EA026966B1

EA026966B1 - Бронебойная пуля

Info

Publication number: EA026966B1
Application number: EA201400296A
Authority: EA
Inventors: Артур Игоревич Покровский
Original assignee: Государственное Научное Учреждение "Физико-Технический Институт Национальной Академии Наук Беларуси"
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2017-06-30
Also published as: EA201400296A1

Abstract

Изобретение относится к боеприпасам для пехотного стрелкового оружия и может быть использовано для поражения целей, защищенных баллистическими экранами. Задачей заявляемого изобретения является повышение пробивного действия пули. Поставленная задача решается тем, что в бронебойной пуле, содержащей оболочку с последовательно расположенными в ней бронебойным сердечником и сердечником из свинца, в качестве материала бронебойного сердечника используют деформированный высокопрочный чугун, а ось сердечника ориентируют в направлении параллельном вытянутым графитным включениям в структуре чугуна, а также тем, что бронебойный сердечник содержит антиадгезионное покрытие, например, собственный оксид. Сущность заявляемого технического решения заключается в использовании анизотропии свойств деформированного высокопрочного чугуна и снижения сил адгезии между бронебойным сердечником и оболочкой.

Description

Заявляемое изобретение относится к боеприпасам для пехотного стрелкового оружия и может быть использовано для поражения целей, защищенных баллистическими экранами.

Известна пуля для гладкоствольного охотничьего ружья, содержащая корпус грибовидной формы, состоящий из головной части с боковой цилиндрической поверхностью и хвостовика, и пыжстабилизатор [1].

Недостатком данной пули является низкое пробивное действие, обусловленное невысокой твердостью материала пули.

Традиционным способом повышения пробивного действия боеприпасов данного вида является повышение твердости материала, из которого они изготовлены. Однако такое повышение может быть лишь незначительным, поскольку при превышении некоторого относительно небольшого предела ее движение в стволе оружия становится крайне затруднительным из-за высокого трения. Поэтому наибольшее распространение получили пули, содержащие твердый сердечник и относительно мягкую оболочку.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению, его прототипом, является бронебойная пуля, содержащая оболочку с последовательно размещенными в ней стальным и свинцовым сердечниками, причем стальной сердечник изготовлен из стали с твердостью НКС_э>60 [2]. Твердый сердечник обеспечивает требуемое пробивное действие, а более тяжелый свинцовый служит для повышения кинетической энергии пули. В качестве материала сердечника используется сталь У10А.

Недостатком прототипа является также относительно невысокое пробивное действие, обусловленное особенностями кристаллической структуры материала стального сердечника. Как следует из описания прототипа, сердечник изготавливают путем холодной штамповки с последующей механической обработкой и закалкой. Такой процесс характеризуется неуправляемой анизотропией структуры и механических характеристик обрабатываемого материала, в частности, его твердости. Известно, что твердость является функцией кристаллической структуры материала, которая зависит от многих параметров, в том числе от характера его пластического течения в процессе штамповки. В связи с удлиненной формой сердечника его штамповка экономически наиболее эффективна в направлении, перпендикулярном оси сердечника. Поскольку направление пластического течения совпадает с направлением деформации, т.е. преимущественно перпендикулярно оси сердечника, то максимальная твердость достигается на локальных участках на боковой поверхности пули и зависит от конструкции штампа. Таким образом, направление максимальной твердости сердечника не совпадает с его геометрической осью, что не позволяет добиться максимально высокого пробивного действия.

Другим недостатком прототипа является образование адгезионных связей между оболочкой и бронебойным сердечником, что обусловлено сравнительно высокой смачиваемостью материала сердечника свинцом. При ударе пули для раскрытия оболочки и освобождения сердечника требуется затратить часть кинетической энергии на разрыв адгезионных связей, что по энергозатратам приближается к пробиванию свинцовой пластины некоторой толщины. Это приводит к дополнительному нагреву пули и снижению пробивного действия.

Задачей заявляемого изобретения является повышение пробивного действия пули.

Поставленная задача решается тем, что в бронебойной пуле, содержащей оболочку с последовательно расположенными в ней бронебойным сердечником и сердечником из свинца, в качестве материала бронебойного сердечника используют деформированный высокопрочный чугун, а ось сердечника ориентируют в направлении параллельном вытянутым графитным включениям в структуре чугуна, а также тем, что бронебойный сердечник содержит антиадгезионное покрытие, например, собственный оксид.

Сущность заявляемого технического решения заключается в использовании анизотропии свойств деформированного высокопрочного чугуна и снижения сил адгезии между бронебойным сердечником и оболочкой.

Значение твердости НВ литых заготовок высокопрочного чугуна, например марок ВЧ 100-4 и ВЧ 120-4, в соответствии с ГОСТ 7293-70 может составлять до 369 единиц, что в ~1, 9 раза выше, чем у стали У10А (см. ГОСТ 1435-99). Уже только один этот факт позволяет заметно повысить пробивную способность пули. Дальнейшее повышение твердости сердечника достигается за счет модификации кристаллической структуры чугуна горячей пластической деформацией. Литые заготовки чугуна относительно изотропны, а деформированному высокопрочному чугуну присуща ярко выраженная анизотропия физико-механических свойств. Ключевой характеристикой в данном случае является твердость, которая может отличаться, как показывают экспериментальные результаты, до 1,4 раз в зависимости от направления вытяжки. Именно этот фактор положен в основу выбора материала сердечника и ориентации его оси относительно направления деформации. Известно использование и других, более твердых материалов для изготовления бронебойного сердечника, например, спеченных карбидов металлов [3]. Однако по совокупности свойств и стоимости деформируемый высокопрочный чугун является более предпочтительным.

Отличительной особенностью исходной литой структуры высокопрочного чугуна является наличие шаровидных графитных включений в металлической матрице. В процессе деформации эти включения вытягиваются и приобретают веретенообразную форму с расположением главной оси этих включений

- 1 026966 вдоль направления деформации. Изменения в структуре металлической матрицы чугуна, определяющие анизотропию твердости, выявить значительно сложнее, чем изменение формы графитных включений, однако характер и направления этих изменений полностью совпадают. Поэтому в качестве отличительного признака заявляемого технического решения была выбрана ориентация именно графитных включений.

При горячей пластической деформации прутков чугуна методом выдавливания или прессования в условиях радиального сжатия шаровидные графитные включения и зерна металлической матрицы вытягиваются в направлении выдавливания. После выдавливания площадь зерен металлической матрицы и графитных включений в поперечном сечении заготовки сердечника значительно уменьшается, что приводит к существенному увеличению твердости в осевом направлении. Экспериментально установлено, что увеличение твердости в осевом направлении по сравнению с литыми заготовками составляет 30-40%. Именно этот факт используется для выбора ориентации оси бронебойного сердечника. Кроме того, чугун известен как материал для изготовления различных подшипников скольжения. Это обусловлено его высокими антифрикционными свойствами за счет наличия включений графита. В данном случае графит также действует как смазка при проникновении сердечника в материал баллистического экрана, что дополнительно повышает глубину поражения.

Металлические поверхности характеризуются, как правило, хорошей адгезией друг к другу за счет высокой химической активности контактирующих металлов, обусловленных наличием большого количества свободных электронов. Связывание этих электронов с образованием инертных химических соединений, например, собственных оксидов, препятствует взаимодействию контактирующих металлов и образованию адгезионных связей. Это препятствует смачиванию поверхности бронебойного сердечника материалом оболочки, в качестве которого наиболее часто используют свинец, и значительно облегчает раскрытие оболочки. Она соскальзывает с сердечника в начальный момент удара о препятствие, не снижая его кинетическую энергию, которая в случае прототипа тратится на разрушение адгезионных связей и нагрев. Толщина покрытия не играет существенной роли, поскольку смачиваемость поверхности не зависит от толщины покрытия. Оксидный материал покрытия предпочтительнее на том основании, что он практически не смачивается свинцом и может быть легко синтезирован на поверхности сердечника, например, путем химической обработки при комнатной температуре. При использовании других оболочек, например из полимерных материалов, пленка оксида ввиду своей химической инертности также является хорошим антиадгезивом и обеспечивает хорошее раскрытие оболочки при ударе пули. При этом форма оболочки (сплошная, с открытой носовой частью и др.) не влияет на функциональность оксидного покрытия. Могут быть использованы и другие антиадгезионные покрытия, например карбиды, также облегчающие раскрытие оболочки при ударе пули. Однако получение таких покрытий требует больших материальных затрат по сравнению с оксидными.

Сущность заявляемого технического решения поясняется фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 схематически изображено поперечное сечение заявляемой пули, а на фиг. 2 - фотография травленого шлифа, выполненного в продольном направлении заявляемой пули.

Цифрами и буквами на фиг. 1 и 2 обозначены:

- оболочка;

- бронебойный сердечник;

- деформированные графитные включения высокопрочного чугуна;

- свинцовый сердечник;

- антиадгезионное покрытие;

- деформированная металлическая матрица высокопрочного чугуна; О-О*- ось бронебойного сердечника.

Как видно из фиг. 1, заявляемая пуля состоит из оболочки 1 с последовательно расположенными в ней бронебойным сердечником 2 с ориентацией графитных включений 3 вдоль оси О-О* и свинцовым сердечником 4. Бронебойный сердечник покрыт антиадгезионным слоем 5.

Заявляемая пуля работает следующим образом. При взаимодействии летящей пули с баллистическим экраном в первый момент времени разрушается ее оболочка и бронебойный сердечник начинает воздействовать на защитный материал. Свинцовый сердечник, расположенный за бронебойным, вследствие своей большей массы передает свою кинетическую энергию бронебойному. В следующий момент времени оболочка пули раскрывается, и бронебойный сердечник проникает внутрь баллистического экрана, разрушает его и выходит с обратной стороны. Поскольку оболочка 1 имеет крайне низкую адгезию к оксидному покрытию 5, на ее раскрытие не требуется разрыва адгезионных связей по всей площади бронебойного сердечника, как в случае прототипа. Поэтому ее раскрытие облегчено, потери кинетической энергии пули при этом минимальны. Твердость материала сердечника заявляемой пули благодаря продольной ориентации графитных включений более высока по сравнению с прототипом, поэтому пробивное действие заявляемой пули при прочих равных условиях значительно повышается. Высокие механические характеристики деформированного высокопрочного чугуна дают ему заметное преимущество по сравнению с другими высокотвердыми материалами.

Пробивное действие заявляемой пули оценивали при выстреле по броне-элементам 5 класса. В ка- 2 026966 честве критерия оценки была выбрана максимальная дальность поражения цели. В качестве бронебойного сердечника использовали деформированный высокопрочный чугун марок ВЧ-100 и ВЧ-120 после горячей пластической деформации со степенью 60-80% в условиях радиального сжатия. Для придания требуемой формы деформированные чугунные заготовки подвергали механической обработке. Оболочку пули калибра 7,62 мм, как и второй сердечник, изготавливали из свинца. Оксидное покрытие на поверхности сердечника получали путем химической обработки в окислительной среде. Измеренные значения толщины оксида составили от 0,005 до 0,1 мкм. Результаты испытаний приведены в таблице.

Влияние характеристик бронебойного сердечника на его пробивное действие

№ п/п	Материал сердечника	Степень деформации, %	Ориентация оси графитных включений	Наличие покрытия	Дальность, м
1	ВЧ-100	60	вдоль оси пули	есть	700-750
2	ВЧ-100	80	вдоль оси пули	есть	700-750
3	ВЧ-100	80	перпендикулярно оси пули	нет	500-550
4	ВЧ-120	60	вдоль оси пули	есть
5	ВЧ-120	80	вдоль оси пули	нет	650-700
6	ВЧ-120	60	перпендикулярно оси пули	нет	500-550
7	У10А (прототип)	—	—	—	500

Из приведенных данных видно, что заявляемая пуля в совокупности заявляемых признаков по сравнению с прототипом обеспечивает пробивное действие на заметно большем расстоянии.

Источники информации:

1. Авт. св. СССР 1141293. Полев В.В. Пуля Полева. МПК Р42В 11/02. Опублик. 23.02.85.

2. Патент РФ 2133441. Бобров В.М., Веронский Д.И., Дворянинов В.Н., Зубачев В.И., Щитов В.Н., Ульянин Н.Я. Бронебойная пуля. МПК Р42В 12/06. Опублик. 20.07.1999 (прототип).

3. Патент ЕА 005726В1. Либра Властимил. Бронебойная пуля и способ ее изготовления. МПК Е42В 12/06, Е42В 12/34. Опублик. 30.06.2005 г.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Бронебойная пуля, содержащая оболочку с последовательно расположенными в ней бронебойным сердечником и сердечником из свинца, отличающаяся тем, что бронебойный сердечник выполнен из высокопрочного чугуна, подвергнутого деформации, а его ось ориентирована параллельно вытянутым графитным включениям в структуре чугуна.
2. Бронебойная пуля по п.1, отличающаяся тем, что бронебойный сердечник содержит антиадгезионное покрытие, например собственный оксид.