DE3705382C2 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
- F42B12/72—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the material
- F42B12/74—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the material of the core or solid body
Description
Die Erfindung betrifft einen Penetrator aus einem
Schwermetall, wie zum Beispiel Wolfram oder abgerei
cherten Uran, mit über seine Länge hinweg unterschied
lich ausgebildeter Festigkeit und Zähigkeit.
Penetratoren, welche als Wuchtgeschosse zur Panzerbe
kämpfung verwendet werden, sind bereits seit langem
bekannt. Sie sind als lange schlanke Körper aus einem
schweren Material gefertigt und werden mit einem Treib
käfig verschossen. Zur Stabilisierung weisen sie an
ihrem Heck ein Leitwerk auf. Aus der EP 01 43 775 A2
ist bereits ein Penetrator dieser Art bekannt, welcher
über den Bereich seiner Länge hinweg unterschiedliche
Festigkeit und Zähigkeit aufweist. Eine derartige Aus
bildung des Penetrators wurde aus der Erkenntnis heraus
vorgeschlagen, daß der Penetrator in seinem vorderen
Bereich vor allem eine hohe Festigkeit, in seinem mitt
leren Bereich hingegen eine hohe Zähigkeit und in seinem
Heckbereich wieder eine zunehmende Festigkeit aufweisen
muß. Diese Ausbildung dient insgesamt zur Erhöhung der
Durchschlagsleistung des Penetrators. Die hohe Festig
keit an der Spitze ist erforderlich, damit sich der
Penetrator beim Eindringen in das Ziel nicht zu sehr ver
formt, seine Zähigkeit im mittleren Bereich soll verhin
dern, daß der Penetrator bei schrägem Aufprall auf das
Ziel nicht in der Mitte abbricht und die zunehmende
Festigkeit im Heckteil ist für die dort während des
Abschusses auftretenden Kräfte erforderlich.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe
der Erfindung, einen Penetrator und ein Verfahren zu
seiner Herstellung vorzuschlagen, bei dem die unter
schiedlichen Materialeigenschaften über seine Länge
hinweg mit einer guten Variationsbreite einstellbar
sind.
Zur Lösung der der Erfindung gestellten Aufgabe wird
vorgeschlagen, daß der Penetrator aus einem Einkristall
des Schwermetalls besteht und daß die Einstellung der
Festigkeit im Mittelbereich des Penetrators durch Verwendung
einer Legierung des Schwermetalls und/oder
durch Änderung der Kristallrichtung während des Wachstums
des Kristalls erfolgt.
Der Penetrator kann aus einem einzigen Element, vor
zugsweise Wolfram bestehen, er kann in bevorzugter Aus
gestaltung der Erfindung jedoch aus einer Legierung
bestehen, deren Hauptbestandteil Wolfram ist, dem
Rhenium zulegiert ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sowie mögliche Herstel
lungsverfahren für den Penetrator sind in den Unteran
sprüchen gekennzeichnet. Eine Legierung aus Wolfram und
Rhenium hat den Vorteil, daß sie bereits bei niedrigeren
Temperaturen duktiler ist als reines Wolfram. Dadurch
ergibt sich eine geringere Sprödigkeit, das heißt höhere
Zähigkeit des Materials, die vor allem für den mittleren
Teil des Penetrators wichtig ist. Ein Einkristall hat,
da er keine Korngrenzen besitzt, bei der Hochgeschwin
digkeitsverformung ein deutlich besseres Verhalten als
übliche polykristalline Materialien. Darauf soll nach
stehend noch näher eingegangen werden.
Einkristalle sind Körper aus chemischen Elementen,
Legierungen und chemischen Verbindungen, die nach be
sonderen Verfahren gezüchtet werden und im Gegensatz zu
den in der Technik und im täglichen Leben vorliegenden
polykristallinen Körpern nur aus einem einzigen, jedoch
gegebenenfalls großen Kristall bestehen. Es handelt sich
dabei um chemisch hochreine Körper, die in ihrem Ver
halten dem des theoretischen Verhaltens des reinen
Kristalls des betreffenden Elementes weitgehend ent
sprechen. Diese einkristallinen Körper sind anisotrop,
haben keine Korngrenzen, wie dies bei polykristallinen
Körpern der Fall ist, und ihre Festigkeit sowie ihr
Elastizitätsmodul sind in bestimmten Kristallrichtungen
deutlich höher als dies bei polykristallinem Material
der Fall ist.
Einkristalle können nicht nur aus reinen Elementen, sie
können auch aus legierten Metallen hergestellt werden.
Sie weisen eine je nach Element bzw. Legierung mehr
oder weniger stark ausgeprägte Anisotropie auf, das
heißt, ihre Eigenschaften sind entlang der Kristall
richtungen [100], [110] und [111] verschieden. Diese Eigen
schaften sind beispielsweise der E-Modul, die Festig
keit oder die Verformungsgrenzspannung. Bei Kupfer,
welches als Beispiel eine sehr ausgeprägte Anisotropie
besitzt, sind die E-Module bei Belastung in Richtung
der vorgenannten Kristallrichtungen etwa 68 000, 120 000
und 180 000 N/mm2.
An Penetratoren sind grundsätzlich die nachfolgenden
Forderungen zu stellen, welche von einkristallinen
Körpern besonders günstig erfüllt werden können. Diese
Forderungen sind ein guter E-Modul, um möglichst viel
elastische und weniger plastische Verformung beim Auf
prall zu erhalten, es sind weiterhin hohe Festigkeit
an der Spitze sowie eine hohe Fließspannung.
Da Einkristalle im Gegensatz zu polykristallinen Metallen
nicht durch die üblichen Verformungsverfahren, sondern
durch Züchtung hergestellt werden, ergeben sich, wenn
man das Züchtungsverfahren entsprechend ausgestaltet,
breitere Möglichkeiten, die Einstellung der Eigenschaften
des Materials über die Länge des Körpers hinweg vorzu
nehmen. Diese Möglichkeiten bestehen zum einen in der
Ausnutzung der Anisotropie des Einkristalls, also die
unterschiedliche Ausprägung seiner Eigenschaften in den
verschiedenen Kristallrichtungen, weiterhin in der
Zulegierung weiterer Materialien über einen Teil der
Länge des Körpers oder in der Zulegierung mit einem
linearen oder variablen Gradienten des zulegierten Ma
terials. Es ist somit also wichtig, bei der Züchtung
von Einkristallen, die zunächst vorliegende Kristall
richtung des Körpers ändern zu können oder aber durch
Zulegierung von einem oder gegebenenfalls auch mehrerer
Elemente eine Legierung zu erzeugen, welche einen glei
tenden Übergang zu jenem Teil des Körpers bildet, der
aus dem reinen Hauptbestandteil des Metalls oder einem
niedriger legierten Teil besteht.
Im Nachfolgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung
noch näher erläutert werden.
Es zeigt
Fig. 1 einen Penetrator in schematischer
Darstellung ohne Treibkäfig und Leitwerk;
Fig. 2 in schematisierter Darstellung ein Werk
zeug zur Herstellung des Penetrators nach
einem ersten Herstellungsverfahren;
Fig. 3 eine mögliche Form des Penetrators
aus Einkristall als Zwischenprodukt;
Fig. 4 eine Teilansicht des Werkzeugs im Schnitt
zur Herstellung eines Penetrators nach
einem zweiten Herstellungsverfahren.
Fig. 1 ist ein Penetrator 1 schematisch dargestellt,
welcher entweder aus reinem Wolfram oder aber aus einer
Legierung aus Wolfram und Rhenium besteht. Im Sinne
der Erfindung würde sich auch abgereichertes Uran
eignen. Die Besonderheit besteht darin, daß dieser Pene
trator als Einkristall gezüchtet ist und über seine
Länge in den Bereichen 1, 2 und 3 unterschiedliche
Eigenschaften hinsichtlich seiner Festigkeit und Zähig
keit besitzt.
In Fig. 2 ist ein Werkzeug zur Herstellung eines Pene
trators aus Einkristall dargestellt, bei welchem der
Penetrator in seinem mittleren Bereich B2 aus einer
Legierung von Wolfram und Rhenium besteht. Das in
stark schematisierter Form dargestellte Werkzeug be
steht aus einem hitzebeständigen Tiegel 2, dessen Innen
form dem Penetrator entspricht und einem Werkzeug 2 a im
Bodenbereich des Tiegels. In diesem Tiegel befindet
sich ein Hohlkörper 3 aus reinem Wolfram und in diesen
sind 3 stangenförmige Körper 4, 5 und 6 eingeschoben,
deren Zusammensetzung entsprechend dem gewünschten
Ergebnis variieren kann. Im vorliegenden Falle bestehen
die Stangen 4 und 6 aus reinem Wolfram, die Stange 5
aus einer Vorlegierung aus Wolfram und Rhenium. Denkbar
wäre auch, daß die Stangen 4 und 6 aus einer Vorle
gierung mit niedrigerem Rheniumgehalt bestehen.
Diese Möglichkeit wird man dann wählen, wenn man dem Pene
trator an seiner Spitze und seinem Heck eine höhere
Zähigkeit geben will, als dies mit reinem Wolfram mög
lich wäre. Die Stange 6 ist mit einer Halterung 6 a in
der Spitze des Tiegels 2 verankert.
Am Boden des Tiegels ist ein Impfling 7 in einem Werk
zeug 2 a angeordnet, der aus Wolfram-Einkristall besteht
und jene Kristallachsenorientierung, beispielsweise [100],
aufweist, welche der spätere Einkristall-Formkörper
haben soll. Mit 8 sind schließlich die Windungen einer
Spule bezeichnet, an die ein HF-Feld zur Aufheizung des
Tiegels angelegt wird. Diese HF-Spule 8 ist in Richtung
der Pfeile 9 entlang dem Tiegel 2 verschiebbar und be
wirkt ein Schmelzen des Hohlkörpers 3 sowie der Stangen 4
bis 6. Der Einschmelzvorgang beginnt in der gezeichneten
Grundstellung der Spule und führt dazu, daß der un
terste Teil des Hohlkörpers 3 sowie der obere Teil des
Impflings 7 schmilzt. Dabei nimmt der Körper 3 von unten
beginnend die Kristallorientierung des Impflings 7 an,
wobei diese Kristallfront nach oben fortschreitet. Es
bildet sich an dieser Stelle bereits der Einkristall aus.
Entsprechend dem Fortschreiten der Wachstumsfront wird
die Spule 8 in Pfeilrichtung 9 nach oben geführt und
damit die Wachstumsfront immer weiter in Richtung der
Spitze des Hohlkörpers 3 verschoben. Durch das angelegte
HF-Feld verwirbelt sich das Material der Stangen 4 bis 6
mit jenem des Hohlkörpers 3 gleichmäßig in waagerechter
Richtung. Im vorliegenden Falle ist somit im Bereich B2
der gesamte Penetrator aus einer Legierung von Wolfram
und Rhenium aufgebaut. An den Grenzen zwischen den Be
reichen B1 und B3 erfolgt ein gleitender Übergang in der
Zusammensetzung des Materials. Der Tiegel 2 taucht
während des Verschiebens der Spule 8 zunehmend aus der
Spule heraus und erkaltet. Sobald dies geschehen
ist, wird der Impfling 7 entfernt und der Tiegel 2
geöffnet. Die entsprechende Technologie bei solchen
Werkzeugen ist bekannt und bedarf hier keiner näheren
Erläuterung. Der entstandene Penetrator liegt bereits
in seiner endgültigen Form vor und bedarf keiner weiteren
Bearbeitung. Durch aufeinanderfolgendes Schmelzen, bei
welchem die Spule jeweils in gleicher Richtung bewegt,
der Tiegel jedoch um 180° geschwenkt wird, ist die Ver
änderung der Eigenschaften über die Länge hinweg eben
falls beeinflußbar.
Wenn es erwünscht ist, daß die Spitze des Penetrators
eine besonders hohe Festigkeit erhält, ist es möglich,
den Tiegel 2 im Bereich seiner Spitze in seiner Form
so auszubilden, daß ein Penetrator mit einer Formgebung
entsprechend Fig. 3 entsteht. In diesem Falle ist eine
Verdichtung der Spitze des Penetrators erforderlich,
was beispielsweise durch vorsichtiges Hämmern oder
Schmieden geschehen kann. In diesem Falle verliert der
Einkristall im Bereich seiner Spitze jedoch an der Ober
fläche seine einkristalline Ausbildung, ohne daß Korn
grenzen entstehen, wodurch ein Teil der durch die Ver
dichtung bzw. Verformung erzielten höheren Festigkeit
durch die verschlechterten Kristalleigenschaften wieder
wettgemacht wird.
In Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit der Herstellung
eines Penetrators aus Einkristall dargestellt, bei
welchem der in das Werkzeug 10 eingelegte Körper 11
entweder aus dem reinen Metall oder aber aus einer
Vorlegierung zum Beispiel also Wolfram-Rhenium besteht.
Die Besonderheit ist in diesem Falle, daß die Tiegel
wandung in den drei Bereichen B1, B2, und B3 unter
schiedlich ausgebildet ist. Im Bereich B 1 ist die
Tiegelwandung gleich jener des Werkzeugs nach Fig. 2.
Im Bereich B2 hat die Tiegelwandung eine aktive Ober
fläche erster Art, welche verursacht, daß das ge
schmolzene Material von der Wandung des Tiegels epitak
tisch aufwächst und die Orientierung der Tiegelwandung
annimmt. Wenn die Orientierung der Tiegelwandung im Be
reich B2 beispielsweise einer Kristallrichtung [100] ent
spricht und der im Bereich B1 aufwachsende Kristall, wie
im Falle der Fig. 2 eine Kristallrichtung [111] besitzt,
so bildet sich eine Orientierungsfront 12 aus, an der
ein Orientierungsübergang des Kristalls von [111] auf
[100] erfolgt.
Im Bereich B3 ist die Tiegelwandung ebenfalls als aktive
Oberfläche, aber eine solche zweiter Art, ausgebildet.
Im Hinblick auf die gewünschte Festigkeit des Penetrators
an der Spitze ist die Orientierung der Tiegelfläche ent
sprechend der Kristallrichtung [111] ausgebildet und be
wirkt, daß sich der wachsende Kristall nach der Orien
tierungsfront 13 von einer Kristallrichtung [100] in
eine Kristallrichtung [111] ändert. Das Aufschmelzen des
Kristalls erfolgt dabei in gleicher Weise wie bei der
Anordnung nach Fig. 2.
Durch die Variation der Tiegelwandung kann somit das
Kristallwachstum in seiner Orientierung geändert und
somit die Festigkeitseigenschaften des Kristalls über
seine Länge geändert werden.
Neben einem Herstellungsverfahren entsprechend den
Fig. 2 und 4, welches in seiner Grundform von Bridgman
entwickelt wurde, ist es im Sinne der Erfindung auch
möglich, das bekannte Zonenschmelzverfahren vorzusehen,
bei welchem der Tiegel entfällt und die HF-Spule an dem
Metallkörper unmittelbar entlang zu führen.
Claims (7)
1. Penetrator aus einem Schwermetall, wie z. B. Wolfram
oder abgereichertes Uran, mit über seine Länge hinweg
unterschiedlich ausgebildeter Festigkeit und Zähigkeit,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Penetrator aus einem Einkristall des Schwer
metalls besteht und daß die Einstellung der Festigkeit
im Mittelbereich des Penetrators durch Verwendung einer
Legierung des Schwermetalls und/oder durch Änderung der
Kristallrichtung während des Wachstums des Kristalls
erfolgt.
2. Penetrator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Einkristall aus einer Legierung mit dem
Hauptbestandteil Wolfram besteht.
3. Penetrator nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als zulegiertes Element Rhenium verwendet ist.
4. Penetrator nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Penetrator aus 80-99,8 Gewichtsprozent Wolfram
und 20-0,2% Gewichtsprozent Rhenium besteht.
5. Penetrator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß er bei der Züchtung des Einkristalls eine ver
dickte Spitze zwecks anschließender Verdichtung
erhält.
6. Verfahren zur Herstellung eines Penetrators nach
Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Hohlkörper aus Wolfram mit etwa den äußeren Abmaßen und der Form des Penetrators, mit einer Vor legierung aus Wolfram und Rhenium gefüllt ("chargiert") wird, mit einem im mittleren Teil des Penetrators höheren Anteil des Rheniums,
daß der Hohlkörper in einem tiegelförmigen Werkzeug mit einer Innenform entsprechend dem Penetrator vom im Werkzeugboden an geordneten Impfling ausgehend in Richtung Spitze durch ein HF-Feld geführt und eingeschmolzen wird, und
daß er nach dem Austauschen aus dem HF-Feld lang sam abgekühlt und anschließend vom Impfling abge trennt wird.
daß ein Hohlkörper aus Wolfram mit etwa den äußeren Abmaßen und der Form des Penetrators, mit einer Vor legierung aus Wolfram und Rhenium gefüllt ("chargiert") wird, mit einem im mittleren Teil des Penetrators höheren Anteil des Rheniums,
daß der Hohlkörper in einem tiegelförmigen Werkzeug mit einer Innenform entsprechend dem Penetrator vom im Werkzeugboden an geordneten Impfling ausgehend in Richtung Spitze durch ein HF-Feld geführt und eingeschmolzen wird, und
daß er nach dem Austauschen aus dem HF-Feld lang sam abgekühlt und anschließend vom Impfling abge trennt wird.
7. Verfahren zur Herstellung eines Penetrators nach
Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Körper aus einer Legierung aus Wolfram und Rhenium in ein tiegelartiges Werkzeug mit einer Innenform entsprechend dem Penetrator eingebracht wird, wobei an der Bodenseite des Werkzeuges ein Einkristallimpfling der Kristallachsenorientierung [111] angebracht ist,
daß eine HF-Spule relativ zu dem Werkzeug zum Einschmelzen des Körpers entlang dem Werkzeug vom Impfling aus geführt wird und
daß die Tiegelwand über einen Teil ihrer Länge (Bereich 2 und 3) derart auf das Kristallwachstum einwirkt, daß bei diesem nach einem zuerst vom Impfling be einflußten Wachstum in Achsrichtung [111], ausgehend von der Ausbildung der Tiegelwand im Bereich 2 eine gleitende Umorientierung der Kristallachse des Einkristalls in Richtung [100] und im Bereich 3 durch eine unterschiedliche Ausbildung der Tiegelwand eine weitere gleitende Umorientierung in Richtung der Kristallachse [111] erfolgt und
daß nach Austauschen aus der HF-Spule das Werkzeug mit dem Penetrator langsam abgekühlt und der Impfling entfernt wird.
daß ein Körper aus einer Legierung aus Wolfram und Rhenium in ein tiegelartiges Werkzeug mit einer Innenform entsprechend dem Penetrator eingebracht wird, wobei an der Bodenseite des Werkzeuges ein Einkristallimpfling der Kristallachsenorientierung [111] angebracht ist,
daß eine HF-Spule relativ zu dem Werkzeug zum Einschmelzen des Körpers entlang dem Werkzeug vom Impfling aus geführt wird und
daß die Tiegelwand über einen Teil ihrer Länge (Bereich 2 und 3) derart auf das Kristallwachstum einwirkt, daß bei diesem nach einem zuerst vom Impfling be einflußten Wachstum in Achsrichtung [111], ausgehend von der Ausbildung der Tiegelwand im Bereich 2 eine gleitende Umorientierung der Kristallachse des Einkristalls in Richtung [100] und im Bereich 3 durch eine unterschiedliche Ausbildung der Tiegelwand eine weitere gleitende Umorientierung in Richtung der Kristallachse [111] erfolgt und
daß nach Austauschen aus der HF-Spule das Werkzeug mit dem Penetrator langsam abgekühlt und der Impfling entfernt wird.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873705382 DE3705382A1 (de) | 1987-02-20 | 1987-02-20 | Penetrator und verfahren zu seiner herstellung |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873705382 DE3705382A1 (de) | 1987-02-20 | 1987-02-20 | Penetrator und verfahren zu seiner herstellung |
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Publication Number | Publication Date |
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DE3705382A1 DE3705382A1 (de) | 1988-09-01 |
DE3705382C2 true DE3705382C2 (de) | 1989-06-01 |
Family
ID=6321377
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19873705382 Granted DE3705382A1 (de) | 1987-02-20 | 1987-02-20 | Penetrator und verfahren zu seiner herstellung |
Country Status (3)
Country | Link |
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