DE102007038662A1

DE102007038662A1 - Fertigungsverfahren und Stahl für schwere Munitionshüllen

Info

Publication number: DE102007038662A1
Application number: DE102007038662A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Arrenbrecht; Walter Grimm
Original assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 2007-08-15
Filing date: 2007-08-15
Publication date: 2009-02-19
Also published as: WO2009021606A1; US20100242774A1; EP2176434A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Fertigungsverfahren für eine schwere Munitionshülle, bei welchem ein Stahl je nach gewünschter Hüllengröße als Grobblech gewalzt oder als Bramme geschmiedet wird. Dadurch entstehenden Stahlplatten (2), deren Dicke etwas größer als der Fertigungsdurchmesser einer Munitionshülle (5) ist. Der dafür verwendete Stahl hat längsorientierte Mangansulfide (3), welche durch die Umformung zur Stahlplatte (2) neben der Hauptumformung in Längsrichtung auch in Querrichtung verformt werden und eine längs gestreckte, plattenförmige Gestalt einnehmen. Das Vormaterial für die Hülle (5) wird quer zur Verformungsrichtung aus der in etwa rechteckigen Stahlplatte (2) entnommen. Das so erhaltene Vierkantstück wird anschließend rund gedreht udn zeichnungskonform mechanisch bearbeitet.

Description

Ausgangsprodukt für die Fertigung von schweren Munitionshüllen ist rund gewalzter oder geschmiedeter Stabstahl. Die Hüllen werden danach aus diesem Vormaterial durch spanabhebende Fertigungsgänge hergestellt.
Ein Verfahren zur Festigkeitssteigerung von Vergütungsstahl und Verwendung zur Herstellung einer Suchzünder-Submunitionshülle wird mit der DE 39 18 700 C2 offenbart. Der hier vergütete Stahl ist der Vergütungsstahl 30CrNiMo8.
Herkömmlicher Werkstoff für schwere Munitionshüllen ist ein Vergütungsstahl mit weitgehend isotropen Werkstoffeigenschaften, wie insbesondere ein 42CrMo4- oder ein 34CrMo4-Stahl, die hoch vergütet werden, beispielsweise auf Zugfestigkeitswerte über 1100 N/mm². Die hohe Festigkeit soll beim Bersten eine verformungsarme komplexe Bruchstruktur fördern. Praktisch entsteht jedoch unter herkömmlichen Bedingungen beim Zerbersten einer glatten Munitionshülle nur eine zähe, plastische Bruchstruktur (1a).
Spröde Stähle hingegen bewirken lediglich ein Zerbersten in wenige Hauptbrüche (1b). Der Zusatz versprödender Phasen wie Schwefel, abgebunden als Mangansulfid, fördert überwiegend die Entstehung längsorientierter Brüche, ohne dabei das gewünschte komplexe Bruchverhalten auszulösen.
Deshalb werden zur Realisierung des gewünschten spröden, vielteiligen Bruchverhaltens ergänzend und mit hohem Aufwand netzförmige Sollbruchstellen durch mechanischen Materialabtrag eingebracht (1c). Dieser Fertigungsprozess ist sehr aufwändig.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diesen Prozess zu vereinfachen sowie einen Stahl aufzuzeigen, der eine Vereinfachung ermöglicht.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 sowie des Patentanspruchs 4. Vorteilhafte Ausführungen sind jeweils in den Unteransprüchen aufgezeigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, den sehr aufwändigen Fertigungsprozess durch Verwendung eines geeigneten, verbesserten Stahlkonzepts zu vereinfachen bzw. dadurch zu ersetzen. Es wird ein geeigneter Stahlwerkstoff verwendet, der die gewünschten hochfesten Werkstoffeigenschaften bei schweren Munitionshüllen mit einem komplexen, vielteiligen Berstverhalten verbindet.
Vorgesehen ist die Verwendung eines hoch vergüteten Stahls mit quer liegender plattenförmiger Mangansulfidphase, insbesondere die Verwendung eines Mangan- Chrom legierten Vergütungsstahls mit quer liegender Faserstruktur.
Realisiert wird ein derartiger Vergütungsstahl dadurch, dass die Stahlplatte, deren Dicke etwas größer als der Fertigungsdurchmesser einer Munitionshülle ist, je nach gewünschter Hüllengröße als Grobblech gewalzt oder als Bramme geschmiedet wird. Der dafür verwendete Stahl hat längsorientierte Mangansulfide. Durch die Umformung zu einer Platte werden die Mangansulfide neben der Hauptumformung in Längsrichtung auch in Querrichtung verformt und nehmen schließlich eine längs gestreckte, plattenförmige Gestalt ein. Das Vormaterial wird nun nicht mehr einem runden Stahl entnommen, sondern quer zur Verformungsrichtung aus der in etwa rechteckigen Stahlplatte, beispielsweise durch sägen. Das so erhaltene Vierkantstück wird anschließend rund gedreht und zeichnungskonform mechanisch bearbeitet. Im Wandquerschnitt der Munitionshülle sind die plattenförmigen Mangansulfide in hoher Dichte radial angeordnet. Beim Bersten dienen diese Mangansulfide als natürliche Sollbruchstellen und bewirken ein vielteiliges Bruchverhalten der Munitionshülle.
Die nach diesem Fertigungsverfahren hergestellte Munitionshülle weist das gewünschte vielteilige Bruchverhalten beim Bersten auf, ohne dass eine weitere Wärmebehandlung oder ein zusätzliches Einarbeiten von Soll-Bruchstellen erforderlich ist, das Berstverhalten der Munitionshülle entspricht der gewünschten vielteiligen Bruchstruktur, die nach dem Stand der Technik nur durch Sollbruchstellen herbeigeführt werden konnte. So kann auch auf das Einbringen von Sollbruchstellen verzichtet werden.
Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:
1a–c Bruchverhalten beim Zerbersten der Munitionshüllen nach dem Stand der Technik,
1d das Bruchverhalten beim Zerbersten der erfindungsgemäßen Munitionshülle,
2 eine schematische Darstellung der Lage der Hüllenrohlinge in einer Stahlplatte und Bezug zur Verformungsrichtung der Mangansulfide,
3 die radiale Anordnung der Mangansulfide in einer Munitionshülle bei Anwendung.
In 1a–c ist das Bruchverhalten herkömmlich hergestellter Munitionshüllen dargestellt, auf welche bereits in der Beschreibungseinleitung Bezug genommen wurde.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Lage der Hüllenrohlinge bzw. Vorstücke 1 in einer Stahlplatte 2. Mit 3 sind die eingebundenen Mangansulfide gekennzeichnet.
Die Stahlplatten 2, deren Dicke etwas größer ist als der Fertigungsdurchmesser der Hülle 5, werden je nach gewünschter Hüllengröße als Grobblech gewalzt oder als Bramme geschmiedet. Die Breite der Stahlplatten 2 entspricht dabei mindestens der Länge einer Munitionshülle 5, vorzugsweise einem mehrfachen dieser. Durch die Umformung zu einer Platte 2 werden die Mangansulfide 3 neben der Hauptumformung in Längsrichtung auch in Querrichtung verformt und nehmen schließlich eine längs gestreckte, plattenförmige Gestalt ein. Die Stahlplatte 2 wird direkt nach der Warmumformung auf Einsatzfestigkeit vergütet. Der vorgeschlagene Stahl gewährleistet dabei eine ausreichende Durchvergütung über den gesamten Querschnitt. Der Stahl bzw. die Stahlplatte 2 hat längsorientierte Mangansulfide 3 in großer Dichte. Die durch Mangansulfidphasen gebildeten Fasern erhält man bei Verwendung eines vor vergüteten, brammenförmigen Ausgangskörper (Stahlplatte 2) mit hohem Mangansulfid-Anteil, aus welchem nun Vorstücke 1 für die Hülle 5 quer zur Verformungsrichtung durch Sägen oder dergleichen entnommen werden.
Aufgrund des hohen Schwefelgehaltes ist der Stahl 2 trotz hoher Festigkeit leicht zerspanbar. Das aus der Stahlplatte 2 heraus gelöste Vierkantstück 1 wird in einem weiteren Fertigungsgang rund gesägt und zeichnungskonform mechanisch bearbeitet, d. h., die Abschnitte werden durch Drehen und Bohren auf die Maße mechanisch bearbeitet.
Im Wandquerschnitt der Munitionshülle 5 sind die plattenförmigen Mangansulfide 3 in hoher Dichte radial angeordnet (3). Die versprödend wirkenden Sulfide befinden sich nun radial in der Hüllenwand 4 und lösen bei Berstdruck in Funktion der Munitionshülle 5 lokale Brü che aus, d. h., beim Bersten fungieren die Sulfide als natürliche Sollbruchstellen und bewirken ein vielteiliges Bruchverhalten der Munitionshülle 5 (1d).
Der zur Verwendung kommende zu vergütende Stahl wird vorzugsweise mit folgender chemischer Zusammensetzung hergestellt:
0,30 bis 0,60% Kohlenstoff
max. 1,0% Silizium
max. 2,0% Mangan
max. 0,05% Phosphor
0,03 bis 0,25% Schwefel
max. 2,0% Chrom
max. 0,5% Molybdän
sowie Rest aus Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
Als bevorzugt innerhalb dieser Bereiche hat sich die nachfolgende Zusammensetzung gezeigt:
0,35 bis 0,45% Kohlenstoff
0,30 bis 0,60% Silizium
1,40 bis 1,60% Mangan
max. 0,035% Phosphor
0,05 bis 0,10% Schwefel
1,80 bis 2,10% Chrom
0,15 bis 0,25% Molybdän
sowie Rest aus Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
Vergleichbare Stähle werden seit längerer Zeit unter Werkstoff- Nr. 1.2312 für Kunststoffformen geführt (Stahl-Eisen-Liste, Verlag Stahl Eisen, Düsseldorf).
Dieser Mangan-Chrom legiert Stahl bzw. die Stahlplatte 2 wird vorzugsweise direkt nach dem Umformen auf die gewünschte Festigkeit vergütet, die vorzugsweise im Bereich 900–1200 N/mm² liegt. Die Durchvergütung dieses Mangan-Chrom legierten Vergütungsstahls ist bis ca. 400 mm Plattendicke nachgewiesen und somit für alle Munitionsgrößen ausreichend.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3918700 C2 [0002]

Claims

Fertigungsverfahren zur Herstellung eines Stahls bzw. von Stahlplatten mit folgenden Schritten: – Stahlplatten (2) werden je nach gewünschter Größe als Grobblech gewalzt oder als Bramme geschmiedet, wobei – durch die Umformung zu einer Platte (2) darin befindliche Mangansulfide (3) neben der Hauptumformung in Längsrichtung auch in Querrichtung verformt werden und eine längs gestreckte, plattenförmige Gestalt einnehmen.
Fertigungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl bzw. die Stahlplatte (2) vorzugsweise direkt nach dem Umformen auf die gewünschte Festigkeit vergütet wird.
Fertigungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Festigkeit im Bereich von 900–1200 N/mm² liegt.
Stahl für die Nutzung zur Fertigung einer schweren Munitionshülle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit den Merkmalen: – 0,30 bis 0,60% Kohlenstoff – max. 1,0% Silizium – max. 2,0% Mangan – max. 0,05% Phosphor – 0,03 bis 0,25% Schwefel – max. 2,0% Chrom – max. 0,5% Molybdän – sowie Rest aus Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
Stahl nach Anspruch 4, mit den Merkmalen: – 0,35 bis 0,45% Kohlenstoff – 0,30 bis 0,60% Silizium – 1,40 bis 1,60% Mangan – max. 0,035% Phosphor – 0,05 bis 0,10% Schwefel – 1,80 bis 2,10% Chrom – 0,15 bis 0,25% Molybdän – sowie Rest aus Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
Munitionshülle (5), hergestellt nach dem Fertigungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 sowie einem Stahl nach einem der Ansprüche 4 oder 5, mit den Merkmalen: – aus den Stahlplatten (2) werden Vorstücke (1) für die Hülle (5) quer zur Verformungsrichtung durch Sägen oder dergleichen entnommen, – im Wandquerschnitt der Munitionshülle (5) sind plattenförmigen Mangansulfide (3) in hoher Dichte radial angeordnet, wobei die versprödend wirkenden Mangansulfide (3) sich radial in der Hüllenwand (4) befinden, durch die bei Berstdruck in Funktion der Munitionshülle (5) lokale Brüche ausgelöst werden.
Munitionshülle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der zu fertigenden Stahlplatten (2) etwas größer ist als der Fertigungsdurchmesser der Hülle (5) ist, wobei die Breite der Stahlplatten (2) dabei mindestens der Länge der Munitionshülle (5), vorzugsweise einem mehrfachen dieser, entspricht.