CN107848036A - 包含由延展性护套围绕的芯的穿透器及这种穿透器的制造方法 - Google Patents

包含由延展性护套围绕的芯的穿透器及这种穿透器的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有高钨含量的重金属穿透器(3)，该穿透器(3)包含中心部分或芯(7)，所述中心部分或芯(7)由包含85％‑97％质量的与附加金属相结合的钨的合金形成并且其由比芯材料更为延展性的钨合金所制成的外围护套(8)围绕。该护套(8)由包含30％‑72％质量的钨的合金制成，该芯(7)包含由将钨与附加金属相结合的γ相γC基质约束的钨结节，两个γ相彼此连续连接而没有过渡区。本发明的目的还在于这种穿透器的制造方法。

Description

包含由延展性护套围绕的芯的穿透器及这种穿透器的制造 方法
技术领域
本发明的技术领域是重金属穿透器(pénétrateurs)的领域，特别是用于生产大口径(口径大于或等于25mm)的次口径射弹的穿透器的领域。
背景技术
这些射弹更经常地被称为箭型射弹(projectiles flèches)。它们包括次口径(sous-calibré)穿透器或棒，其借助于具有武器口径的弹托(sabot)由武器来发射。
对于120mm口径的射弹，穿透器通常具有20-30mm的直径，并且能够使其发射的弹托由轻质材料(例如铝合金)分段的组件形成。
专利FR-2521717和FR-2661739公开了这种箭型射弹的实例。
为了提高箭型射弹的穿透效力，穿透器通常由具有高钨含量的合金制成。
这样的合金对它们在倾斜目标上冲击时或者在它们与反应性保护相互作用时所受到的横向应力敏感。横向冲击导致穿透器破裂，这降低了穿透器穿过这些目标之后的穿透力。
已知为穿透器提供由更为延展性的材料制成的外围套，以确保用于穿透器的弯曲强度。
例如由专利EP-1940574可知一种包含芯的穿透器，所述芯由包含90-97％质量的钨的合金形成并且其由比所述芯的材料更为延展性的钨合金外围护套围绕。
这种穿透器的护套具有85％-91％的钨比例。
护套的钨百分比相对接近于芯的钨百分比，并且这种穿透器因而具有不足的弯曲强度。
这样的穿透器不适合具有高伸长率(也即穿透器的长度(L)与穿透器的直径(D)的比率(L/D))的箭型射弹的现今制造要求。
这是因为目前正在寻求制造伸长率超过20(L/D>20)的穿透器。这导致获得对于直径25-35mm来说长度超过500mm的穿透器。这种穿透器对在倾斜目标上的冲击来说特别敏感。
然而，使护套具有比芯更大的延展性并不容易。此外，还必须确保芯的材料与护套的材料之间的连接。如果这种连接不充分，则径向或纵向力会导致这些元件在冲击过程中或者甚至由于发射而分离。
为了确保连接，专利EP-1940574提出将芯和护套在相同的模具中烧结。护套与芯之间的分离通过与将芯区与护套区分开的管相结合的特定漏斗来确保。在芯和护套的材料被放置到位后，该管和漏斗被移除。护套和芯的材料因而彼此接触并且可进行烧结。
这种方法的缺点是在护套和芯之间留下厚度在25微米至200微米之间的过渡区。这个区域由其组成和特性介于芯和护套的组成和特性之间的材料形成。这样的过渡区就如芯和护套一样结合了钨的结节(nodules)和γ相。这个区域的钨结节的尺寸和γ相的组成必然与芯和护套是不同的。如果情况不是这样的话，则不会有这样的过渡区。
这种过渡区的缺点在于它构成了弱化如此制成的棒的界面。
更具体地说，这个过渡区的几何形状(厚度，相对于穿透器轴的定位…)不受控制。
这导致这个过渡区沿着穿透器的径向定位的变化，对于具有大伸长度的穿透器来说变化更为显著。这还导致这个界面的强度沿着穿透器是非常可变的，这降低了穿孔性能。
此外，由专利EP-1940574描述的方法规定护套的钨比率相对接近于芯的钨比率。
使用这种方法获得的护套的延展性因此比芯的延展性大不多，为大约5％-10％。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种即使在护套和芯之间的钨比率不同的情况下，护套和芯之间的粘附性也优异的穿透器结构。
根据本发明的穿透器因而能够具有比已知的具有钨护套的穿透器更大的护套延展性。
因此，本发明的目的在于具有高钨含量的重金属穿透器，该穿透器包含中心部分或芯(coeur)，所述中心部分或芯由包含85％-97％质量的与附加金属相结合的钨的合金形成并且其由比芯材料更为延展性的钨合金所制成的外围护套(gaine)围绕，该穿透器的特征在于，该护套由包含30％-72％质量的钨的合金制成，该芯包含由将钨与附加金属相结合的γ相γC基质约束的钨结节，两个γ相彼此连续连接而没有过渡区。
有利地，芯的γ相γC和护套的γ相γG具有结合钨、镍、钴和任选的铁的组成。
根据一种实施方案，芯可以包含85％质量的钨，并且护套可包含38％质量的钨，芯的γ相γC和护套的γ相γG具有结合钨、镍和钴的组成。
根据另一实施方案，芯可以包含89％质量的钨，并且护套可包含68％质量的钨，芯的γ相γC和护套的γ相γG具有结合钨、镍和钴的组成。
根据又一实施方案，芯的合金可以包含95％质量的钨、2％质量的镍、1.5％质量的钴和2％质量的Fe并且护套可包含70％质量的钨，芯的γ相γC和护套的γ相γG具有结合钨、镍、钴和铁的组成。
本发明还涉及使得能够制造这种穿透器的方法。
这种具有高钨含量的重金属穿透器的制造方法的特征在于，该方法包括以下步骤(其导致获得这种穿透器的坯件)：
-生产由压实粉末组成的芯，所述压实粉末包含85％-97％质量的与附加金属相结合的钨，所述附加金属包括镍，钴，具有或不具有铁，
-生产由压实粉末组成的护套，所述压实粉末包含30％-72％质量的与附加金属相结合的钨，所述附加金属包括镍，钴，具有或不具有铁，
-通过护套和芯的烧结进行组装。
附图说明
通过阅读以下针对特定实施方案的说明将更好地理解本发明，该说明参考附图来进行，在附图中：
-图1显示箭型次口径射弹的总体结构，
-图2示出了根据本发明的穿透器的局部纵向截面图，
-图3是显示根据本发明的穿透器的芯结构的显微照片，
-图4是显示根据本发明的穿透器的护套结构的显微照片，
-图5a是显示护套和芯之间的连接的显微照片，
-图5b是图5a的显微照片的放大图。
具体实施方式
图1示出了箭型射弹1，其典型地包含由轻质材料(例如铝合金)制成的弹托2，该弹托2由多个片段形成并且其围绕次口径穿透器3。
该穿透器包含锥形的前部3a，并且在其后部3b处具有尾翼4，以确保在其弹道方面的稳定化。以下将描述穿透器3本身的结构。
该弹托配有由塑料材料制成的带5，其确保在武器管(未示出)中发射时的推进气体的密封性。
在发射时，来自推进装料(未示出)的气体将它们的推力施加到弹托的后部6，其是全口径的并且其形成所谓的推力版。
由尾翼稳定化的次口径射弹(箭型射弹)的这种整体配置是众所周知的。尤其可以参考描述已知箭型射弹的专利FR-2521717和FR-2661739。
弹托2旨在使得射弹能够被武器发射。它由围绕穿透器3并且在接合平面处两两接触的多个片段(通常三个)构成。
在离开武器管时，弹托2的片段在施加在弹托2的前部(AV)处的气动压力的作用下从穿透器3展开。
所述片段的展开导致带5的破裂，并且弹托因而释放继续其弹道的穿透器3。
形状配合装置(未示出)如螺纹位于弹托2和穿透器3之间，以确保后者的驱动。
图2更详细地示出了穿透器3的结构，其包含由外围护套8围绕的中心部分或芯7。
根据本发明，所述芯由包含85％-97％质量的钨的合金形成，并且所述护套由包含30％-72％质量的钨的合金制成。
无论是芯还是护套，钨都与添加金属如镍合金化，所述镍总是与钴相结合，具有或不具有铁。
更确切地并且参照图3，在芯7中，材料包含具有中心立方晶体结构的α相的钨结节9，它们之间由γ相γC的基质10约束，所述基质10将钨与镍、钴相结合，具有或不具有铁(Fe)，具有面心立方晶体结构。
所述芯的钨比率为85％-97％，这导致获得大约17g/cm3的芯密度。芯7被配制成具有大于或等于1100MPa(兆帕斯卡)的上屈服点。延展性为大约6％，并且其夏比韧性(根据标准ISO 179-1的无缺口测试)为大约80J/cm2。
芯组成将包含(质量比例)：
85-97％的钨，
1-10％的镍，
1-6％的钴。
根据另一实施方案，芯组成将包含(质量比例)：
85-97％的钨，
1-10％的镍，
0.5-10％的铁，
1-8％的钴。
参考图4，在护套8中，材料基本上包含γ相γG的基体11，其基本上使钨与镍并且与钴结合，具有或没有铁，并且具有面心立方晶体结构，这是这种护套具有高韧性(résilience)的标志。
护套8的钨百分比为30％-72％，这导致此护套的密度可以在10g/cm3至15g/cm3之间变化。护套8的合金被配制为具有超过7％的延展性和高韧性：夏比韧性(根据标准ISO179-1的无缺口试验)大于或等于200J/cm2。
护套的组成将包含(质量比例)：
30-72％的钨，
20-44％的镍，
5-25％的钴。
根据另一实施方案，护套的组成将包含(质量比例)：
30-72％的钨，
30％-44％的镍，
0.5-10％的铁，
5-25％的钴。
考虑到在护套和芯中的钨浓度差异，护套8因此比芯7更具延展性。
如果芯的γ相γC将钨与镍和钴(具有或不具有铁)相结合，则护套的γ相γG也将含有镍和钴(具有或不具有铁)作为附加金属。
图5a和5b示出了在穿透器3成形之后，芯8和护套7的基质10和11(由芯和护套的γ相形成的基质)将连续地彼此接合而没有过渡区。尤其可以参考由箭头Z1和Z2标记的区域(图5b是图5a的双倍放大图)。图5a和5b清楚地显示出芯和护套的γ相相互穿透，并且因此在本发明中没有如专利EP-1940574中所述的过渡区。
这导致了芯8上的护套7的紧密结合以及这种结合的非常高的强度。
为了生产这样的穿透器3，实施如下所述的方法：
在步骤A期间，为了制造包含85％-97％质量的钨的合金，将钨、镍、钴和任选的铁的粉末均匀地混合，并以将构成芯的棒的形式预压缩。
在步骤B期间，生产包含30％-72％质量的与附加金属相结合的钨的合金的护套8，所述附加金属包括镍、钴和任选的铁。
将材料均匀混合，然后在工具中压制，该工具包含直径等于或大于护套所需内径的圆柱形核心。该压制工具的其余部分是传统的。
在步骤C期间，通过烧结组装护套和芯。
该烧结在液相的存在下进行。可以实施由专利申请WO03/027340公开的使用感应加热的高功率烧结方法。
合金在1400℃-1600℃的温度下固化。
该烧结能够保证护套和芯之间的γ相的连续性。
这些步骤A至C因此使得能够制造穿透器的坯件。
之后对该坯件进行不同的机械加工以获得所需的穿透器3。特别地，获得由护套携带的外部螺纹，并且使得能够组装穿透器3及其发射弹托2。
可以制造直径为芯直径的1.4-2.0倍的护套。对于外径为35mm的穿透器来说，护套8的厚度因此可以在5mm至9mm之间变化。
例为实例，可以制造以下的穿透器：
实施例1
芯的直径等于护套直径的0.5-0.7倍。
芯由85％质量的钨形成，并且具有密度为16.5g/cm3，屈服点为1800MPa，延展性为10％，无缺口夏比韧性为150J/cm2。
芯的合金包含85％质量的钨、15％质量的镍和5％质量的钴。
护套具有11.2g/cm2的密度，1400MPa的屈服点，18％的延展性和400J/cm2的无缺口夏比韧性。护套的合金包含(质量比例)：38.0％的钨、40％的镍和22％的钴。
这个穿透器(及其坯件)是通过实施上述方法制造的。
实施例2
芯的直径等于护套直径的0.5-0.7倍。
芯由89％质量的钨形成，并且具有密度为17.1g/cm3，屈服点为1500MPa，延展性为9％，无缺口夏比韧性为300J/cm2。芯的合金包含89％质量的钨、7.5％质量的镍和3.5％质量的钴。
护套由68％质量的钨形成并且具有14.1g/cm2的密度，2000MPa的屈服点，11％的延展性和400J/cm2的无缺口夏比韧性。护套的合金包含(质量比例)：68％的钨、22％的镍和10％的钴。
这个穿透器(及其坯件)是通过实施上述方法制造的。
实施例3
芯的直径等于护套直径的0.5-0.7倍。
芯由95％质量的钨形成，并且具有密度为18.3g/cm3，屈服点为1300MPa，延展性为7％，并且无缺口夏比韧性为50J/cm2。芯的合金包含95％质量的钨、2％质量的镍、1.5％质量的钴和2％质量的铁。
护套由70.0％质量的钨形成并且具有14.0g/cm2的密度，2000MPa的屈服点，9％的延展性和300J/cm2的无缺口夏比韧性。护套的合金包含(质量比例)：70.0％的钨、18％的镍、10％质量的钴以及2％质量的Fe。
这个穿透器(及其坯件)是通过实施上述方法制造的。

Claims (6)

1.具有高钨含量的重金属穿透器(3)，该穿透器(3)包含中心部分或芯(7)，所述中心部分或芯(7)由包含85％-97％质量的与附加金属相结合的钨的合金形成并且其由比芯(7)材料更为延展性的钨合金所制成的外围护套(8)围绕，该穿透器的特征在于，该护套(8)由包含30％-72％质量的钨的合金制成，该芯(7)包含由将钨与附加金属相结合的γ相γC基质(10)约束的钨结节(9)，芯(7)和护套(8)的γ相彼此连续连接而没有过渡区。
2.根据权利要求1所述的重金属穿透器，其特征在于，芯的γ相γC和护套的γ相γG具有结合钨、镍、钴和任选的铁的组成。
3.根据权利要求2所述的重金属穿透器，其特征在于，芯(7)包含85％质量的钨，并且护套(8)包含38％质量的钨，芯的γ相γC和护套的γ相γG具有结合钨、镍和钴的组成。
4.根据权利要求2所述的重金属穿透器，其特征在于，芯(7)包含89％质量的钨，并且护套(8)包含68％质量的钨，芯的γ相γC和护套的γ相γG具有结合钨、镍和钴的组成。
5.根据权利要求2所述的重金属穿透器，其特征在于，芯(7)的合金包含95％质量的钨、2％质量的镍、1.5％质量的钴和2％质量的Fe并且护套(8)包含70％质量的钨，芯的γ相γC和护套的γ相γG具有结合钨、镍、钴和铁的组成。
6.用于制备根据权利要求1-5之一所述的具有高钨含量的重金属穿透器的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
-生产由压实粉末组成的芯(7)，所述压实粉末包含85％-97％质量的与附加金属相结合的钨，所述附加金属包括镍，钴，具有或不具有铁，
-生产由压实粉末组成的护套(8)，所述压实粉末包含30％-72％质量的与附加金属相结合的钨，所述附加金属包括镍，钴，具有或不具有铁，
-通过护套(8)和芯(7)的烧结进行组装。
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