DE2506884C1

DE2506884C1 - Behandlung von gegossenen Hochbrisanz-Sprengstofformkoerpern

Info

Publication number: DE2506884C1
Application number: DE19752506884
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dipl- Blankenagel; Anton Dipl-Chem Dr Reichel
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1975-02-19
Filing date: 1975-02-19
Publication date: 1979-12-06
Also published as: FR2434792A1; FR2434792B1; GB1585082A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Behandlung von gegossenen Hochbrisanz-Sprengstofformkörpern mit einem hohen Anteil an mindestens einem nicht geschmolzenen (festen) Hochbrisanz-Sprengstoff, insbesondere Hexogen, in verschiedenen Korngrößen und einem geringeren Anteil an mindestens einem geschmolzenen Sprengstoff, insbesondere TNT, wobei beide erhitzten Sprengstoffanteile suspendiert und dann in eine Form oder gleich in die Gefechtskopfhülle gegossen und dort der feste Sprengstoffanteil gegebenenfalls verdichtet und die Suspension unter Druck gesetzt wird, worauf die Abkühlung des festen und geschmolzenen Sprengstoffanteils auf Raumtemperatur insbesondere in mehreren Stufen erfolgt.

Ein solches Verfahren zur Herstellung von Hochbrisanz-Sprengstofformkörpern ist in der deutschen Patentschrift 12 07 842 beschrieben. Hierbei sind folgende besondere Verfahrensschritte nach Einfüllen der Schmelze in die Gießform vorgesehen:

a) Verdichten des festen Sprengstoffanteils der Suspension in der beheizten Form mittels eines hohlen, an seiner Stirnseite durchlässige^ ebenfalls beheizten Auflaststempels;

b) nach Verdichten des festen Sprengstoffanteils Einwirken eines atmosphärischen Überdrucks auf den geschmolzenen Anteil und Entfernen des Auflaststempels durch diesen Überdruck und
c) weitere Unterdrucksetzung durch atmosphärischen Überdruck des geschmolzenen Anteils bis zu dessen Erstarrung.

Auf diese Weise hergestellte Hochbrisanz-Sprengstofformkörper finden insbesondere Verwendung als Hohlladungen, von denen eine hohe Leistungsdichte,

ίο Rotationssymmetrie, chemisch-physikalische Homogenität und, um Rissefreiheit zu garantieren, Unempfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen und mechanische Belastungen gefordert wird. Erst die Erfüllung all dieser Eigenschaften garantiert die Ausbildung eines einwandfreien Hohlladungsstachels höchster Durchschlagsleistung. Das Verdichten des festen wertvolleren Hexogens schafft die Voraussetzung für eine hohe spezifische Sprengleistung. Die Homogenität der Ladung und deren Rissefreiheit ergeben einen rotationssymmetrischen Kollaps der Metallauskleidung des Hohlladungstrichters, was in Verbindung mit der Detonationswellenlenkung, der Art der Auskleidung und dem Auskleidungswinkel zu einem spitzen, langgestreckten durchschlagskräftigen Hohlladungsstachel mit exakt hintereinanderliegender Folge seiner Partikeln führt.

Wie schon angedeutet, können extreme Temperaturschwankungen, denen die Gefechtsköpfe in Wüsten und arktischen Regionen ausgesetzt sind, große innere Spannungen im Sprengladungsformkörper und damit Rißbildungen verursachen. Diese Tendenz wird noch verstärkt dadurch, daß der chemische Sprengstoff wesentlich stärkere positive und negative Dehnungen aufweist als die aus Metall bestehende Gefechtskopfhül-Ie. Außerdem sind die Sprengstoffe als solche in ihrer Chemie relativ rasch Alterungserscheinungen unterworfen, die sich hauptsächlich auch in Rißbildungen zeigen. Besonders Längsrisse und Risse im vorderen Teil der Ladung, also in der Nähe der Trichterauskleidung, wirken sich insofern verheerend auf die Ausbildung eines durchschlagskräftigen Stachels aus, als im Bereich der Längsrisse die Detonationsfront örtlich vorauseilt und dadurch ein rotationsmäßig unsymmetrischer Kollaps zustande kommt, der einen zerstreuten Stachel mit nur einem Bruchteil der vorgesehenen Durchschlagsleistung aufbringt.

Forschungen und Versuche haben bestätigt, daß verschiedene Parameter bei der gießtechnischen Herstellung von Hohlladungen für deren Unempfindlichkeit gegen Rißbildungen und mechanische Festigkeit verantwortlich sind. So weiß man, daß beim Erstarren des in der Sprengstoffsuspension geschmolzenen TNT (Schmelzpunkt 80,6° C), abhängig von der Temperaturhöhe des Kristallisationspunktes, sich verschiedene Kristallformen des TNT mit unterschiedlichen Eigenschaften ausbilden. Liegt der Kristallisationspunkt über 70° C, z. B. bei 75° C, so entstehen langgezogene, grobe TNT-Kristalle mit gutem Verbindungsvermögen zu den benachbarten Hexogenkörnern und sehr geringer Rißanfälligkeit gegenüber inneren Spannungen aufgrund hoher Temperaturschwankungen und äußerer Gewalteinwirkungen, z. B. beim Verladen und während des Transports der Gefechtsköpfe. Dagegen liefern Kristallisationen mit niedriger Erstarrungstemperatur,

z. B. 50 bis 65° C, unbefriedigende Ergebnisse bzw. rißanfällige Ladungen, weil hierbei ein feinkristallines Gefüge entsteht. Die entscheidenden Parameter zur Steuerung der Temperaturhöhe des Erstarrungspunktes

ORIGINAL INSPECTED

für die TNT-Schmelze sind die Temperaturhöchstgrenze des geschmolzenen TNT und die Haltezeit, während der das bereits geschmolzene TNT auf dieser Höchsttemperatur verbleibt. Dies ist die Gießtemperatur, mit der die erhitzte Suspension in die Formen oder gleich in die Gefechtskopfhüllen eingegossen wird. Versuche haben gezeigt, daß eine zu lange Haltezeit auf Gießtemperatur, z. B. über 4 Stunden, den Erstarrungspunkt nach tieferen Temperaturen hin (unter 70⁰C) genauso verlegt wie eine zu hohe Gieß temperatur, die aus diesem Grund 95° C, im Höchstfall 100⁰C, nicht überschreiten soll.

Andererseits besteht jedoch die Forderung, insbesondere bei industrieller Massenfertigung von Gefechtsköpfen nach einer möglichst hohen Gießtemperatur, um die Suspension gut gießfähig (gießfreudig) zu halten, wodurch bereits ein Gießling mit besserer Gießstruktur und dichterer Sedimentation erreicht wird. TNT schmilzt bei 80,6⁰C. Die Toleranzzone für die zur Erzielung eines möglichst hohen Kristallisationspunktes nach oben begrenzten (möglichst niedrigen) Aufheiztemperaturen einerseits und für die hinsichtlich der Gießfreudigkeit der Sprengstoffsuspension erforderlichen (möglichst hohen) Gießtemperaturen andererseits ist bei einer industriellen Massenfertigung mit Rücksicht auf wirtschaftliche, d. h. möglichst große Gießmengen (Chargen) nicht allzu breit. Außerdem spielt noch, wie bereits erwähnt, die Haltezeit für die Gießtemperatur eine entscheidende Rolle, denn die Schmelze muß während der ganzen Gießzeit, auch dann noch, wenn die letzte der Formen vollgegossen wird und ferner während der nachfolgenden Sedimentation, der Auflastverdichtung und der atmosphärischen Verdichtung der einzelnen Sprengstoffsuspensionen in den Formen über ihrem Erstarrungspunkt flüssig gehalten werden.

Nun hat sich aber bei der industriellen Massenfertigung von Hochbrisanz-Sprengstofformkörpern gezeigt, daß die Einhaltung der erforderlichen relativ engen Herstellungstoleranzen in bezug auf die erwähnten Temperaturgrenzen und konstanten Aufheizzeiten, bedingt durch die differierende Chemie der Ausgangsstoffe, die apparativen Schwankungen und die zulässigen Maß- und Meßungenauigkeiten der verwendeten Geräte, nicht immer möglich ist. Andererseits muß aber aus begreiflichen Gründen die volle militärische Effektivität eines jeden Gefechtskopfes für den Ernstfall auch ladungsseitig unbedingt garantiert sein.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, durch besondere Maßnahmen für gegossene Sprengladungen der eingangs genannten Art deren volle militärische Effektivität sicherzustellen und ihre Leistungsfähigkeit noch zu verbessern bzw. zu steigern.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch ein Behandlungsverfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Sprengstofformkörper nach dem Erstarren seiner Schmelze, d. h. nach teilweiser Abkühlung oder voller Abkühlung bis auf Raumtemperatur wieder bis nahe an den Schmelzpunkt des bei seiner Herstellung zu schmelzenden Sprengstoffanteils erwärmt wird, daß diese Behandlungstemperatur eine bestimmte Zeit gehalten wird und daß dann der Sprengstofformkörper relativ langsam wieder auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Dabei kann, um innere Spannungen zu vermeiden, die Abkühlung stufenweise erfolgen.

Die erfindungsgemäße Behandlung des Sprengstoffformkörpers kann also nach dem Erstarren seiner Schmelze entweder noch während des Abkühlvorganges, der dabei unterbrochen wird, vorgenommen werden, so daß das erfindungsgemäße Behandlungsverfahren im gesamten Herstellungsprozeß integriert ist, oder aber nach dem Abkühlen des Formkörpers auf Raumtemperatur praktiziert werden, so daß quasi ein Nachbehandlungsverfahren vorliegt. Der Begriff »nach« ist dabei so zu verstehen, daß die Nachbehandlung zeitlich unmittelbar nach dem Abkühlen vorgenommen wird; es kann aber auch der fertig montierte Gefechtskopf mit der Ladung längere Zeit nach seinem Zusammenbau, unter Umständen Jahre danach und wiederholte Male, einer solchen Nachbehandlung unterzogen werden.

Folgende erfindungsgemäßen Nachbehandlungsschritte bzw. -zeiten haben sich bei einem Gefechtskopfkaliber von etwa 100 mm und bei einer aus Hexogen und TNT bestehenden Ladung als bevorzugt herausgestellt:

Der Sprengstofformkörper wird von Raumtemperatur wieder auf 72 bis 78° C, insbesondere auf 75° C erwärmt, wobei diese Aufheizperiode 5 bis 7 Stunden, insbesondere 6 Stunden beträgt; die konstante Nachbehandlungstemperatur wird 4 bis 6 Stunden, insbesondere 5 Stunden beibehalten und die Abkühlperiode dauert 12 bis 14 Stunden, insbesondere 13 Stunden.

Durch das vorgeschlagene Behandlungsverfahren wird folgendes bewirkt:

Dadurch, daß sich der Sprengstofformkörper bei seiner Erwärmung bis auf den plastischen Zustand des TNT wesentlich stärker ausdehnt als die Gefechtskopfhülle, wird mit Rücksicht auf die praktische Unnachgiebigkeit der Gefechtskopfhülle der Sprengstofformkörper unter einen so hohen Druck gesetzt, daß vorhandene Risse verschwinden, d. h., daß diese durch Zusammenfließen von TNT »verschweißt« werden. Ferner werden durch die gezielt vorgenommene, sehr langsame Abkühlung vorhandene innere Spannungen im Sprengstofformkörper weitgehend abgebaut, so daß seine Rißanfälligkeit überhaupt vermindert wird. Auch kann durch Auftreten örtlich sehr hoher Drücke, insbesondere im Peripheriebereich der Ladung, wo auch die meisten Risse auftreten, stellenweise sogar die Schmelztemperatur von TNT überschritten werden. Beim nachfolgenden langsamen Abkühlvorgang entstehen dann insbesondere in den rissegefährdeten Partien grobe, langgezogene TNT-Kristalle, die von sich aus und durch ihre gute Haftfähigkeit zu den benachbarten Hexogenkörnern bei späteren extremen Temperaturschwankungen für weitere Rissebildungen nicht anfällig sind.

Außerdem spielt sich bei der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung noch folgender besonderer Vorgang in der Ladung ab, der für ihre Qualitätsverbesserung von entscheidender Bedeutung ist: Versuche haben gezeigt, daß das in den Räumen zwischen den Hexogenkörnern befindliche TNT beim Erwärmen zumindest zum Teil sublimentiert und sich im gasförmigen Zustand innerhalb der Ladung noch besser verteilt als dies beim eigentlichen Herstellen (Gießen) geschieht, d. h., das TNT verteilt sich dabei praktisch gleichmäßig, so daß die Homogenität der Ladung noch einmal gesteigert wird. Dies erhöht die Leistungsfähigkeit der Ladung durch Gleichmäßigkeit der Detonationsfront und einwandfreier Kollapsbildung der Trichterauskleidung. Außerdem wird die mechanische Festigkeit der Ladung nachweisbar um etwa 10 Prozent erhöht

Anstelle von Hexogen kann Oktogen und anstelle von TNT kann Trinitrobenzol verwendet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung von gegossenen Hochbrisanz-Sprengstofformkörpern mit einem hohen Anteil an mindestens einem nicht geschmolzenen (festen) Hochbrisanz-Sprengstoff, insbesondere Hexogen, in verschiedenen Korngrößen und einem geringeren Anteil an mindestens einem geschmolzenen Sprengstoff, insbesondere TNT, wobei beide erhitzten Sprengstoffanteile suspendiert und dann in eine Form oder gleich in die Gefechtskopfhülle gegossen und dort der feste Sprengstoffanteil gegebenenfalls verdichtet und die Suspension unter Druck gesetzt wird, worauf die Abkühlung des festen und geschmolzenen Sprengstoffanteils auf Raumtemperatur insbesondere in mehreren Stufen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprengstofformkörper nach dem Erstarren seiner Schmelze, d.h. nach teilweiser Abkühlung oder voller Abkühlung bis auf Raumtemperatur wieder bis nahe an den Schmelzpunkt des bei der Herstellung zu schmelzenden Sprengstoffanteils erwärmt wird, daß diese Behandlungstemperatur eine bestimmte Zeit gehalten wird und daß dann der Sprengstofformkörper relativ langsam wieder auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

2. Behandlung von Sprengstofformkörpern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Hexogen und TNT bestehende Sprengstofformkörper mit einem Kaliber von etwa 100 mm von Raumtemperatur wieder auf 72 bis 78° C, insbesondere auf 75° C erwärmt wird und diese Aufheizperiode 5 bis 7 Stunden, insbesondere 6 Stunden beträgt, daß die vorgenannte konstante Nachbehandlungstemperatur 4 bis 6 Stunden, insbesondere 5 Stunden beibehalten wird und daß die Abkühlungsperiode 12 bis 14 Stunden, insbesondere 13 Stunden dauert und die Abkühlung insbesondere stufenweise erfolgt.