DE2131282B2

DE2131282B2 - Verfahren zur herstellung von gusskoerpern aus sprengstoffgemischen

Info

Publication number: DE2131282B2
Application number: DE19712131282
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dipl.-Phys. Dr. 4000 Düsseldorf; Sabranski Udo Dipl.lng. 4151 Schiefbahn; Orth Hans 4000 Düsseldorf Witt
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1971-06-24
Filing date: 1971-06-24
Publication date: 1978-02-09
Also published as: SE400072B; DE2131282C3; FR2143359B3; GB1378194A; DE2131282A1; BE785413A; FR2143359A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußkörpern aus Sprengstoffgemischen, beispielsweise zur Herstellung von Hohlladungskörpern. Üblicherweise handelt es sich dabei um hochbrisante Ji Sprengstoffe, beispielsweise Hexogen oder Oktogen, die phlegmatisiert sind, um sie laborieren zu können. Als Piilegmatisierungsmittel kann Wachs verwendet werden, doch bevorzugt man im allgemeinen zur Phlegmatisierung einen Sprengstoff, der bei einer niedrigeren Temperatur schmilzt als das Hexogen oder Oktogen, und zwar vorzugsweise Trinitrotoluol (TNT). Das Gemisch kann dann auf die Schmelztemperatur des Phlegmatisierungsmittels erwärmt und vergossen werden; es erstarrt dann in der Form zu dem gewünschten Gießling. Während und nach dem Vergießen kann man Druck anwenden, um die Form gefüllt zu halten, da beispielsweise Trinitrotoluol einen Schwund von nicht weniger als 13% aufweist.

Ein Verfahren dieser Art ist in der deutschen Auslegeschrift 1186 383 beschrieben; dort wird der Forminnenraum evakuiert, um eme besonders hohe Verdichtung des Sprengstoffgemisches zu erreichen. Dies ist allerdings nur erfolgversprechend, wenn der Anteil an Phlegmatisierungsmittel unter 10% liegt. Die Form wird dann unter Druck abgekühlt, um die mit dem Schwund verbundene Lunkerbildung zu verringern.

Die Gefahr der Lunkerbildung ist um so größer, je höher der Anteil des geschmolzenen Phlegmatisierungsmittelo und vor allem je größer die geometrischen t>o Abmessungen des Gießlings sind. Bei der Laborierung großkalibriger Geschosse war es daher bisher stets erforderlich, das Sprengstoffgemisch in einer auf die spezielle Geschoßform abgestimmten Weise behutsam unter seinen Schmelzpunkt abzukühlen, um sicherzu- b5 stellen, daß in die wegen der von außen nach innen fortschreitenden Erstarrung der flüssigen Komponente vorzugsweise in der Mitte des Gießlings entstehenden Hohlräume noch flüssiges Sprengstoffgemisch nachfließen kanii.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Gußkörpern aus Sprengstcffgemischen durch Vergießen bei oder über Schmelztemperatur der niedrigstschmelzenden Gemischkomponente und Erstarrenlassen unter Druck zu schaffen, bei dem Lunkerbildung bei der Erstarrung des Gußkörpers vermieden wird, und das zudem eine erhebliche Einsparung am Laborierungszeit — besonders bei großen Kalibern — ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Druck, dem das Sprengstoffgemisch nach dem Vergießen ausgesetzt wird, auf eine Höhe gebracht wird, bei dem die Schmelztemperatur der flüssigen Komponente auf einen Wert oberhalb ihrer Augenbliclcstemperatur liegt, und daß bei beibehaltenem Druck Abkühlung auf eine unterhalb der Schmelztemperatur bei Atmosphärendruck liegende Temperatur erfolgt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt also die Erstarrung nicht infolge der Tatsache, daß die Temperatur des Sprengstoffs allmählich von außen nach innen fortschreitend unter seinen Schmelzpunkt absinkt, sondern dadurch, daß der im gesamten Gießling nahezu gleichförmig wirksame Druck — die geringfügigen Unterschiede infolge unterschiedlicher gewichtsmäßiger Belastung sind vernachlässigbar — den Schmelzpunkt im gesamten Gußkörper gleichzeitig auf einen Wert oberhalb der augenblicklich vorliegenden, tatsächlichen Temperatur anhebt. Die Folge ist, daß der Gußkörper in seinem gesamten Volumen schlagartig erstarrt, so daß die sonst durch Wärmeleitungsvorgänge hervorgerufenen Lunker gar nicht entstehen können.

Die Abkühlung auf eine Temperatur, bei der der Gußkörper auch nach Druckentlastung erstarrt bleibt, kann dann vergleichsweise sehr schnell erfolgen, etwa dadurch, daß die Wärmeabfuhr mittels eines Kühlmittels beschleunigt wird. Da sich der Aggregatzustand des Gußkörpers dabei nicht ändert, entstehen auch bei der Abkühlung keine Lunker.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich bei schneller Abkühlung auch keine nitrosen Gase abspalten, wie es insbesondere bei der Herstellung großkalibriger Geschosse beobachtet wurde, die über mehrere Stunden einem vorgegebenen Temperaturprogramm ausgesetzt werden, damit die sich bildenden Lunker im Bereich der Erstarrungsfronten durch nachfließenden Sprengstoff aufgefüllt werden.

Es kann nachgewiesen werden, daß der erforderliche Druck um so niedriger liegt, je höher bei einem Hexogen-Trinitrotoluol-Gemisch der Hexogenanteil liegt. Aus Gründen der Gießbarkeit des Sprengstoffgemische und der mechanischen Stabilität des Gießlings ist andererseits ein gewisser Mindestgehalt an TNT erwünscht, und eine Zusammensetzung mit 25 ... 30 Gewichts-% Trinitrotoluol hat sich als günstiger Kompromiß erwiesen.

Die erwähnte Abhängigkeit des erforderlichen Drucks vom TNT-Gehalt der Mischung beruht darauf, daß beim Erstarren des TNT dessen Schmelzwärme frei wird, die die Tempeiatur des Gemischs über ihren augenblicklichen Wert hinaus zu erhöhen trachtet, und die daher durch eine zusätzliche Erhöhung des Schmelzpunktes mittels entsprechender Druckerhöhung ausgeglichen werden muß. Da mit steigendem TNT-Anteil die frei werdende Wärmemenge und damit das Ausmaß der Temperaturerhöhung steigt, ist zur

Kompensation auch ein um so größerer Druck aufzubringende höher der TNT-Anteil ist.

Die für die vollständige Erstarrung des Sprengstoffgemisches erforderliche Druckerhöhung ergibt sich für den Fall eines TNT-Hexogen-Gemisches aus folgender Gleichung:

Ap =

■(τ-'h

TNT

Darin bedeutet

Ap = erforderliche Druckerhöhung,

q_s = Schmelzwärme von TNT,

7o = Schmelztemperatur von TNT bei Atmo

sphärendruck.

Vn — spezifisches Volumen von TNT im flüssi

gen Zustand bei T = To,

v_e = spezifisches Volumen von TNT im erstarr

ten Zustand bei T= 7J,

ctnt = spezifische Wärme von TNT bei T=T₀,

Ch = spezifische Wärme von Hexogen bei

χ = Gewichtsanteil des TNT im Sprengstoff

gemisch,

δ T — Temperaturdifferenz, um die die Tempera

tur des flüssigen Sprengstoffgemischs vor der Druckbeaufschlagung über dem Schmelzpunkt To liegt.

Beispiel

Man stellt Gemische aus Trinitrotoluol und Hexogen mit einem Verhältnis der Gewichtsanteile TNT: Hexogen 40 :60, 30 : 70 und 20 :80 her. Jedes Gemisch wird auf eine Temperatur von 86³C erwärmt, einen etwa 5⁰C über der TNT-Schmelztemperatur liegenden Wert. Nach dem Vergießen werden die Gemische der für die Erstarrung erforderlichen Druckerhöhung Ap unterworfen, deren Wert der nachfolgenden Tabelle entnehmbar ist. Die Tabelle enthält außerdem den Temperaturanstieg AT infolge der frei werdenden Schmelzwärme sowie die erreichte Endtemperatur T_max.

Gewichts	Ap	AT	T * max
verhältnis
Trinitro
toluol : Hexogen	(bar)	(C)	("C)

,ο 40:60
30:70
20:80

975
785
565

24
18
12

110

104

98

Der Tabelle läßt sich entnehmen, daß das erfindungsgemäße Verfahren um so leichter durchführbar ist (um so niedrigere Drücke), je niedriger der TNT-Gehalt ist, wobei die Brisanz des Sprengstoffes zunimmt. Die Ursache liegt in dei geringeren frei werdenden Schmelzwärme.

Da darüber hinaus TNT bei Temperaturen oberhalb 5O⁰C selbst im erstarrten Zustand plastisch verformbar ist, treten beim Erstarren und Abkühlen auch keine Mikrolunker (Poren) auf, da mit nachdrückendem Preßstempel die Form vollständig gefüllt gehalten wird.

Die Gießlinge — Zylinder von 100 mm Durchmesser — werden dann mit Kühlwasser von 10° C von außen abgekühlt. Die Abkühlzeit bis zur Schmelztemperatur des TNT bei Atmosphärendruck — etwa 81°C — beträgt für den Gießling aus 40 :60 TNT-Hexogen etwa eine halbe Stunde, für die übrigen Gemischzusammensetzungen entsprechend weniger. Die Abkühlzeit ist bestimmt durch die Wärmekapazität und das Wärmeleitvermögen des Gemisches, die Kühlwassertemperatur und den· Wärmeleitweg, der im wesentlichen vom Kaliber abhängt und mit diesem zunimmt. Gerade aber bei großen Kalibern ergibt sich eine beträchtliche Zeiteinsparung, da man bisher das Gemisch während vergleichsweise langer Zeit bei einer Temperatur etwas oberhalb der Schmelztemperatur halten und zonenweise, vom Geschoßboden ausgehend, erstarren lassen mußte. Bei einem Zylindergießling von 100 mm Durchmesser waren dafür bisher mehr als fünf Stunden Laborierzeit erforderlich.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gußkörpern aus Sprengstoffgemischen durch Vergießen bei oder über Schmelztemperatur der niedrigstschmelzenden Gemischkomponente und Erstarrenlassen unter Druck, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck, dem das Sprengstoffgemisch nach dem Vergießen ausgesetzt wird, auf eine Höhe gebracht wird, bei dem die Schmelztemperatur der flüssigen Komponente auf einem Wert oberhalb ihrer Augenblickstemperatur liegt, und daß bei beibehaltenem Druck Abkühlung auf eine unterhalb der Schmelztemperatur bei Atmosphärendruck liegende Temperatur erfolgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung durch Wärmeabfuhr mittels eines Kühlmittels beschleunigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von GuQkörpern aus einem Hexogen-Trinitrotoluol-Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß der Trinitrotoluolanteil zwischen 25 und 30 Gewichts-% des Gemischs eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei beibehaltenem Druck Abkühlung auf +50° C erfolgt