DK161042B

DK161042B - Vaabenudskydningsroer

Info

Publication number: DK161042B
Application number: DK261286A
Authority: DK
Inventors: Melvin Robert Jackson; Paul Alfred Siemers; David Porter Perrin
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1984-10-29
Filing date: 1986-06-03
Publication date: 1991-05-21
Also published as: NO162313C; IL76869A; DK261286A; JPS62500952A; DK161042C; US4669212A; EP0201557A1; NO162313B; DK261286D0; EP0201557B1; NO862604L; ES8707790A1; NO862604D0; JPH068720B2; ES548273A0; DE3583394D1; IL76869A0; EP0201557A4; GR852596B; WO1986002719A1

Description

DK 161042 B

Den foreliggende opfindelse angår et våbenudskydningsrør, der har en iavtryksplasmaafsat foring af et ildmodstandsdygtigt materiale, og som har et Iavtryksplasmaafsat strukturlegeme af en legering, der danner en støttekappe til udskydningsrøret, hvilken kappe er metal-5 lurgisk bundet til ydersiden af foringen, hvilken legering er en legering af nikkel, aluminium og molybdæn.

Det er kendt, at våbenudskydningsrør bliver opvarmet under forlænget anvendelse. Da der sker anvendelse ved højere og højere temperaturer, vil det stål, hvoraf våbenudskydningsrør sædvanlig-10 vis er fremstillet, undergå væsentlige styrkeformindskelser og vil endvidere blive mindre dimensionsmæssigt akkurate på grund af forøget varmeudvidelse.

Våbenudskydningsrør kan blive opvarmet i kraft af et antal forskellige mekanismer. En sådan mekanisme er den forlængede anven-15 delse af våbenet i forlængede perioder med væsentlige affyringshastigheder.

Et våbenudskydningsrør kan også blive opvarmet i løbet af en forholdsvis kort tid, når det anvendes til affyring af projektiler med forholdsvis hurtige hastigheder.

20 Våbenudskydningsrør bliver også opvarmet, når den energi, der udvikles ved affyringen af et projektil, forøges, idet der fremkommer en større mundingshastighed af projektilet. Når der anvendes store mængder drivmiddel, eller når der anvendes drivmiddel, som afgiver en forøget energi ved afbrændingen, kan dette også føre til en hur-25 tigere opvarmning af våbenudskydningsrøret, hvorfra projektilet afgives.

Den hurtige opvarmning af et rør under hurtig affyring af projektiler i lange tidsrum kan ske, selv om drivmiddelenergien er forholdsvis lav. Denne opvarmning skyldes delvis den friktionsvarme, 30 der frembringes, medens talrige projektiler acceleres gennem løbet og med hurtig affyringsfrekvens.

Årsagen til svigt, hvad angår strukturer, der er beregnet til specielle slutanvendelser, som f.eks. våbenudskydningsrør, kan be- - *6=>

DK 161042B

2 } stemmes af basismekanismer. En sådan mekanisme er den hastighed, hvormed varme kan overføres fra den indvendige struktur, der modtager varmen gennem strukturens væg, og til en yderside, der kan afgive varmen. Når det f.eks. drejer sig om et våbenudskydningsrør, 5 modtages varmen af røret ved dettes indre på grund af forbrændingen og forbrændingsvarmen fra drivmiddelmaterialet. Yderligere kan friktionskraft fra projektilet, som bevæger sig langs med og mod overfladen af det indre af røret, frembringe varme ved den umiddelbare overflade, som berøres af projektilet. Når den varmemængde, der 10 kan fjernes fra røret ved normal ledningsmekanisme, er begrænset, sætter dette en grænse, også hvad angår den anvendelse, der kan gøres af våbenet. Hvis rørtemperaturerne bliver for store, kan våbenet svigte. Dette kan ske enten lokalt ved indersiden af udskydningsrøret ved lokaliseret smeltning eller igennem røret, idet de fysiske 15 egenskaber af hele rørets struktur nedbrydes. En sådan nedbrydning kan medføre et brud i røret.

En anden årsag til svigt af et rør kan have mekanisk natur.

En sådan årsag kan være en simpel mekanisk mangel, hvad angår modstandsdygtighed overfor de mekaniske kræfter, som udskydnings-20 røret påtrykkes. Når et drivmiddel f.eks. antændes og brænder, frembringer det ikke alene varme, men også meget højt tryk, og dette tryk skal mekanisk optages af røret. Også i det tilfælde, hvor projektilet forlader sit patronhylster og starter hen langs røret, påfører rørets rifler mekanisk en torsionskraft på projektilet og 25 giver dette den rotation, der er nødvendig for at bidrage til projektilets nøjagtige flugt til et bestemmelsessted eller mål. I det tilfælde, hvor den mekaniske kraft, der er nødvendig til påbegyndelse af rotation af projektilet, er overdrevet stor, kan mekanisk svigt af røret fremkomme ved stedet i nærheden af det kammer, hvor rørets 30 riffelgange begynder.

Hvad angår den varme, der frembringes i løbet i et udskydningsrør, kan denne varme opbygges meget hurtigt til trods for den kendsgerning, at varmen kan overføres gennem rørvæggen til rørets yderside på grund af den større hastighed, hvormed varme kan 3

DK 161042 B

frembringes langs løbet sammenlignet med den hastighed, hvormed den frembragte varme kan transporteres ved varmeledning gennem rørvæggens tykkelse. For en rørvæg med forholdsvis lille ledningsevne gælder det, at når der fremkommer lange affyringsserier, eller 5 når den varme, der produceres af gasserne, er forholdsvis høj, koncentreres denne varmeproduktion ved løbets overflade og kan ikke bortledes hurtigt nok fra løbet på grund af begrænsningerne, hvad angår ledningsevnen for varmen gennem det materiale, hvoraf udskydningsrørets væg består.

10 Der findes en varmefældevirkning i rørets tykkelse, men denne varmefælde står kun til rådighed, indtil temperaturen af selve røret er steget ved varmeproduktion inde i løbet, som er større end den varmemængde, der kan ledes gennem rørvæggen baseret på karakteristikaene for det materiale, hvoraf selve væggen består.

15 Røret og drivmidlet i kombination må i virkeligheden behandles som et system, fordi alle våbenets elementer skal holdes i balance.

Ethvert element, som er ude af balance med de andre, kan medføre svigt. Hvis f.eks. drivmidlet frembringer overdrevet tryk eller temperatur eller anvendes i overdrevet mængde, kan dette alene for-20 styrre balancen mellem de mange komponenter, der indgår i systemet og føre til overdrevet varmenedbrydning af røret eller overfladen af løbet.

Det er erkendt i industrien, at hvis våben udformes til affyring af projektiler med væsentlig større hastighed og med større energi, 25 vil der være behov for bedre våbenudskydningsrør.

Til optagelse af sådanne høje temperaturer, der fremkommer i våbenudskydningsrør, er det teoretisk muligt at udforme rørene af metaller, der modstår højere temperaturer end de lavt legerede car-bonstål, der konventionelt anvendes til fremstilling af udskydnings-30 rør.

Kommercielt til rådighed stående metallegeringer til anvendelse ved høj temperatur, og som har stor styrke, består af legeringer

DK 161042 B

li på nikkel- eller koboltbasis eller ildmodstandsdygtige metaller og disses legeringer. De kommercielt til rådighed stående nikkel- og koboltlegeringer har sædvanligvis større varmeudvidelseskoeffi-cienter end stål. Af denne grund er de i stort omfang ikke veleg-5 net som rørkappematerialer, hvis der, således som det er tilfældet ifølge den foreliggende opfindelse, eftersøges et materiale, der har en kombination af lille varmeudvidelse og stor styrke ved høje temperaturer.

Nogle jern-nikkellegeringer, som f.eks. Invar eller IN-907, 10 er legerede for at drage fordel af visse magnetiske samvirkninger, som fører til lav udvidelsesopførsel over et temperaturområde, der sædvanligvis ligger under 500°C. Imidlertid er disse legeringer typisk svagere sammenlignet med stål og har ret så små elasticitetsmoduler i temperaturområdet med lille ekspansionsevne.

15 De ildmodstandsdygtige metaller og navnlig volfram, tantal og molybdæn opfylder kriterierne, hvad angår lille udvidelsesevne ved høj temperatur, og hvad angår opretholdelse af stor styrke, men deres pris og store vægtfylde, der varierer fra 10 til 19 g pr.

3 cm , er overdrevet store for at komme i betragtning i praksis.

20 Aktuelt fremstilles våbenudskydningsrør i henhold til den kendte teknik af lavt legerede carbonstål. Sådanne udskydningsrør fremstilles med kromforinger, som elektroplateres på indersidediameteren af de lavt legerede carbonstål, der normalt anvendes som kappemateriale til de våbenudskydningsrør, der anvendes for 25 tiden. Sådanne kromforede rør er passende, når det drejer Sig om et lavt område, hvad angår projektilaffyringshastigheder, og et lavt niveau, hvad angår drivmiddelenergier. Efterhånden som affyringshastighederne og drivmiddelenergierne imidlertid forøges, således som tidligere diskuteret, vil rør baseret på lavtlegerede 30 carbonstål efterhånden vise sig uegnede.

Man må regne med, at hvis der fandtes velegnede rør, ville der blive anvendt op til tre gange så stor drivmiddelenergi sammen- 5

DK 161042 B

lignet med det nuværende brug til opnåelse af de planlagte projektilaffyringshastigheder og mundingshastigheder. Da de for tiden forhåndenværende rør af lavt legerede carbonstål og endog rør af denne art foret med krom kan udvise svigt på grund af lokaliseret smeltning, 5 gør den forøgede energifrigivelse i rørene og dennes påtrykning på rørenes løb de krombeklædte lavt legerede carbonstål uegnede til forøget affyringshastigheder og til anvendelse med større drivmiddelenergier.

Som tidligere anført vil de høje arbejdstemperaturer, der for-10 ventes for foreslåede våbenudformninger, stille store krav til våbensystemet. Der kan forventes totale rørtemperaturer indefor området 750 til 950°C. Stor styrke af kappematerialet ved høj temperatur er væsentlig. Forøget varmeudmattelsesmodstand kræves på grund af den forøgede varmebelastning, som våbene vil opleve. For at opret-15 holde rørstabilitet skal elasticitetsmodulen for kappen ved høje temperaturer være større end for de nuværende lavt legerede carbonstål.

Udvidelsen af rørdimensioner på grund af varmepåvirkning, både hvad angår de nutidige og tidligere kendte legeringer, forhindrer lang salvefyring, fordi projektilet, efterhånden som våbenets 20 løb udvider sig, ikke samvirker på ønsket måde med løbets riffelgange og ikke opnår den rigtige rotation eller baneflugt. Imidlertid vil banenøjagtighed for rør, der arbejder med højere projektilaffyringshastigheder og med større drivmiddelenergier, være et vigtigt kriterium.

25 Et våbenudskydningsrør til anvendelse ved højere driftstem peraturer og en fremgangsmåde til dettes fremstilling er omhandlet beskrivelsen til US patent nr. 4,409,881.

Våbenudskydningsrøret ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at den pågældende legering indeholder en mængde aluminium 30 og molybdæn, der svarer til en værdi, som falder inden for kurve 1 i fig. 5, og at resten er nikkel, og at den nævnte legering har en 0,2% flydestyrke, der er større end 917 mpa ved temperaturer op 6

DK 161042 B

til 660°C. Herved opnås der et våbenudskydningsrør, som ikke er tilbøjeligt til tab, hvad angår styrke og andre vigtige egenskaber på grund af opvarmning, der bibeholder de fleste af dets gode fysiske egenskaber ved forøgede temperaturer, der er i stand til at 5 holde til hurtig ild, der er i stand til at arbejde ved høje temperaturer, som er forholdsvis billigt, og som kan afgive projektiler ved forholdsvis højere affyringsniveauer og i forlængede tidsperioder.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvis-10 ning til tegningen, hvor fig. 1 viser et billede set fra siden af en udførelsesform for en dorn til en udførelsesform for et våbenudskydningsrør ifølge den foreliggende opfindelse, fig. 2 et sidebillede af en foring formet på en dorn som vist 15 i fig. 1, fig. 3 et sidebillede delvis i snit af en dorn med en overliggende foring og med et overliggende mellemlag i henhold til den foreliggende opfindelse, fig. 4 et længdesnit af et våbenudskydningsrør som udformet, 20 og hvor der i kammeret er anbragt en patron, fig. 5 en graf i vægtprocent af aluminiummet og molybdæn i nikkel, og som er nyttigt som et rørmetal til genstanden ifølge den foreliggende opfindelse, fig. 6 en sammenligningsgraf over 0,2% flydestyrken i mpa 25 (megapascal) over et temperaturområde for konventionelt udskydningsrørstål og for en legering af nikkel/alumi-nium/moiybdæn, og fig. 7 en graf af varmeudvidelsen pr. længdeenhed over et temperaturområde for konventionelt udskydningsrørstål sam-30 menlignet med en legering af nikkel, aluminium og molyb dæn.

Udskydningsrøret ifølge den foreliggende opfindelse er udformet for at tillade drift ved forhøjede temperaturer inden for området ca. 750 til 950°C. Røret til våbenet er udformet med en kombination 35 af materialer, der samvirker ved, at de hver har høj elasticitetsmodul og lille varmeudvidelse.

7

'V DK 161042B

En foring til et udskydningsrør udformes som beskrevet i samme ansøgers internationale patentansøgning PCT/US85/00756, indleveret den 20. april 1985 (WO 85/05173), og som beskrevet igen under henvisning til fig. 1-4 heri.

5 En vigtig proces, der anvendes ved formning af elementer til ud skydningsrør ifølge den foreliggende opfindelse, er anvendelsen af lavtryksplasmaafsætningsteknikken. I beskrivelsen til USA patent nr.

3,839,618 er der beskrevet en fremgangsmåde og et apparat til beklædning af substrater ved hjælp af dynamisk højenergibeklædning.

10 Foringen kan følgelig formes af et ildmodstandsdygtigt materiale, som f.eks. ildmodstandsdygtigt metal, eller den kan formes af en ildmodstandsdygtig forbindelse, som f.eks. volframkarbid, tantalkarbid eller lignende.

15 Et mellemlag kan formes mellem det ildmodstandsdygtige forings lag og rørets yderkappe. Et nyt træk ved udskydningsrøret ifølge den foreliggende opfindelse er kombinationen af en indvendig foring med lille udvidelseskoefficient og en kappe, der også har en ønskelig lav udvidelseskoefficient sammen med en væsentlig styrke ved høj tem- 20 peratur. Dannelsen af et mellemlag er ikke essentiel ved udøvelse af den foreliggende opfindelse.

Den legering, som anvendes ved formning af rørkappen, er som antydet i det foregående, en legering af nikkel, aluminium og molybdæn.

25 Legeringen har bestanddele i proportioner, som er afsløret i be skrivelsen til USA patent nr. 2.542.962 (Kinsey).

Beskrivelsen til USA patent nr. 3.617.397 afslører en støbt superlegering på nikkelbasis, der indeholder 8 vægtprocent aluminium og 18 vægtprocent molybdæn og resten nikkel.

OK 161042B

8 Både. beskrivelsen til USA patent, nr. 4.012.241 qg 4.111.723 afslører direktionalt størknede eutektiske sammensætninger af nikkel-aluminium-molybdænsystemet.

Beskrivelsen til USA patent nr. 3.975.219 beskriver en direktional 5 rekrystalliseringsproces for legeringerne til nikkel-aluminium-molybdæn- systemet. Beskrivelsen til australsk patent nr. 531.066 beskriver en fremgangsmåde ved fremstilling af superlegeringsgenstande indeholdende nikkel, aluminium og molybdæn og andre bestanddele, og som har stor styrke og liniestillede korn. Som fremhævet i det australske patent 10 "Den grundlæggende ternære legering har gode mekaniske korttidsegenskaber ved forøgede temperaturer, men er behæftet med mikrostruktu-elle ustabil iteter efter langvarig udsættelse for forøgede temperaturer. Disse ustabil iteter omfatter dannelsen af massive γ#-partikler ved korngrænserne og udskillelse af Mo fra γ-fasen. Til visse 15 anvendelser kan den grundliggende legering være tilstrækkelig".

Skønt der i disse patentreferencer er afsløret et antal nikkel., aluminium:, molybdænlegeringssammensætninger, er de, der er mest velegnede til anvendelse i kombination med den foreliggende opfindelse, de, der har en favorabel kombination af fysiske egenskaber over et 20 bredt temperaturområde.

I denne henseende blev fire legeringer af nikkel, aluminium og molybdæn afprøvet for fysiske egenskaber over et bredt temperaturområde. Legeringerne er anført i tabel I ved sammensætning både hvad angår atomprocent og vægtprocent. Også krystaltypen er anført.

25

TABEL I

Legering Krystaltype Atomprocent_ Vægtprocent

Ni Al Mo Ni Al Mo 30 1 γ* (α) 70,5 19,5 10 73,6 9,4 17,0 2 γ'+α 65 18 17 64,3 8,2 17,5 3 γ/γ'(α) 70,7 14,2 15,1 69,4 6,4 24,2 4 γ/γ*+α 65 13 22 60,8 5,6 33,6 35 Resultatet af afprøvningerne af fysiske egenskaber er anført i tabel II for hver af de fire legeringer.

9 DK 1610420 TABEL II — Trækprøver.

°C Legering Ί_ Legering 2_ Legering 3_ Legering *1

YS UTS ερ YS UTS ερ YS UTS ερ YS UTS eF

stuetemperatur 805 805 1 ~ 1064 0,1 1141 1561 16 - 833 - 5 660 756 826 8 917 917 7 1092 1155 7 1056 1063 4 770 581 623 5 595 630 7 826 868 4 714 7 4 880 287 322 19 189 245 58 392 462 8 280 315 13 990 91 105 87 ingen prøve 119 154 78‘ 56 56 85 Π00 21 21 73 14 14 >100 14 21 >100 14 14 >100 10 hvor YS er 0,2% flydestyrken i megapascal (mpa); UTS er udtræksstyr ken udtrykt i mpa; ερ er brudforlængelsen (the strain-to-failure-percentage); og - betyder "ingen gyldige prøvningsdata'.' Værdierne for flydestyrke i tabel II kan sammenlignes med værdierne for flydestyrke for konventionelt udskydningsrørstål, der er angivet i tabel 15 Hl .

Tabel III — Udskydningsrørstål.

Temperatur (°C) 0,2% flydestyrke (mpa)

Stuetemperatur ^910 660 * 175 20 770 ^ 70

En anden vigtig egenskab for et kappemetal til et rør som foreslået ifølge den foreliggende opfindelse er en god slagstyrke. Der blev foretaget Charpy V-kærvslagprøver på de fire legeringer og på udskydningsrør-stål. Resultaterne er anført i tabel IV.

25 Tabel IV.

- Charpy ^W-kærvslagprøve °C legering 1 2 3 4 Udskydningsrørstål -40 0,7 joule 0 joule 4,3 joule 4,3 joule

Stue 0,7 0 5,2 4,3 ^13,6 joule 30 +550 1,5 0 11,2 12,2

DK 161042 B

10

Resultaterne af denne prøve fører til den erkendelse, at den legering, der er anført i tabellerne som legering 3, totalt har den bedste kombination af egenskaber. Den er stærkere end udskydningsrørstål.

Legering 4 har et godt sæt egenskaber, som er lidt ringere end 5 egenskaberne for legering 3, navnlig hvad angår strækbarhed ved stuetemperatur.

Sammensætningerne af disse legeringer er afsat i grafen i fig. 5. Sammensætningerne af nikkel, aluminium og molybdæn, der anses for foretrukket til anvendelse i kombinationen ifølge den foreliggende op-10 findelse, er omfattet i det indre areal, der er betegnet II i figuren.

De sammensætninger af nikkel, aluminium og molybdæn, som anses for nyttige, og som kan virke ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse, er de sammensætninger, som falder indenfor de sammensætningsområder indenfor den ydre kurve i fig. 5, der i 15 figuren er betegnet som kurve I.

Det foretrækkes også at tilsætte 0,1 vægtprocent bor i den nikkel, aluminium og molybdænlegering, som anvendes ved formning af rør ifølge den foreliggende opfindelse.

Nogle egenskaber, hvad angår nikkel, aluminium og molybdæn-20 legering i forhold til udskydningsrørstål, er afsat i fig. 6 og 7 til illustrering af nogle af fordelene ved kombinationen ifølge den foreliggende opfindelse..! fig. 6 er 0,2% flydestyrken afsat som funktion af temperaturen for udskydningsrørstål og for den i tabellerne angivne legering 3. I fig. 7 er varmeudvidelsen afsat som funktion af témperatu-25 ren for legering 3 i henhold til tabellerne samt for udskydningsrørstål.

En legering af nikkel, ca. 14 atomprocent aluminium og ca. 15 atomprocent molybdæn, foretrækkes ved udøvelse af den foreliggende opfindelse.

Vi har erkendt, at anvendelsen af nikkel-aluminium-molybdæn-30 systemet af legeringer til udskydningsrørkapper er en anvendelse, hvor egenskaberne, hvad angår den ønskelige store styrke ved hø] temperatur for legeringssystemet, kan opføre sig godt. For anvendelse som udskydningsrør er det aktuelle tidsrum, hvorunder røret vil befinde sig ved de forøgede driftstemperaturer, som kunne forårsage 35 . de metallurgiské virkninger, der er beskrevet i det australske patent, så kort set relativt, at vi er i stand til at opnå fordelene ved kombinationen af egenskaber af metallet uden at lide under rekrystailiserings-nedbrydningsvlrkningerne.

DK 161042 B

11

En lavtryksplasmaafsætningsproces resulterer i hurtigt størknende plasmaafsætning af det afsatte materiale. Dette tilfælde omfatter tre forskellige lag omfattende det første indre foringslag af ildmodstandsdygtigt metal, det andet mellemlag af kombineret ildmodstandsdygtigt metal 5 og kappemetal af nikkei-aiuminium-molybdæn, og det tredie eller ydre lag af kappemateriale. Sådanne afsætninger har typisk resulteret i en lavvægtfylde, der er større end 97% af den teoretiske vægtfylde for det afsatte materiale. Endvidere er forureningsniveauet i det afsatte materiale ganske lille.

10 ifølge den kendte teknik vides det, at plasmaafsætningen af materi alelag i en luftatmosfære eller i en inaktiv gasatmosfære ved atmosfæretryk virkelig resulterer i meget forurenede lag, der typisk har lille vægtfylde, hvad angår det afsatte materiale. Sådanne stærkt forurenede afsætninger med lille vægtfylde er i realiteten uanvendelig til anvendel-15 ser, hvad angår udskydningsrør eller lignende anvendelser.

Det har vist sig, at ved anvendelsen af lavtryksplasmaafsætningsprocessen kan der gøres væsentlige forbedringer, hvad angår udskydningsrør, hvad angår deres konstruktion, hvad angår deres opførsel, og hvad angår de omkostninger, med hvilke sådanne mere effektive rør 20 kan fremstilles. Disse forbedringer kan opnås delvis på grund af anvendelsen af den hurtigt størknende lavtryksplasmaafsætning til dannelse af sammensatte rør med flere lag, således som forklaret i samme ansøgers tidligere nævnte, verserende internationale ansøgning, og opnåelsen af en stor vægtfylde i og mellem lagene af afsat materiale af størrelses-25 ordenen 98% af den teoretiske vægtfylde. Forbedringerne skyldes også delvis opnåelsen af sådan vægtfylde ved lave forureningsniveauer. Afsætningen af sådanne lag med stor vægtfylde gør det muligt at anvende de resulterende sammensatte rør til affyring af ammunition med meget høj energi med projektiler med meget høj hastighed. Anvendelsen af så-30 danne sammensatte flerlagsrør muliggør også affyring af lange salver af ammunition med høj affyringskadence.

Den foreliggende opfindelse gør anvendelse af lavtryksaflejringen, men kombinerer denne lavtryksaflejring (LPPD) med dannelsen af en sammensat rørkonstruktion, der har en iidmodstandsdygtig foring og en 35 høj ydeevne ved høj kappetemperatur til tilvejebringelse af et nyt våben- -produkt. Som et første trin ved fremstillingen dannes et indre ildmod-

DK 161042 B

12 standsdygtigt lag eller foring på en passende dorn.

Den dorn, hvorpå udskydningsrøret kan dannes ifølge den foreliggende opfindelse, er vist i fig. 1. Dornen har udvendige riffelribber 10, der er udformet på dornens yderside 12, således at en rørforing, der 5 dannes på dornen, vil have tilsvarende indvendige riffelgange.

Efter dannelsen af det komplette rør på dornen fjernes denne ved at opløse den kemisk eller på anden konventionel måde.

Dornen kan også have en stor ende 14, hvorover udskydningsrørets kammer dannes. Kammeret og den riflede del er størrelsesafstemt på en 10 sådan måde, at en efterfølgende fortætning ved opvarmning vil give rør med korrekte slutdimensioner.

Da riffel ribberne dannes på ydersiden af dornen, og en sådan dannelse er forholdsvis simpel, hvad angår mekanisk bearbejdning, kan udformningen af ribberne tildeles enhver ønsket kurveform, og én form for ribbe, 15 som er særligt foretrukket, er den ribbe med accelereret deling, der er vist i fig. 1. Sagt med andre ord, idet projektilet får berøring med riflingen, er riflingen Iiniestiilet med aksen for rørets løb. Efterhånden som projektilet derefter bevæger sig langs røret, kan riflingens deling ændres for at give projektilet en drejningskomposant og til forøgelse af selve projek-20 tilets vinkelacceleration.

I fig. 1 er der vist en dorn, der har en ribbeformet overflade, der er indrettet til at give én form for rifling, der medfører accelereret rotation eller snoningsforøgelse af et projektil i et udskydningsrør formet på dornen. For denne dorns vedkommende er den første del af ribberne 16 25 forbi kammeret 14 aksialt Iiniestiilet, således at der ikke påtrykkes noget moment, idet et projektil samvirker med komplementære, aksialt liniestillede riffelgange i et udskydningsrør. Delingen for ribberne på dornen hen langs rørets akse og delingen af den resulterende riffeldeling i et rør, der formes på dornen, forøges således som vist ved 18 yderligere hen langs 30 røret fra kammeret 14. Ved at forøge snoningsgraden yderligere hen langs røret fra kammeret adskilles eller spredes spændingen på grund af snoningen i forhold til eller bort fra den spænding, der frembringes ved kammeret.

Dette kan forbedre hele virkemåden af det våben, hvori røret anvendes.

Efter at have undergået deiingsændringen holdes delingen i forhold til .35 rørets akse konstant, således som vist ved 20, og hvad angår den resterende del af rørets længde.

Afsætningen af et ildmodstandsdygtigt metal på dornen som vist i fig.2 til dannelse af en indvendig foring til et udskydningsrør udføres under

DK 161042 B

13 anvendelse af vakuumplasmaafsætningsteknik, således som foreslået i beskrivelserne til USA patent nr. 3.839.618 og 4.418.124. Tykkelsen af foringen udformes omhyggeligt for minimering af anvendelsen af dyrere og mere kritiske materialer. For at optimere anvendelsen af sådanne 5 dyre foringsmaterialer bevæges en plasmakanon, der leverer plasmaet, i forhold til arbejdsemnet, således at beklædningen på dornen dannes med en væsentlig grad af radial ensartethed omkring røret. Afsætningen varieres fortrinsvis i tykkelse for placering af de større eller største tykkelser af foringsmateriaiet ved de dele af røret, hvor det største slid og 10 den største opvarmning fremkommer.

Følgelig dannes der et forholdsvis tykt lag ved udgangen fra kammeret og endvidere ved begyndelsen af riflingen. Endvidere dannes der fortrinsvis en større tykkelse ved mundingen af løbet, idet der her findes en tendens til, at riffellandene bliver flade, idet projektilet forla-15 der mundingsenden.

Efter afslutningen af afsætningen af foringsmaterialet 22, således som vist i fig. 2, kan der formes et mellemlag over foringen til tilvejebringelse af en overgang, hvad angår egenskaber mellem foringens egenskaber og egenskaberne af kappemetailet, der udgør størstedelen 20 af røret. Mellemlaget kan dannes ved blanding ,af det pulver, der an vendes ved formning af foringen, med det pulver, der anvendes til formning af metaikappen.

Foringen formes også fortrinsvis således som vist i fig. 2, og mellemlaget formes uden på foringen, således som vist i fig. 3, uden afbry-25 delser, hvad angår formeprocessen. Dette tillader opnåelse af en god binding mellem disse lag. Dette tillader også, at produktiviteten holdes på et forøget niveau. Endvidere tillader det oprétholdelse af rørtemperaturen ved et niveau, som foretrækkes, hvad angår afsætningen af de smeltede metalpartikler fra plasmaet, og tillader, at der dan-30 nes en meget stærk indre binding, som nærmer sig den teoretiske styrke mellem ydersiden af foringen og mellemlaget.

På grund af, at varmeudvidelseskoefficienten for det ydre kappemetal bestående af en legering af nikkel, aluminium og molybdæn er lille og ligger tæt på udvidelseskoefficienten, hvad angår materialer 35 af ildmodstandsdygtig type, er behovet for et mellemlag for at opret holde en god binding mellem den plasmaafsatte foring og det plasmaafsatte kappemateriale: ikke så stort som i de tilfælde, hvor de pågældende

DK 161042 B

VI

udvidelseskoefficienter udviser store forskelle. Hvor det drejer sig om det udskydningsrør, der er beskrevet i ansøgerens tidligere nævnte, verserende internationale ansøgning,! er det mellemlag, som på intim måde kombinerer de to materialer, der danner røret, og som har væsent-5 ligt forskellige varmeudvidelseskoefficienter, vigtigere for rørkonstruktio nen. Ifølge den foreliggende opfindelse kan et nyt udskydnings rør dannes med en ildmodstandsdygtig foring og et yderrør og uden noget mellemlag.

Da de fleste ildmodstandsdygtige materialer, incl. ildmodstandsdyg-10 tige metaller, som f.eks. volfram, tantal og også de ildmodstandsdygtige keramiklignende forbindelser af de ildmodstandsdygtige metaller, som f.eks. volframkarbid, tantalkarbid og lignende, har forholdsvis små varmeudvi- _ delseskoefficienter, og fordi varmeudvidelseskoefficienten af rørkappema-terialet af nikkel, aluminium og molybdæn også er lav, er behovet for et 15 mellemlag forholdsvis lille, og afsætningen af et væsentligt lag, således som vist ved laget 31 i fig. 3, er forholdsvis lille og kan udelades. Imidlertid kan der indbefattes et mellemlag, fordi dettes dannelse ved lavtryksplasmaafsætningsprocessen er meget simpel og hensigtsmæssig og kun kræver, at en blanding af forings- og kappepulver tilføres plasmakanonen, 20 efter at foringen er dannet. Under alle omstændigheder tillader lavtryksplasmaafsætningen, at der dannes en god metalturgisk binding direkte mellem en ildmodstandsdygtig foring og en kappe af nikkel-aluminium-molybdæn. I fig. 3 er der vist et partielt snit af strukturen af rørets basis. I fig. 3 består det inderste gennemskårne lag af snittet af dor-25 nen i fig. 1. Det i snit viste lag 28 er et snitbillede af foringslaget afsat således som beskrevet i det foregående under formningen af foringslaget ifølge fig. 2. Yderlaget 31 er mellemlaget, der som umiddelbart beskrevet kan minimeres eller udelades som i den foreliggende opfindelse, hvor en kombination af materialer inkorporeres i et udskydningsrør, der har 30 et Unikt sæt af fysiske egenskaber for anvendelse i kombination i et udskydningsrør, og som også har forholdsvis tæt liggende varmeudvidelseskoefficienter.

Efter at foringen er blevet dannet ved lavtryksplasmaafsætning, dannes den ydre kappe af en legering af nikkel, aluminium og 35 molybdæn, der har en forholdsvis lille varmeudvidelseskbefficient, som hovedparten af rørets strukturdel. De legeringer, der anvendes ved lavtryksplasmaafsætningen af rørkappen på foringen som vist i fig. 4, er 15

DK 161042 B

de legeringer af nikkel, aluminium og molybdæn, der er omtalt og analyseret i det foregående.

Efter dannelsen af foringen og et eventuelt mellemlag, således som vist i fig. 3, afsættes yderlaget af rørmetal i efter hinanden føl-5 gende passager langs røret for konstruering af det sammensatte rør, således som det halvskematisk er vist i fig. 4. Fig. 3 og 4 er her omtalt som halvskematiske, fordi dimensionerne af foringen og et eventuelt mellemlag, såvel som kappelaget, er vist ude af proportioner for at klargøre den sammensatte natur af den kombinerede foring og kappelaget og 10 også for ved hjælp af tegningen at illustrere, hvad der ikke klart kan ses i genstanden.

Den færdige rørgenstand er vist i lodret snit i fig. 4 og udgør et nyt udskydningsrør, der har et antal fordele som følger:

For det første er det effektivt, hvad angår minimering af friktionen 15 i kammeret, således at projektilerne og patronhylstrene kan indføres og udtrækkes hurtigt i forhold til kammeret.

For det andet forhindrer den ildmodstandsdygtige metalforing smeltningen af løbsoverfladen ved bagstykkeenden og andet steds langs røret. Dette sted er, hvor den højeste temperatur udvikles, idet drivmid-20 let brænder i patronhylstret og udstødes fra dettes åbning 32 og ind i kammerenden 30 af rørforingen, således som vist i fig. 4. Den fortykkede kammerende 34 opvarmes ikke overdrevet, men udsættes for store kræfter, der kræver en høj elasticitetsmodul, idet drivgasserne i patronhylstret ekspanderer.

25 På grund af den gode metallurgiske binding mellem foringen og kap pen af rørmetal opnås der et meget højt niveau, hvad angår varmeover-førsef gennem dette lag og fra laget til minimering af varmeakkumuleringen ved løbsoverfladen. Da løbsoverfladen imidlertid består af et ildmodstandsdygtigt materiale, incl. et metal som f.eks. tantal, volfram, molybdæn 30 eller lignende metal eller keramikmaterialer, som f.eks. karbider, oxider eller lignende forbindelser af brandmodstandsdygtige eller andre metaller, kan en sådan brandmodstandsdygtig overflade modstå opvarmning og varmechok ved meget høje temperaturer uden begyndende smeltning.

Fordi foringens metal befinder sig ved de højere temperaturer, der kan 35 tolereres af ildmodstandsdygtige materialer, findes der en langt større varmedrivningskraft til drivning af varmen fra foringens overflade og gennem rørmetallet til rørets yderside. Den udvendige røroverflade

DK 161042B

16 består af legeringen af nikkel, aluminium og molybdæn og kan befinde sig ved en højere temperatur, væsentligt over den temperatur hvortil rør af konventionelle lavtlegerede stål kan opvarmes uden forringelse af fysiske egenskaber. Da en sådan legering kan frigive mere varme til sine omgi-5 velser end de konventionelle rør uden at forårsage beskadigelse, er virkemåden af udskydnings røret mere effektiv. Følgelig kan det sammensatte udskydningsrør ifølge den foreliggende opfindelse udholde højere flammetemperaturer og opfylder kravene, hvad angår strukturel integritet, der stilles til højt ydende udskydningsrør.

Endvidere forhindrer konstruktionen af dette sammensatte rør sliddet af røret yderligere ned; navnlig idet metallet fra riflingerne begynder at påtrykke kraft og rotationsbevægelse på projektilet, idet dette skydes frem gennem løbet. Denne sammensatte konstruktion har den virkning, at sliddet formindskes. På grund af den meget effektive styring af riflin-15 gen i løbet og ved mundingen og muligheden for at skræddersy riflingen, således at den undergå delingsændringer langs længden, formindskes endvidere fremkomsten af stort slid ved den del af løbet, hvor riflingen starter. Inkorporeringen af de> ildmodstandsdygtige metaller i den sammensatte struktur forbedrer også røret, idet disse metaller bibeholder deres fysiske egenskaber ved høje temperaturer, og denne modstand overfor højtemperaturslid tilvejebringer yderligere en slidformindskelse ved denne del af løbet.

En yderligere fordel består i formindskelsen og forhindringen af fladgøringeh af riflingen, navnlig i området i nærheden af kammeret og mundingen. En speciel skræddersyning af riflingens deling i nærheden af løbet i kraft af udformningen i dornen i fig. 1 eller foringslaget i fig. 2 er let mulig. Som tidligere nævnt er der en større tendens til slid af riflingen ved kammerenden og ved mundingsenden af røret. Anvendelsen at foringen ifølge den foreliggende opfindelse med det ildmodstandsdygtige ^0 metal og med den ekstremt gode metallurgiske binding mellem det brand-modståndsdygtige metal og den massive metalkappe medfører en større modstand af disse komponenter overfor slid. En nøglefordel ifølge den foreliggende opfindelse er tilvejebringelsen af en kombination af et meget slid- modstandsdygtigt materiale, der er bundet tit en kappe af metal med stor styrke til tilvejebringelse af et våben, der er i stand til at arbejde effektivt ved mere forøgede temperaturer.

35

DK 161042 B

17

De materialer, der anvendes til fabrikering af foringen ifølge den foreliggende opfindelse, er materialer, der smelter ved høj temperatur, og disse kan omfatte de følgende: tantallegeringer, som f.eks.

Ta-lOW (Ta-10 w/o W) eller T-111 (Ta-8W-2Hf); niobbaserede legerin-5 ger (TZM); og legeringer hørende til platingruppen. Disse materialer omfatter også de ikke-metalliske ildmodstandsdygtige materialer, som f.eks. karbider, oxider, borider samt cermetter og kombinationer af ildmodstandsdygtige metaller og ildmodstandsdygtige ikke-metaller.

Foruden anvendelsen af konventionelle fremgangsmåder ved hærdning 10 af de ildmodstandsdygtige metaller ved hjælp af forskellige termomekaniske legerings- og tilsvarende teknikker tillader fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse tilsætningen af bestanddele, som f.eks. karbider, oxider og borider, der kan iblandes det pulver, hvoraf de forskellige lag af produktet ifølge den foreliggende opfindelse kan formes. På den 15 anden side kan den allerinderste overflade af foringen bestå udelukkende af oxid, karbid eller borid, klassificeret tii et ildmodstandsdygtigt metal.

Dornen, hvorpå den ildmodstandsdygtige foring plasmaafsættes, kan være glat for de rør, der affyrer finnestabiliserede projektiler.

20 Et glatløbet rør kan formes for senere bearbejdning til dannelse af indvendig rifling. Imidlertid går nogle af fordelene ifølge den foreliggende opfindelse tabt, hvis det tynde lag af ildmodstandsdygtigt materiale først formes på indersiden af røret, og denne overflade derefter bearbejdes, til et senere tidspunkt, efter at dornen er blevet fjernet.

25 Konventionel bearbejdning indebærer rømning, drejesmedning eller elektrokemisk bearbejdning og ville ødelægge den beskyttende, indvendige ildmodstandsdygtige foring.

Imidlertid undgås disse trin i det tilfælde, hvor dornen selv har form som den rifling, der skal tildeles løbet, således at løbet ikke behø-ver at blive bearbejdet senere. Udskydningsrøret ifølge den foreliggende opfindelse fremstilles uden indvendig bearbejdning, medens den udvendige side. kan bearbejdes til slutdimensioner.

Et mellemlag mellem den ildmodstandsdygtige foring og nikkel, aluminium, molybdænkappemetallet er ikke essentielt ved den forelig-35 gende opfindelse. Imidlertid kan et sådant mellemlag inkorporeres i rørkonstruktionen.

DK 161042 B

18 I det tilfælde, et mellemlag anvendes mellem foringen og kappen, fremstiltes mellemlaget hensigtsmæssigt således, at det har en gradvis overgang, hvad angår dets egenskaber mellem egenskaberne for foringens ildmodstandsdygtige materiale og kappemetallegeringens egenskaber.

5 Et sådant mellemlag kan hjælpe med til at sikre en sund metallurgisk binding i alle tilfælde mellem lagene. Den gradvise overgang i egenskaber er generelt ikke vigtig for at stille yderkappens opbakningsegenskaber til rådighed for rørets foring, navnlig i de tilfælde hvor de pågældende udvidelseskoefficienter ligger ganske tæt.

10 lldskydningsrørets yderkappe, der giver, røret dets nødvendige styrke og stivhed, er også vakuumplasmaformet. Kappen kan plasmasprøjtes meget tæt på dens endelige form, og således at den omfatter metalafsætninger til forskellige klemmer og monteringsmekanismer, nemlig ved at styre antallet af plasmasprøjtningspassager. Denne styring kan 15 udøves ved at udvikle et program for den relative bevægelse af plasmakanonen og dornen, når rørlagene dannes og afsættes på dornen.

En sort korrosionsbeskyttende beklædning kan påføres kappen for rør, som ikke kræver udvendig bearbejdning, altså f.eks. hvor der ikke skal være spændeflader, som skal udformes med snævre tolerancer.

20 Den sorte overflade bidrager til varmeudstråling til forbedring af rørets køling og indebærer også en begrænset korrosionsbeskyttelse.

1 tilfælde af, at métallet dannes med hulrum på grund af vakuum-piasmasprøjtningen, kan hulrummene reduceres eller undgås ved sekundære behandlinger af røret. En sådan behandling indebærer opvarmning 25 af røret til en forøget temperatur i et tidsrum, som konsoliderer rørets metal. På den anden side kan der også anvendes isostatisk presning med varm gas. For nogle rør kan der endvidere anvendes varm smedning til konsolidering af røret, efter at dette er dannet ved sprøjtning.

Efter at røret er konsolideret, fjernes dornen mekanisk eller opløses 30 kemisk-til efterladelse af en færdiggjort indvendig ildmodstandsdygtig overflade, som anvendes som rørforingens indvendige overflade.

En varmebehandling til tilvejebringelse af ønskede mekaniske egenskaber kan foretages på foringen og kappen efter fjernelsen af dornen. En sådan varmebehandling kan tildele den kombinerede rør-35 struktur bevægelser og fremme dens egenskaber.

En fordel ved den foreliggende opfindelse er, at den sammensatte struktur kan formes under anvendelse af kun to forskellige pulvere,

DK 161042 B

19 som fødes til plasmakanonen. Det ene pulver er det iidmodstandsdygtige metalpulver, og det andet er kappemetalpulveret. Endvidere kan røret dannes i én kontinuert plasmasprøjteoperation, der starter med det ildmodstandsdygtige metal for afsætning af foringen over dor-5 nens længde for derefter at skifte over til en pulverblanding af ild modstandsdygtigt pulver og kappemetalpulver til dannelse af mellemlaget, hvis et sådant ønskes, for derefter at skifte over til et pulver alene bestående af kappemateriale.

En større tykkelse af foringsmetal kan afsættes omkring dornens 10 kammerende eller omkring den del af dornen, hvor den største spæn ding vil blive udviklet baseret på rørets udformning og den anvendelse, der skal gøres af det.

En større foringstykkelse kan formes ved det afsnit af røret, hvor projektilet først møder riflingen, hvis riflingen er af en sådan art, at 15 den udvikler stor spænding i dette afsnit.

Afslidning og nedslidning af riflingen ved mundingsenden kan formindskes ved at forøge foringens tykkelse ved dette afsnit af røret.

Den indvendige foring kan hensigtsmæssigt have en tykkelse på mellem 0,13 og 0,50 mm, mellemlaget kan, hvis et sådant anvendes, 20 have en tykkelse på fra 0,03 til 0,50 mm, og kappen kan have en tykkelse, der varierer fra ca. 1 cm og til ca. 2 cm til anvendelse i forbindelse med småkalibret eller mellemkalibret ammunition.

Claims

DK 161042 B t Patentkrav. Våbenudskydningsrør, der har en lavtryksplasmaafsat foring af et ildmodstandsdygtigt materiale, og som har et lavtryksplasmaafsat 5 strukturlegeme af en legering, der danner en støttekappe til udskydningsrøret, hvilken kappe er metallurgisk bundet til ydersiden af foringen, hvilken legering er en legering af nikkel, aluminium og molybdæn, kendetegnet ved, at den pågældende legering indeholder en mængde aluminium og molybdæn, der svarer til en værdi, 10 som falder inden for kurve 1 i fig. 5, og at resten er nikkel, og at den nævnte legering har en 0,2% flydestyrke, der er større end 917 mpa ved temperaturer op til 660°C.