CN103575169A - 一种高比重高硬度霰弹枪圆柱形弹丸的制造方法 - Google Patents

一种高比重高硬度霰弹枪圆柱形弹丸的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高比重高硬度霰弹枪圆柱形弹丸的制造方法，属于材料加工领域。该方法是把纯度为95-100%的钨棒套在长度略长于钨棒的钢管中，在对管腔抽真空后进行热等静压，将二者压成一体；随后对钢包钨棒材进行常规热处理以提高材料表面硬度（针对外包钢管）；最后将热处理后的钢包钨棒材进行机加工，制成指定规格的霰弹枪圆柱形弹丸。采用该方法制造出的新型霰弹枪弹丸，与原有钢制弹丸和铅制弹丸相比，比重进一步增大且可调，使得弹丸飞行轨迹更精准、穿透效果更好；改善了表面硬度，增强了目标打击效果、提高了霰弹枪的反弹射击能力。

Description

一种高比重高硬度霰弹枪圆柱形弹丸的制造方法
技术领域
本发明属于材料加工领域，特别涉及高性能霰弹枪弹丸的制造。
背景技术
随着社会的进步和科学技术的不断发展，人们对材料性能和制备技术要求不断提高，在霰弹枪领域尤为如此。传统的霰弹枪金属弹丸以钢丸和铅丸为主（直径1.27～9.14mm）。铅丸因具有比重大（约为11.2g/cm3），飞行轨迹精准、贯穿力强等特点被广泛采用。钢丸的制造成本低，表面硬度高、反弹射击能力更好。但这两种材料均各有其使用缺点：铅丸质软，目标杀伤效果和反弹射击能力不如钢丸；钢丸虽然硬度高但比重低，贯穿力较铅丸差很多。故传统的霰弹枪弹丸打击效果始终停留在一定水平内。而现代社会在霰弹枪的使用要求上日趋提高，例如野外狩猎和动物捕杀效率、室外射击运动成绩及门锁墙体短时间爆破，非致命自卫、治安防暴等等。因此，如何在现有霰弹枪弹丸尺寸的基础上，通过进一步提高弹丸材料比重和表面硬度来提升其打击性能成为了霰弹枪发展的必然趋势。
复合材料能够综合多种材料性能。将复合材料的制备技术应用在霰弹枪弹丸制造领域，存在以下问题：一是采用何种高比重材料作为基体（母材），选择何种金属材料作为增强体（辅材）；二是选择何种制备工艺将异种材料复合在一起且保证结合良好；三是在材料复合制备完成后，选择怎样的工艺来进一步提高复合材料的性能。
发明内容
本发明选择纯钨作为高比重母材，钢管作为辅材外包在母材表面，同时保证了复材的高比重和高表面硬度；采用包套-抽真空-热等静压的方法将母材和辅材复合在一起，实现了两者的良好结合；将钢包钨复材进行热处理（针对外包钢管），进一步提高材料表面力学性能。
一种高比重高硬度霰弹枪圆柱形弹丸的制造方法，具体的工艺步骤如图1所示。
（1）钨棒和钢管
钨棒直径为0.8mm～10.0mm，纯度95-100%。钢管的外径为2.5mm～20.0mm，壁厚0.6mm～5.0mm。用于热等静压的钢管长度略长于钨棒长度0.5mm～20.0mm以便于封焊。
（2）套管
将钨棒套入钢管中。在套管前，应先将钨棒表面打磨抛光，并对表面磨光后的钨棒和钢管内壁用丙酮进行超声清洗以保证复合效果。
（3）封焊+抽真空，热等静压
先将套有钨棒的钢管一端用圆片状普碳钢封焊，普碳钢圆片直径略小于钢管外径；然后用相同尺寸但中心带有圆孔的普碳钢圆片将钢管另一端封焊。中心圆孔用来连接抽真空机，待管腔完全真空后再将圆孔封堵。
将抽完真空并封焊好的钢包钨材料进行热等静压复合。热等静压工艺参数为：850～1000℃，100～200Mpa。由于异种材料线膨胀系数不同，为避免材料冷却后因残余应力释放导致的如裂纹等界面缺陷的产生，在保温保压结束后先降温，后泄压。
（4）常规热处理
常规热处理主要针对钢包钨棒材的钢管外包，以此提高弹丸表面硬度。为防止钢管在热处理保温过程中脱碳氧化，在钢包钨棒材表面涂刷一层水玻璃（抗氧化剂），待其干结后再将材料放入炉中加热保温。
（4）机加工，切圆柱体
将热处理后的钢包钨棒去头去尾，然后按需要进行机加工，切圆柱体。
本发明的优点
该发明是将纯钨棒套在长度略长于钨棒的钢管中，在对管腔抽真空后进行热等静压，并将二者压成一体；随后对钢包钨棒材进行热处理以提高材料表面硬度（针对外包钢管）；最后将热处理后的钢包钨棒材机加工，制成指定规格的霰弹枪圆柱形弹丸。本发明的优点是，采用本发明的方法制造的钢包钨霰弹枪圆柱形弹丸，较原有钢制弹丸和铅制弹丸比重更大，硬度更高，使得弹丸飞行轨迹更精准、贯穿效果更好；增强了目标打击效果、提高了霰弹枪的反弹射击能力。
附图说明
图1为高比重高硬度霰弹枪圆柱形弹丸的制备流程图。
具体实施方式
（1）一种高比重高硬度霰弹枪9号直径圆柱形弹丸的制造
将直径1.3mm，纯度99%的钨棒套在规格为外径3.1mm，壁厚0.8mm的GCr15钢管中，钢管长度略长于钨棒。在套管前将钨棒表面打磨抛光，并用超声振动清洗钢管内部。套管后，用直径为2.9mm、厚度为2mm的A3钢圆片将钢管两端封焊，其中一端的的圆片中心预留一个直径为0.8mm的圆孔用来连接抽真空设备。待抽真空完毕后将圆孔封堵。随后进行热等静压复合，工艺参数为：930℃，130Mpa，保温保压时间15min。保温保压结束后，先降温、再泄压，取样。之后是对钢包钨棒材的热处理（针对GCr15外包），热处理参数为：870℃保温3min，油淬；170℃回火2h。最后通过机加工将钢包钨棒材制成公称直径的9号圆柱体弹丸，圆柱体弹丸的高度根据实际弹头装配需要确定。经实验测算，其比重约为11.1g/cm3，外包钢表面硬度可达HRC59～62。
（2）一种高比重高硬度霰弹枪2号直径圆柱形弹丸的制造
将直径2.3mm，纯度99.5%的钨棒套在规格为外径4.7mm，壁厚1.1mm的GCr15钢管中，钢管长度略长于钨棒。在套管前将钨棒表面打磨抛光，并用超声振动清洗钢管内部。套管后，用直径为4.5mm、厚度为2mm的A3钢圆片将钢管两端封焊，其中一端的的圆片中心预留一个直径为1.0mm的圆孔用来连接抽真空设备。待抽真空完毕后将圆孔封堵。随后进行热等静压复合，工艺参数为：930℃，130Mpa，保温保压时间15min。保温保压结束后，先降温、再泄压，取样。之后是对钢包钨棒材的热处理（针对GCr15外包），热处理参数为：870℃保温3min，油淬；170℃回火2h。最后通过机加工将钢包钨棒材制成公称直径的2号圆柱体弹丸，圆柱体弹丸的高度根据实际弹头装配需要确定。经实验测算，其比重约为11.7g/cm3，外包钢表面硬度可达HRC59～62。
（3）一种高比重高硬度霰弹枪F号直径圆柱形弹丸的制造
将直径3.5mm，纯度99.5%的钨棒套在规格为外径7.0mm，壁厚1.5mm的GCr15SiMn钢管中，钢管长度略长于钨棒。在套管前将钨棒表面打磨抛光，并用超声振动清洗钢管内部。套管后，用直径为6.8mm、厚度为3mm的A3钢圆片将钢管两端封焊，其中一端的的圆片中心预留一个直径为2.0mm的圆孔用来连接抽真空设备。待抽真空完毕后将圆孔封堵。随后进行热等静压复合，工艺参数为：950℃，150Mpa，保温保压时间15min。保温保压结束后，先降温、再泄压，取样。之后是对钢包钨棒材的热处理（针对GCr15SiMn外包），热处理参数为：870℃保温5min，油淬；170℃回火2.5h。最后通过机加工将钢包钨棒材制成公称直径的F号圆柱体弹丸，圆柱体弹丸的高度根据实际弹头装配需要确定。经实验测算，其比重约为12.0g/cm3，外包钢表面硬度可达HRC61～64。
（4）一种高比重高硬度霰弹枪No.00号直径圆柱形弹丸的制造
将直径5.6mm，纯度99.5%的钨棒套在规格为外径10.0mm，壁厚2.0mm的GCr15SiMn钢管中，钢管长度略长于钨棒。在套管前将钨棒表面打磨抛光，并用超声振动清洗钢管内部。套管后，用直径为9.7mm、厚度为4mm的A3钢圆片将钢管两端封焊，其中一端的的圆片中心预留一个直径为2.0mm的圆孔用来连接抽真空设备。待抽真空完毕后将圆孔封堵。随后进行热等静压复合，工艺参数为：950℃，150Mpa，保温保压时间20min。保温保压结束后，先降温、再泄压，取样。之后是对钢包钨棒材的热处理（针对GCr15SiMn外包），热处理参数为：870℃保温5min，油淬；170℃回火2.5h。最后通过机加工将钢包钨棒材制成公称直径
Figure BDA0000415635200000042
的No.00号圆柱体弹丸，圆柱体弹丸的高度根据实际弹头装配需要确定。经实验测算，其比重约为12.7g/cm3，外包钢表面硬度可达HRC62～66。

Claims (3)

1.一种高比重高硬度霰弹枪圆柱形弹丸的制造方法，其特征在于，把纯钨棒套在长度略长于钨棒的外包钢管中，在对管腔抽真空后进行热等静压，将二者压成一体；随后对钢包钨棒材的外包钢管进行热处理以提高材料表面硬度；最后将热处理后的钢包钨棒材机加工，制成指定规格的霰弹枪圆柱形弹丸。
2.一种高比重高硬度霰弹枪圆柱形弹丸的制造方法，其特征在于，单根钨棒直径为0.8mm～10.0mm；钢管的外径为2.5mm～20.0mm，壁厚0.6mm～5.0mm；用于热等静压的钢管长度应长于钨棒长度0.5mm～20.0mm，以便于封焊。
3.一种高比重高硬度霰弹枪圆柱形弹丸的制造方法，其特征在于，在对钨棒和钢管进行整体热等静压前先对管腔抽真空，热等静压参数为850～1000℃，100～200Mpa；热等静压后的钢包钨棒材采用常规热处理来提高表面硬度，制成的霰弹枪圆柱形弹丸密度为11～16g/cm3，外包钢的硬度不低于HRC58。
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