DE4113177C2

DE4113177C2 - Verfahren zur Herstellung eines Penetrators

Info

Publication number: DE4113177C2
Application number: DE19914113177
Authority: DE
Inventors: Cornelis Taal; Rene Oudelhoven
Original assignee: Rheinmetall GmbH; NWM de Kruithoorn BV
Current assignee: NWM DE KRUITHOORN B.V., 'S-HERTOGENBOSCH, NL RHEIN
Priority date: 1991-04-23
Filing date: 1991-04-23
Publication date: 1993-10-21
Anticipated expiration: 2011-04-24
Also published as: GB2255936A; GB9202528D0; DE4113177A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Penetrators gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Schrift DE 34 38 547-C2 offenbart ein Wärmebehandlungs verfahren für vorlegierte zweiphasige Wolfram-Pulver mit hohem Wolfram-Anteil, wobei ein poröses Formteil aus ver dichtetem Pulver in fester Phase gesintert wird, und sich an das Sintern eine Wärmebehandlung von zwei bis zehn Minu ten mit flüssiger Phase anschließt. Die Wärmebehandlung in der flüssigen Phase führt zu einer Abrundung der Wolfram- Körner, ohne daß gleichzeitig ein nennenswertes Kornwachs tum auftritt, um eine Festigkeitssteigerung zu erreichen.

Trotz Steigerung der Festigkeit des Penetrator-Ausgangsma terials läßt sich allerdings nicht vermeiden, daß bei des sen mechanischer Bearbeitung, beispielsweise durch Drehen oder Schleifen, Anrisse der oberflächennahen Wolfram-Kör ner auftreten, die im Belastungsfall durch Rißfortpflan zung zu einem frühzeitigen Versagen des Penetrators führen können.

Aus der DE 39 32 383 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Her stellung von WSM-Penetratoren unter Verwendung partieller Wärmebehandlungen bekannt. Um eine reproduzierbare Erhöhung der Materialsprödigkeit im Spitzenbereich des jeweiligen WSM- Penetrators zu erhalten, wird dieser Spitzenbereich des hin sichtlich seiner Geometrie bereits endbearbeiteten Penetrators bei einer Temperatur von etwa 490°C für etwa 1 Stunde wärmebehandelt. Die Wärmebehandlung erfolgt dabei durch Einbringung der Penetratorspitze in ein hocherhitztes schmelz flüssiges Salzbad.

Durch das Einbringen der Geschoßspitze in das schmelzflüssige Salzbad kommt es zu einer zusätzlichen Aufrauhung der Penetra toroberfläche, weil die zwischen den Wolframpartikeln angela gerten Bindephasenelemente Nickel, Eisen, Kobalt und/oder Mangan partiell aus der Werkstoffmatrix herausgelöst werden. Dadurch nimmt die Sprödigkeit des Penetrators im Spitzenbe reich weiter zu und die Haftung bei einem Aufkleben einer ballistischen Haube auf dem Spitzenbereich des WSM-Penetrators wird verbessert.

Schließlich sind aus den Schriften EP 00 49 678 B1, GB 10 74 203, US 32 32 803 und DE 25 34 213 A1 Verfahren zum Ätzen von Wolfram-Oberflächen bekannt, wobei insbesondere auch Säurege mische aus HNO₃ und HF erwähnt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren anzugeben, um eine Rißfortpflanzung in einem Penetrator zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen enthalten.

Die Erfindung beruht im wesentlichen darauf, die äußeren Wolfram-Schichten nach der Endbearbeitung des Penetrators auf einfache Weise von dessen Oberfläche zu entfernen. Auf grund der spanabhebenden Bearbeitung der äußereren Penetra tor-Geometrie treten Anrisse einzelner Wolfram-Körner auf. Insbesondere bei schlanken Penetratoren mit großem Länge/ Durchmesserverhältnis kommt es unter der Zugbelastung beim Abschuß und unter schwingender Beanspruchung und Biegebe anspruchung während des Fluges und beim Auftreffen auf ein Ziel, ausgehend von den angerissenen Körnern, zu einer Riß fortpflanzung und somit zu einem frühzeitigen Versagen des Penetrators. Laboruntersuchungen haben gezeigt, daß sich durch das erfindungsgemäße Abätzen der äußeren Kornschich ten die Kerbschlagzähigkeit des Penetretators um etwa 20% erhöht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen nä her erläutert und beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen in seiner äußeren Geometrie endbearbeiteten Penetrator,

Fig. 2 einen mit I in der Fig. 1 bezeichneten vergrößer ten Ausschnitt des Penetrators.

In der Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 10 einen in sei ner äußeren Kontur endbearbeiteten Penetrator aus Wolfram- Schwermetall. Dieser weist vorderseitig eine Spitze 12 auf und ist in seinem heckseitigen Bereich 14 zur Befestigung eines nicht dargestellten Leitwerkes verjüngt. Zur Kraftü bertragung eines ebenfalls nicht dargestellten Treibkäfigs ist der Penetrator 10 in seinem mittleren Bereich 16 mit Formschlußmitteln 18, beispielsweise einem Gewinde oder Ringnuten, versehen. Der Penetrator 10 wird durch spanab hebende Bearbeitung aus einem zylinderförmigen Ausgangs werkstück gefertigt. Dabei treten Kerben und Anrisse ein zelner oberflächennaher Wolfram-Körner auf. Im Belastungs fall kommt es - ausgehend von diesen Körnern - zu einer Rißfortpflanzung und somit zu einem frühzeitigen Versagen des Penetrators. Mikroskopische Untersuchungen zeigen, daß angerissene Körner überwiegend in den zwei obersten Korn schichten angeordnet sind, während die tieferliegenden Schichten durch die mechanische Bearbeitung nicht beschä digt werden. Dieses wird durch die Fig. 2 veranschaulicht, die einen vergrößerten Ausschnitt des oberflächennahen Be reiches I des Penetrators 10 zeigt. Die Bezugsziffer 22 bezeichnet angerissene Wolframkörner in den obersten beiden Kornschichten, und die Bezugsziffer 24 bezeichnet die in den tieferliegenden Schichten angeordneten unbeschädigten Wolframkörner.

Erfindungsgemäß werden daher mittels eines Ätzverfahrens mindestens zwei Schichten von der Penetratoroberfläche ab getragen. Als besonders vorteilhaft hat sich dazu ein che misches Ätzverfahren erwiesen, das aufgrund der Zusammen setzung des gewählten Säuregemisches und in Abhängigkeit von der Reaktionszeit mit dem Penetratormaterial einen de finierten Oberflächenabtrag ermöglicht.

Das Element Wolfram ist gegen Säuren sehr resistent. Der stärkste Angriff auf das Material ist durch eine Mischung von Salpetersäure (HNO₃) und Flußsäure (HF) gegeben, wobei der Abtrag stark von der Konzentration abhängt. Beispiels weise zeigt eine Mischsäure aus 50 Gew.-% HF und 50 Gew.-% HNO₃ einen äußerst heftigen Angriff auf das Schwermetall gefüge, so daß ein Ätzprozeß mit dem Ziel eines definier ten Abtrages von der Oberfläche schlecht steuerbar ist. Eine gut steuerbare Reaktion liefert dagegen die Anwendung der Säure mit einer Zusammensetzung aus 90 Gew.-% HF (tech nisch rein) und 10 Gew.-% HNO₃ (technisch rein) für den Ätzvorgang.

Während des Ätzvorganges weist das Säuregemisch eine Tem peratur zwischen 20 und 50°C auf. Eine Veränderung der ursprünglichen Festigkeitseigenschaften aufgrund einer Wärmebeeinflussung des Werkstoffes läßt sich dadurch in vorteilhafter Weise ausschließen. Neben der Zusammenset zung des Säuregemisches bestimmt die Reaktionszeit den Ab trag von der Oberfläche. Für ein Abätzen von mindestens zwei Wolfram-Kornschichten, entsprechend einer Durchmesser verringerung von 100 µm eines Penetrators, beispielsweise für das Kaliber 120 mm, ist eine Reaktionszeit von etwa 3 min. mit dem Säuregemisch zweckmäßig. Anschließend wird der Penetrator unter fließendem Wasser abgespült, und nichthaftende Wolfram-Körner werden von der Oberfläche durch Bürsten entfernt.

Bezugszeichenliste

10 Penetrator
12 Spitze
14 heckseitiger Bereich von 10
16 mittlerer Bereich von 10
18 Formschlußmittel
I oberflächennaher Bereich
22 angerissene Wolframkörner
24 unbeschädigte Wolframkörner

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Penetrators aus Wolfram- Schwermetall (WSM), wobei die Oberfläche des in seiner Geometrie endbearbeiteten WSM-Penetrators durch Ätzen weiter bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß von der Oberfläche des gesamten WSM-Penetrators mindestens zwei Wolfram-Kornschichten bei einer Temperatur zwischen 20 und 50°C abgeätzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Ätzen chemisch er folgt.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in seiner äußeren Geometrie endbearbeitete Penetra tor (10) in ein Säuregemisch getaucht wird, nach einer vorgegebenen Reaktionszeit aus dem Säuregemisch ent fernt und mit Wasser abgespült wird und nicht haftende Wolfram-Körner von der Oberfläche des Penetrators (10) durch Bürsten entfernt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Säuregemisch aus 10 Gew.-% HNO₃ und 90 Gew.-% HF hergestellt wird.