Spröd-bruchneigung des Werkstoffes dominierend ist.

[0035] Der Vergütungsstahl V320 zeigt ein zähes Bruchverhalten bei Schlagbeanspruchung von Teilen aus diesem, wobei der erfindungsgemäße Werkstoff W381 nur geringfügig niedrigere Zähigkeitswerte bei den einzelnen Temperaturen hat.

[0036] Im Vergleich umfasst der erfindungsgemäße Geschoßlauf einen Werkstoff W381, der einerseits bei höheren Temperaturen eine wesentlich größere Zugfestigkeit und Härte als der üblicherweise eingesetzte Vergütungsstahl V320 aufweist, welcher Werkstoff W381 andererseits bei tiefen Temperaturen bis -40°C ein wesentlich höheres Zähigkeitspotential hat. 3/5

Claims (4)

1. österreichisches Patentamt AT508 777 B1 2011-04-15 Patentansprüche 1. Geschoßlauf von Feuerwaffen, insbesondere von leichtgewichtigen Handfeuerwaffen, gebildet aus einem verformten Werkstoff mit einer chemischen Zusammensetzung von in Gew.-% Ge halt c Si Mn P S Cr Mo Ni V W Ti As+ Sn+Sb Fe Min 0.28 0.08 0.15 3,6 1.2 0.42 Rest Max 0.36 0.26 0.35 0.005 0.002 4.4 1.8 0.18 0.5 0.15 0.08 0.007 sowie erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, welcher thermisch vergütete Geschoßlauf-Werkstoff eine Härte von mindestens 46 HRC bis 48 HRC aufweist.
2. 2. Geschoßlauf nach Anspruch 1, aus einem Werkstoff, der zumindest ein Element in der Konzentration in Gew.-% von Ge halt C Si Mn P S Cr Mo Ni V W Ti AS+ Sn+Sb Fe Min 0.3 0.1 0.2 3.8 1.4 0.44 Rest Max 0.34 0.2 0.3 0.005 0.001 4.2 1.6 0.1 0.48 0.1 0.05 0.005 aufweist.
3. 3. Verfahren zur Herstellung eines Geschoßlaufes von Feuerwaffen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem eine thermische Vergütung als Vakuum-Wärmebehandlung durchgeführt wird, bei welcher ein mindestens einmaliges Härten bei einer Temperatur von höher als 940°C, jedoch niedriger als 995°C mit einer Haltezeit auf Härtetemperatur nach einer Teildurchwärmung von mindestens 20 min. erfolgt und ein mindestens zweimaliges Anlassen des Härtegefüges bei einer Temperatur von höher als 575°C durchgeführt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem ein Härten des Geschoßlauf-Werkstoffes bei einer Temperatur im Bereich von 960°C bis 980°C mit einer Haltezeit auf dieser Austenitisierungstemperatur von mehr als 25 min. erfolgt, worauf ein mehrmaliges Anlassen bei einer Temperatur von etwa 600°C durchgeführt wird. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen. 4/5