EP0349446A1 - Procédé de mise en forme directe et d'optimisation des caractéristiques mécaniques de projectiles perforants en alliage de tungstène à haute densité - Google Patents

Procédé de mise en forme directe et d'optimisation des caractéristiques mécaniques de projectiles perforants en alliage de tungstène à haute densité Download PDF

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EP0349446A1
EP0349446A1 EP89420225A EP89420225A EP0349446A1 EP 0349446 A1 EP0349446 A1 EP 0349446A1 EP 89420225 A EP89420225 A EP 89420225A EP 89420225 A EP89420225 A EP 89420225A EP 0349446 A1 EP0349446 A1 EP 0349446A1
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EP
European Patent Office
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blank
powders
axis
projectile
work hardening
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EP89420225A
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Jean-Claude Nicolas
Raymond Saulnier
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Cime Bocuze SA
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Cime Bocuze SA
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/045—Alloys based on refractory metals
    • 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

Definitions

  • This invention relates to a process for direct shaping and optimization of the mechanical characteristics of perforating projectiles made of high density tungsten alloy, in particular for military munitions.
  • the armor-piercing projectiles used in military weapons have undergone significant development in recent years.
  • the use of increasingly dense alloys on which an optimization of the mechanical characteristics has been sought, combined with an increase in the firing speed, has made it possible to obtain increasingly effective projectiles.
  • alloys there may be mentioned: - alloys based on depleted uranium with which one can obtain a density close to 19000 kg / m3 and good ductility and the use of which is made attractive by the need to find outlets for the stocks of depleted uranium generated by nuclear industry; - tungsten carbide with an addition of approximately 13% to 15% of Cobalt which however has the disadvantage of having a density of 14,000 kg / m3 insufficient for certain applications.
  • its low ductility can represent a handicap for crossing multiple targets; - tungsten-based alloys produced by powder metallurgy, that is to say tungsten with its usual impurities whose low ductility and always very delicate machining constitute a handicap for its implementation, but also tungsten with voluntary additions, for example of nickel, copper, iron, leading to alloys of the W-Ni-Cu and W-Ni-Fe type, the properties of which can be relatively well regulated according to their use.
  • W-Ni-Cu alloys with a density between 17,500 and 18,500 kg / m3 approximately which have an interesting average ductility when fragmentation of the projectile is sought but also and above all for W-Ni alloys.
  • Fe whose density can also be adjusted between 17,500 and 18,500 kg / m3 by acting on the tungsten content (93% to 97% in weight) and the ductility modified as a function of the Fe / Ni ratio.
  • W-Ni-Cu and W-Ni-Fe alloys also known as "heavy metals" calls for powder metallurgy.
  • the raw materials used consist of powders of each of the metals with a particle size of between 2 and 10 ⁇ m approximately. These are mixed in rotary devices, in particular, so as to obtain a homogeneous product whose analysis responds to the intended composition.
  • This mixture is then put into the form of blanks suitable for the desired application by an operation either of compression in a steel-shaped matrix, or of isostatic compression during which the powder placed in a rubber mold is subjected to the action of a compression fluid in a high pressure enclosure.
  • the alloys based on tungsten metal whose production process has just been described are likely to have good ductility: thanks to this property, it is possible to improve their elastic limit and their breaking load by working.
  • a blank made of an alloy containing by weight 93% W, 4.5% Ni and 2.5% Fe which after sintering at 1450 ° C has the following characteristics: - density: 17,500 kg / m3 - resistance to 0.2% elongation R p 0.2: 750 MPa - breaking strength Rm: 950 MPa - elongation in%: 25 has the following resistance values after homogeneous working under a cross-section reduction rate of around 18%: Rp 0.2: 1100 MPa Rm: 1250 MPa
  • Such a hardened material is used to make sub-calibrated projectiles intended for the perforation of armorings, because it has a high elastic limit capable of withstanding the stresses due to acceleration in the barrel where the exit speeds can reach 1400 to 1600 m /dry.
  • the blank is generally of cylindrical shape and the working obtained by hammering in the process. To give the blank the final profile of the projectile, it is then subjected to suitable machining.
  • the aim of this process is therefore to form perforating projectiles, in particular for military munitions, by work hardening of a compressed and sintered blank of a tungsten alloy comprising additions of metallic elements such as Fe, Ni, Cu, having an axis of revolution, of density at least equal to 17000 kg / m3, and it is characterized in that in order to simultaneously obtain the projectile in its final shape and with variable characteristics and locally adapted to the constraints of use , subjecting said rough, roughly shaped and appropriately shaped, to a work hardening treatment at a temperature between ambient and 500 ° C., according to a variable rate of reduction of section in a direction parallel to the axis of the draft.
  • tungsten alloy preferably chosen from alloys such as W-Ni-Cu and W-Ni-Fe. These metals are put in the form of blanks having an axis of revolution, that is to say that they are most often cylindrical or cylindro-conical. These blanks have a density at least equal to 17000 kg / cm3 and are obtained by powder metallurgy from tungsten, nickel, iron, copper powders which have been mixed, compacted in the form of blanks and sintered under hydrogen atmosphere between 1400 and 1600 ° C, that is to say under conditions which, joined to the nature of the alloy, make it possible to obtain ductile products which are not liable to deteriorate during work hardening.
  • This treatment is carried out on blanks either cold or after moderate preheating and not exceeding 500 ° C.
  • This reheating depends on the nature of the alloy and makes it possible to reduce for some of them the effort to be applied in order to obtain the desired work hardening rate.
  • this work hardening is adjusted in the different sections of the blank perpendicular to its axis of revolution according to a particular rate depending on the shape of the blank so as to obtain throughout the projectile adapted mechanical characteristics, that is to say optimized to the heterogeneous stresses undergone by the projectile during its active phases.
  • the reduction rate from the initial section S to the final section s of the blank defined by the ratio (S-s) / S x 100 can vary from 5% to 60%.
  • an object of the invention is to directly subject the rough rough workmanship and suitable shape to a work hardening treatment to obtain the final profile of the projectile
  • the method according to the invention applies in the same way to a blank of suitable shape obtained by machining a rough blank of development, generally of simple geometric shape, cylinder, parallelepiped ... according to the prior art.
  • part of the economic interest of the process which constitutes the elimination of the machining of the sintered blank before wrought is lost but without calling into question the essential object of the process and the advantages, in particular technological, who as a result.
  • the hardening operation is obtained by any suitable process, preferably by rotary hammering of the blank so as to develop mechanical characteristics exhibiting axial symmetry.
  • This hammering can be carried out by means of various devices such as for example a rotary and alternating hammering machine equipped with a shaping tool comprising at least two hammers.
  • a tool with 4 hammers whose profile is defined by the shape of the desired projectile.
  • the hammer striking rate is around 2000 to 2500 rounds per minute.
  • the hammers are made of high-speed steel but for large series, their development in tungsten carbide proves more judicious to control the phenomena of wear and the dimensional tolerances targeted on the projectile.
  • the blanks are preheated before hammering to a temperature between 250 ° C and 500 ° C depending on the materials involved and the hardening rates exerted.
  • the blank is introduced into the tooling by a pusher system allowing it to be kept between centers and ensuring, using a jack, the translation of the projectile in the axis of the tooling with a variable speed compatible with the constraints of shrinking exerted.
  • the stroke of the hammers can be precisely adjusted in order to obtain the target hardening rates and the dimensional tolerances required on the different parts of the projectile.
  • the dimensions on the diameter can be easily mastered with a tolerance of ⁇ 0.05mm.
  • Figures 1-2-3 correspond to Example 1, Figures 4-5-6 to Example 2 and Figures 7-8-9 to Example 3.
  • a mixture of powders is produced containing by weight: - 93% pure tungsten - 4.5% pure nickel - 2.5% pure iron.
  • a mixture of powders is produced containing by weight: - 95% pure tungsten - 3.2% pure nickel - 1.8% pure iron.
  • a high hardness was sought in the point of the projectile, a high elasticity in its middle part and a high ductility at the rear.
  • the striking hammers were made of high-speed steel.
  • the blanks were preheated to about 400 ° C before hammering.
  • the hammering operation was carried out in a single pass.
  • a heat treatment was then carried out, under argon, at approximately 860 ° C.
  • the evolution of the projectile shapes and the HV30 hardness, before and after hammering, is given in figs. 5 and 6.
  • a mixture of powders is produced containing by weight: - 96.85% pure tungsten - 2.15% pure nickel - 1.00% pure iron.
  • a maximum hardness was sought in the point of the projectile, high hardness combined with significant ductility in its middle part, maximum ductility at the rear.
  • the hammers were made of tungsten carbide. The blanks were preheated to about 450 ° C. The hammering operation was carried out in two successive passes. A heat treatment was then carried out under argon at about 450 ° C. The evolution of the projectile shapes and the HV30 hardness, before and after hammering, is given in figs. 8 and 9.

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Abstract

Cette invention concerne un procédé de mise en forme directe et d'optimisation des caractéristiques mécaniques de projectiles perforants. Ce procédé consiste à mettre en oeuvre une ébauche en métal lourd ductile, présentant un axe de révolution, de masse volumique au moins égale à 17000 kg/m³ et est caractérisé en ce que l'on soumet ladite ébauche, brute d'élaboration, à un traitement de corroyage à une température comprise entre l'ambiante et 500°C et suivant un taux variable dans une direction parallèle à l'axe de l'ébauche. Ce procédé trouve son application dans les munitions militaires.

Description

  • Cette invention est relative à un procédé de mise en forme directe et d'optimisation des caractéristiques mécaniques de projectiles perforants en alliage de tungstène à haute densité, notamment pour munitions militaires.
  • Les projectiles perforants utilisés dans les armes militaires ont subi une évolution importante durant ces dernières années.
    L'utilisation d'alliages de plus en plus denses sur lesquels a été recher­chée une optimisation des caractéristiques mécaniques combinée à une augmentation de la vitesse de tir, a permis d'obtenir des projectiles de plus en plus efficaces.
  • Parmi les alliages, on peut citer :
    - les alliages à base d'uranium appauvri avec lesquels on peut obtenir une masse volumique voisine de 19000 kg/m³ et une bonne ductilité et dont l'utilisation est rendue attractive par la nécessité de trouver des débouchés aux stocks d'uranium appauvri générés par l'industrie nucléaire;
    - le carbure de tungstène avec un ajout d'environ 13% à 15% de Cobalt qui a cependant l'inconvénient d'avoir une masse volumique de 14000 kg/m³ insuffisante pour certaines applications. Par ailleurs, sa faible ductilité peut représenter un handicap pour traverser des cibles multi­ples;
    - les alliages à base de tungstène élaborés par métallurgie des poudres, c'est-à-dire le tungstène avec ses impuretés habituelles dont la faible ductilité et l'usinage toujours très délicat constituent un handicap pour sa mise en oeuvre, mais aussi le tungstène avec des ajouts volontai­res par exemple de nickel, cuivre, fer, conduisant aux alliages de type W-Ni-Cu et W-Ni-Fe dont les propriétés peuvent être relativement bien réglées en fonction de leur utilisation. C'est le cas pour les alliages W-Ni-Cu de masse volumique comprise entre 17500 et 18500 kg/m³ environ qui ont une ductilité moyenne intéressante lorsqu'une fragmenta­tion du projectile est recherchée mais aussi et surtout pour les alliages W-Ni-Fe dont la masse volumique peut être ajustée également entre 17500 et 18500 kg/m³ en agissant sur la teneur en tungstène (93% à 97% en poids) et la ductilité modifiée en fonction du rapport Fe/Ni.
  • L'obtention d'alliages W-Ni-Cu et W-Ni-Fe dénommés aussi "métaux lourds" fait appel à la métallurgie des poudres. Les matières premières utilisées sont constituées par des poudres de chacun des métaux de granulométrie comprise entre 2 et 10 µm environ. Celles-ci sont mélangées dans des appareils rotatifs, notamment, de manière à obtenir un produit homogène dont l'analyse répond à la composition visée.
  • Ce mélange est ensuite mis sous forme d'ébauches de profil convenable à l'application recherchée par une opération soit de compression dans une matrice de forme en acier, soit de compression isostatique au cours de laquelle la poudre placée dans un moule en caoutchouc est soumise à l'action d'un fluide de compression dans une enceinte à haute pression.
  • Ces ébauches sont poreuses, de faible densité et fragiles et il est néces­saire de les soumettre à une densification qui s'effectue par frittage entre 1400 et 1600°C environ dans des fours sous atmosphère d'hydrogène. Au cours de cette opération une phase ternaire constituée par les trois métaux en présence se forme par diffusion et devient liquide. Ce liquide enrobe les grains de tungstène et permet une densification complète de l'alliage par un retrait dimensionnel notable de l'ébauche.
  • Les alliages à base de tungstène métal dont on vient de décrire le procédé d'obtention sont susceptibles de présenter une bonne ductilité : grâce à cette propriété, il est possible d'améliorer par corroyage leur limite élastique et leur charge de rupture.
    C'est ainsi par exemple qu'une ébauche réalisée en un alliage contenant en poids 93% W, 4,5% Ni et 2,5% Fe qui possède après frittage à 1450°C les caractéristiques suivantes :
    - masse volumique : 17 500 kg/m³
    - résistance à 0,2% d'allongement Rp 0,2 : 750 MPa
    - résistance à la rupture Rm : 950 MPa
    - allongement en % : 25
    présente, après un corroyage homogène sous un taux de réduction de la section de 18% environ, les valeurs de résistance suivantes :
    Rp 0,2 : 1100 MPa
    Rm : 1250 MPa
  • Un tel matériau écroui est utilisé pour réaliser des projectiles sous calibrés destinés à la perforation des blindages, car il possède une haute limite élastique capable de résister aux contraintes dues à l'accélé­ration dans le canon où les vitesses de sortie peuvent atteindre 1400 à 1600 m/sec.
  • Dans ce type d'application, l'ébauche est généralement de forme cylindrique et le corroyage obtenu par martelage au défilé. Pour donner à l'ébauche le profil définitif du projectile, on lui fait alors subir un usinage convenable.
  • Un tel procédé a été décrit dans l'US 3 979 234. Il y est dit que les projectiles en W-Ni-Fe de composition en poids : 85-90% W et telle que Ni/Fe est compris entre 5,5 et 8,2, sont obtenus par compression de poudre, frittage, corroyage avec un taux de réduction de 20% puis usinage final de l'ébauche corroyée. L'invention indique qu'il est ainsi possible d'obtenir une dureté RockwellC de 42 uniforme à plus ou moins une unité près.
  • Il faut cependant faire remarquer qu'un tel procédé présente deux inconvé­nients majeurs :
    - d'une part, les opérations d'usinage de l'ébauche après frittage et après corroyage conduisent à une perte relativement importante de matière chère ce qui grève fortement le prix de revient des projectiles sans parler du coût de la main-d'oeuvre qu'elle nécessite;
    - d'autre part, l'homogénéité des propriétés des projectiles n'est pas toujours souhaitable. En effet, ces derniers sont soumis au cours de leur utilisation à des sollicitations différentes qui sont :
    . des contraintes mécaniques par choc lors du chargement à cadence rapide dans la culasse du canon
    . des contraintes élastiques très élevées pendant la phase d'accélération dans le canon
    . des contraintes diverses lors de l'impact sur la cible qui peut être composée de couches de matériaux différents et qui provoquent des phéno­mènes de compression, d'écrouissage et d'élévation de températures.
  • Par ailleurs, il est souhaitable que dans la phase finale de perforation, les projectiles puissent se fragmenter afin d'accroître leur capacité de destruction.
  • Pour toutes ces raisons, il est intéressant de disposer de projectiles présentant des zones aux caractéristiques métallurgiques différentes et optimisées de façon à répondre au mieux aux sollicitations spécifiques auxquelles ils seront soumis localement.
  • C'est pourquoi la demanderesse a cherché et mis au point un procédé qui permette de remédier aux deux inconvénients précités.
  • Ce procédé a donc pour but la mise en forme de projectiles perforants, notamment pour munitions militaires, par écrouissage d'une ébauche comprimée et frittée d'un alliage de tungstène comportant des ajouts d'éléments métalliques tels que Fe, Ni, Cu, présentant un axe de révolution, de masse volumique au moins égale à 17000 kg/m³, et il est caractérisé en ce que dans le but d'obtenir simultanément le projectile à sa forme définitive et avec des caractéristiques variables et adaptées localement aux contraintes d'utilisation, on soumet ladite ébauche, brute d'élaboration et de forme appropriée, à un traitement d'écrouissage à une température comprise entre l'ambiante et 500°C, suivant un taux variable de réduction de section dans une direction parallèle à l'axe de l'ébauche.
  • Ainsi, selon l'invention, on met en oeuvre un alliage de tungstène de préférence choisi parmi les alliages tels que les W-Ni-Cu et les W-Ni-­Fe.
    Ces métaux sont mis sous forme d'ébauches présentant un axe de révolution c'est-à-dire qu'elles sont le plus souvent cylindriques ou cylindro-coni­ques.
    Ces ébauches ont une masse volumique au moins égale à 17000 kg/cm³ et sont obtenues par métallurgie des poudres à partir de poudres de tungstène, de nickel, de fer, de cuivre qui ont été mélangées, compactées sous forme d'ébauches et frittées sous atmosphère d'hydrogène entre 1400 et 1600°C, c'est-àdire dans des conditions qui jointes à la nature de l'alliage permettent d'obtenir des produits ductiles qui ne risquent pas de se dégrader lors de l'écrouissage.
  • Mais ce qui caractérise l'invention, c'est que les ébauches brutes d'élabora­tion, c'est-à-dire obtenues après frittage sans aucun usinage préalable destiné à leur donner le profil définitif du projectile, sont soumises à un traitement d'écrouissage.
  • Ce traitement s'opère sur des ébauches soit à froid, soit après réchauffage préalable modéré et ne dépassant pas 500°C. Ce réchauffage dépend de la nature de l'alliage et permet de réduire pour certains d'entre eux l'effort à appliquer pour obtenir le taux d'écrouissage souhaité.
  • Dans ces conditions, le matériau qui les constitue étant relativement ductile se prête bien à la déformation et on peut ainsi donner le profil définitif au projectile sans avoir recours initialement à un usinage et lui conférer en même temps une résistance mécanique beaucoup plus élevée.
  • Toutefois, à la différence de l'art antérieur, cet écrouissage est réglé dans les différentes sections de l'ébauche perpendiculaires à son axe de révolution suivant un taux particulier dépendant de la forme de l'ébau­che de manière à obtenir tout au long du projectile des caractéristiques mécaniques adaptées c'est-à-dire optimisées aux contraintes hétérogènes subies par le projectile au cours de ses phases actives. Ainsi, le taux de réduction de la section initiale S à la section finale s de l'ébauche défini par le rapport (S-s)/S x 100 peut varier de 5% à 60%.
  • Si un objet de l'invention est de soumettre directement à un traitement d'écrouissage l'ébauche brute d'élaboration et de forme appropriée pour obtenir le profil définitif du projectile, le procédé selon l'invention s'applique de la même façon à une ébauche de forme appropriée obtenue par usinage d'une ébauche brute d'élaboration, généralement de forme géométrique simple, cylindre, parallélépipède... selon l'art antérieur. Dans ce cas, une partie de l'intérêt économique du procédé que constitue la suppression de l'usinage de l'ébauche frittée avant corroyage est perdue mais sans remettre en cause pour autant l'objet essentiel du procédé et les avantages, notamment technologiques, qui en découlent.
  • Quant au fait de ne pas usiner après écrouissage, outre l'intérêt qu'il présente d'éviter des frais de main-d'oeuvre et d'entretien de matériel et des pertes en matériau relativement cher, il permet de maintenir à la surface du projectile des couches superficielles en compression ce qui améliore fortement sa résistance aux différentes sollicitations élastï­ques.
  • L'opération d'écrouissage est obtenue par tout procédé approprié de préfé­rence par un martelage rotatif de l'ébauche de façon à développer des caractéristiques mécaniques présentant une symétrie axiale.
  • Ce martelage peut être réalisé au moyen de différents dispositifs tels que par exemple une machine de martelage rotatif et alternatif équipée d'un outillage de mise en forme comportant au moins deux marteaux.
  • Ainsi, on peut utiliser, par exemple, un outillage à 4 marteaux dont le profil est défini par la forme du projectile souhaité.
    La cadence de frappe des marteaux est d'environ de 2000 à 2500 coups par minute.
    Les marteaux sont réalisés en acier rapide mais pour des séries importan­tes, leur élaboration en carbure de tungstène s'avère plus judicieuse pour maîtriser les phénomènes d'usure et les tolérances dimensionnelles visées sur le projectile.
    Pour limiter l'effort de la machine, les ébauches sont préchauffées avant martelage à une température comprise entre 250°C et 500°C suivant les matériaux concernés et les taux d'écrouissage exercés.
    L'ébauche est introduite dans l'outillage par un système de poussoir permettant de la maintenir entre pointes et assurant, à l'aide d'un vérin, la translation du projectile dans l'axe de l'outillage avec une vitesse variable compatible avec les contraintes de rétreint exercées.
  • La course des marteaux peut être réglée avec précision afin d'obtenir les taux d'écrouissage visés et les tolérances dimensionnelles exigées sur les différentes parties du projectile. Les cotes sur le diamètre peuvent être maîtrisées sans difficulté avec une tolérance de ± 0,05mm.
  • Afin d'apprécier les variations obtenues dans les caractéristiques mécani­ques en fonction du taux d'écrouissage, on donne ci-dessous dans le Tableau I les résultats, obtenus sur des éprouvettes de 15mm de diamètre correspon­dant à 3 types d'alliages de tungstène, de mesure de dureté Vickers HV30 en fonction des points de mesure par rapport à l'axe du barreau. TABLEAU I
    All.W-Ni-Fe(93% W) All.W-Ni-Fe(95% W) All.W-Ni-Fe(97% W)
    Taux de corroyage Taux de corroyage Taux de corroyage
    6% 10% 15% 6% 1% 15% 6% 10% 15%
    Distance à l'axe en mm Dureté HV30 Dureté HV30 Dureté HV30 Dureté HV30 Dureté HV30 Dureté HV30 Dureté HV30 Dureté HV30 Dureté HV30
    0 400 435 476 422 457 487 436 476 527
    2 412 442 481 429 464 492 441 482 532
    5 422 454 486 438 471 498 467 494 538
    7 438 476 499 459 484 519 489 508 550
  • On constate que :
    - l'évolution de la dureté est une fonction directe de la concentration en tungstène de l'alliage d'une part, et du taux d'écrouissage appliqué, d'autre part.
    - à l'intérieur du matériau, la dureté respecte une fonction croissante allant du centre de l'éprouvette aux couches extérieures superficielles.
    - cette évolution du centre vers le bord n'est pas linéaire mais devient plus rapide en périphérie et ceci d'autant plus que le taux de corroyage appliqué est élevé. Pour les trois types d'alliages considérés, on constate que :
    . Pour un taux de corroyage de 6%, l'écart moyen HV30 de 0 à 5 mm est supérieur à celui de 5 à 7 mm,
    . alors qu'il lui est équivalent pour un taux de corroyage de 10%,
    . et qu'il lui est inférieur pour un taux de corroyage de 15%
    ce que confirme l'intérêt de ne pas éliminer ou détériorer, par usinage, les couches superficielles du matériau obtenues après écrouissage.
  • L'invention peut être illustrée à l'aide des 3 exemples d'application suivants qui seront mieux compris à l'aide des 9 figures ci-jointes.
  • Ces figures représentent des coupes axiales des ébauches avant et après martelage sur lesquelles sont indiquées les valeurs de dureté mesurée en différents points ainsi que le profil de l'outillage utilisé pour le martelage.
  • Les figures 1-2-3 correspondent à l'Exemple 1, les figures 4-5-6 à l'Exemple 2 et les figures 7-8-9 à l'Exemple 3.
    • EXEMPLE 1 : Alliage de tungstène-nickel-fer à 93% de Tungstène
  • On réalise un mélange de poudres contenant en poids :
    - 93 % de tungstène pur
    - 4,5 % de nickel pur
    - 2,5 % de fer pur.
  • Les ébauches sont obtenues par compression isostatique à 2000 bars du mélange de poudre dans des moules de forme homothétique à celle représentée fig.2. Elles sont ensuite placées sur des plateaux en alumine et frittées dans un four de passage sous atmosphère d'hydrogène à 1460°C.
    Après un traitement des ébauches sous vide à 1100°C, on note sur des éprouvettes les caractéristiques suivantes :
    - Rp 0,2 = 750 MPa environ
    - Rm = 950 MPa environ
    - A % = 25 environ
    - masse volumique = 17600 kg/m³ environ.
  • On procède ensuite à la mise en forme dans une machine à marteler à 4 marteaux dont le profil est représenté sur la fig.1.
  • Dans cet exemple, on a cherché à obtenir une dureté élevée à l'avant du projectile (pointe), une bonne ductilité dans la partie médiane du projectile et une aptitude à la fragmentation dans la partie arrière du projectile.
    Les marteaux de frappe ont été réalisés en acier rapide.
    Les ébauches ont été préchauffées à environ 350°C avant martelage.
    Pour limiter les contraintes d'écrouissage, l'opération a été exécutée en deux passages successifs entre les marteaux.
    Les outillages ont été réglés, lors du premier passage, à un taux de réduction d'environ 25% sur les sections les plus écrouis.
    Après le deuxième passage, on a procédé à un traitement thermique, sous argon, à environ 550°C.
    L'évolution des formes du projectile et de la dureté HV30 avant et après martelage, est donnée sur les fig. 2 et 3.
    • EXEMPLE 2 : Alliage de tungstène-nickel-fer à 95% de W
  • On réalise un mélange de poudres contenant en poids :
    - 95% de tungstène pur
    - 3,2 % de nickel pur
    - 1,8 % de fer pur.
  • Les ébauches sont comprimées dans une enceinte isostatique à 2000 bars dans des moules de forme en caoutchouc homothétique de la forme de l'ébau­che représentée fig.4.
    Elles sont ensuite frittées dans un four à passage sous hydrogène à 1510°C. Après traitement des ébauches sous vide à 1100°C, on obtient sur éprouvet­tes les caractéristiques suivantes :
    - Rp 0,2 = 720 MPa environ
    - Rm = 940 MPa environ
    - A % = 25 % environ
    - masse volumique = 18000 kg/m³ environ.
  • On procède ensuite à l'opération du martelage en utilisant la machine citée dans l'Exemple I. Le profil des marteaux adapté à ce type de projec­tile est défini par la fig.4.
  • Dans cet exemple, on a recherché une dureté élevée dans la pointe du projectile, une élasticité élevée dans sa partie médiane et une ductilité élevée à l'arrière.
    Les marteaux de frappe ont été réalisés en acier rapide.
    Les ébauches ont été préchauffées à environ 400°C avant martelage.
    L'opération de martelage a été exécutée en un seul passage.
    On a procédé ensuite à un traitement thermique, sous argon, à environ 860°C.
    L'évolution des formes du projectile et de la dureté HV30, avant et après martelage, est donnée sur les fig. 5 et 6.
    • EXEMPLE 3 : Alliage de tungstène-nickel-fer à 98% de W
  • On réalise un mélange de poudres contenant en poids :
    - 96,85% de tungstène pur
    - 2,15% de nickel pur
    - 1,00 % de fer pur.
  • Les ébauches sont comprimées dans une enceinte isostatique à 2000 bars dans des moules de forme en caoutchouc dont la forme est homothétique de l'ébauche représentée fig.7.
    Elles sont ensuite frittées dans un four à passage sous hydrogène à 1600°C. Après un traitement sous vide à 1100°C, on obtient sur éprouvettes les caractéristiques suivantes :
    - Rp 0,2 = 740 MPa environ
    - Rm = 960 MPa environ
    - A % = 17 environ
    - masse volumique = 18500 kg/m³ environ.
  • On procède ensuite à l'opération de martelage en utilisant la machine citée dans l'Exemple I. Le profil des marteaux adapté à ce type de noyau est défini par la fig.7.
  • Dans cet exemple, on a recherché une dureté maximum dans la pointe du projectile, une dureté élevée combinée avec une ductilité importante dans sa partie médiane, une ductilité maximum à l'arrière.
    Les marteaux de frappe ont été réalisés en carbure de tungstène.
    Les ébauches ont été préchauffées à environ 450°C.
    L'opération de martelage a été exécutée en deux passes successives.
    On a procédé ensuite à un traitement thermique sous argon à environ 450°C. L'évolution des formes du projectile et de la dureté HV30, avant et après martelage, est donnée sur les fig. 8 et 9.
  • On peut constater que l'opération de martelage a permis d'augmenter les valeurs des duretés et de les rendre hétérogènes notamment le long du projectile.

Claims (6)

1. Procédé de mise en forme de projectiles perforants, notamment pour munitions militaires, par écrouissage d'une ébauche comprimée et frittée d'un alliage de tungstène comportant des ajouts d'éléments métalliques tels que Fe, Ni, Cu, présentant un axe de révolution, de masse volumique au moins égale à 17000 kg/m³, caractérisé en ce que dans le but d'obtenir simultanément le projectile à sa forme définitive et avec des caractéristiques variables et adaptées localement aux contraintes d'utilisation, on soumet ladite ébauche, brute d'élaboration et de forme appropriée, à un traitement d'écrouissage à une température comprise entre l'ambiante et 500°C, suivant un taux variable de réduction de section dans une direction parallèle à l'axe de l'ébauche.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ébauche brute d'élaboration et de forme appropriée est une ébauche obtenue à partir d'un mélange de poudres appartenant au groupe constitué par les poudres de W-Ni-Fe et W-Ni-Cu, qui a été comprimée dans un moule de forme puis frittée sous hydrogène entre 1400°C et 1600°C.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ébauche brute d'élaboration et de forme appropriée est une ébauche obtenue à partir d'un mélange de poudres, appartenant au groupe constitué par les poudres de W-Ni-Fe et W-Ni-Cu, qui a été comprimée dans un moule suivant une forme géométrique simple telle que cylindrique ou parallèlépipédique puis usinée.
4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le taux de réduction de section dans une direction parallèle à l'axe de l'ébauche peut varier de 5% à 60%.
5. Procédé selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que le traitement d'écrouissage par réduction de section est obtenu par un martelage rotatif.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le martelage rotatif est obtenu au moyen d'une marteleuse à effet rotatif alternatif équipée d'un outillage de mise en forme comportant au moins deux marteaux.
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