EP1003008B1 - Verfahren zur Herstellung eines innenseitig mit einer Hartchromschicht versehenen Waffenrohres - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines innenseitig mit einer Hartchromschicht versehenen Waffenrohres Download PDF

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EP1003008B1
EP1003008B1 EP99116455A EP99116455A EP1003008B1 EP 1003008 B1 EP1003008 B1 EP 1003008B1 EP 99116455 A EP99116455 A EP 99116455A EP 99116455 A EP99116455 A EP 99116455A EP 1003008 B1 EP1003008 B1 EP 1003008B1
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chromium layer
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barrel
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Hartmut Wagner
Horst Reckeweg
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    • F41—WEAPONS
    • F41A—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A21/00—Barrels; Gun tubes; Muzzle attachments; Barrel mounting means
    • F41A21/22—Barrels which have undergone surface treatment, e.g. phosphating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • C21D9/12—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes barrels for ordnance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a Gun barrel provided with a hard chrome layer on the inside.
  • GB 810 494 A describes a method for producing a hard chrome layer on the inside provided gun barrel known, in which the chrome layer of a heat treatment between 450 and 800 ° C. Such a heat treatment in this temperature range leads to a structural recovery and an associated Decrease in hardness of the chrome layer. A structural change (recrystallization) of the chrome layer is not reached at these temperatures.
  • From US-A-4 622 080 is also a method for introducing a field / train geometry known in a gun barrel, the tube material after the forging process on a Temperature above the recrystallization temperature of the pipe material is heated. At the same time as this heating, a chrome coating of the pipe material can contribute approx. 1000 ° C (i.e. chrome plating from the gas phase).
  • the present invention is based on the object of a method for producing a weapon barrel specify, the inside of the chrome layer compared to conventional hard chrome layers has improved thermal shock resistance.
  • the invention is based on the idea of the electrodeposited hard chrome layer thermal treatment before the intended use of the weapon barrel.
  • the temperature is chosen so that the galvanic deposition forming chrome crystals are recrystallized, so that a recrystallization structure of ferritic Type results. This leads to a substantial reduction in hardness and thus to an improvement the ductility of the chrome layer.
  • Temperatures above 500 ° C are required for the recrystallization of the hard chrome layer, whereby the duration of the action of the heat treatment on the chrome layer can be chosen in this way must have a negative impact on the base material the gun barrel is avoided.
  • the temperature of the base material should not exceed 300 ° C.
  • Heating the hard chrome layer to a temperature above 500 ° C taking into account the fact that the Base material of the gun barrel must not be above 300 ° C, can be advantageously by brief exposure the hard chrome layer with light from a power laser or a high energy lamp with appropriate optics and / or Achieve masking.
  • Heat treatment can be used for non-autofretted gun barrels the hard chrome layer also by heating the entire Gun barrel done in an oven, if the required Hard chrome recrystallization temperature below Tempering temperature is.
  • the Chrome layer can be heated both once and several times. However, multiple heating offers better conditions that the base material in an autofretted tube is not heated above 300 ° C as the one-time heating.
  • 1 denotes the muzzle-side region of a weapon barrel.
  • a hard chrome layer 2 is applied on the inside by electrodeposition of chrome.
  • laser beams 3 for example a 5 KW CO 2 laser 4 are radiated axially into the weapon barrel 1 on the muzzle side. With the aid of a mirror 5 mounted in the weapon barrel, the laser beams 3 are deflected so that they hit the hard chrome layer 2 perpendicularly and heat it.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines innenseitig mit einer Hartchromschicht versehenen Waffenrohres.
Die beim Abschuß von Munition entstehenden heißen Pulverschwaden führen bei einer ungeschützten Innenwandung des entsprechenden üblicherweise aus Stahl bestehenden Waffenrohres zu abrasiven und erosiven Verschleißerscheinungen. Dieses führt zu Leistungs- und Treffereinbußen der jeweiligen Waffe sowie zu einer vorzeitigen Ermüdungslebensdauer des Waffenrohres.
Aus der DE 41 07 273 A1 ist es bekannt, bei großkalibrigen Waffenrohren zur Verringerung des erosiven Rohrverschleißes auf die Innenwandung des jeweiligen Waffenrohres eine Hartchromschicht durch galvanisches Abscheiden von Chrom aufzubringen. Denn aufgrund des gegenüber dem Rohrwaffenstahl höheren Schmelzpunktes und der besseren chemischen Inertheit werden die Erosionen durch die Hartchromschicht weitgehend unterbunden.
Allerdings hat sich gezeigt, daß die durch den Schuß bedingte hohe Thermoschockbelastung nach und nach ein Abplatzen der Chromschicht bewirken kann, so daß das Waffenrohr an den entstehenden Chromausbrüchen nicht mehr vor den heißen Pulvergasen geschützt ist und es in diesen Bereichen dann wiederum zu Erosionen kommt. Außerdem weist die Hartchromschicht den Nachteil auf, daß sie aufgrund ihrer hohen Härte und der damit verbundenen geringen Duktilität relativ empfindlich gegen mechanische Beschädigungen ist.
Aus der GB 810 494 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines innenseitig mit einer Hartchromschicht versehenen Waffenrohres bekannt, bei dem die Chromschicht einer Wärmebehandlung zwischen 450 und 800 °C ausgesetzt werden soll. Eine derartige Wärmebehandlung in diesem Temperaturbereich führt zu einer Gefügeerholung und einem damit verbundenen Härteabfall der Chromschicht. Eine Gefügeveränderung (Rekristallisation) der Chromschicht wird bei diesen Temperaturen hingegen nicht erreicht.
Aus der US-A-4 622 080 ist ferner ein Verfahren zur Einbringung einer Feld/Zug-Geometrie in ein Waffenrohr bekannt, wobei der Rohrwerkstoff nach dem Schmiedeprozeß auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Rohrwerkstoffes erhitzt wird. Gleichzeitig mit dieser Erwärmung kann eine Chrombeschichtung des Rohrwerkstoffes bei ca. 1000 °C (d.h. eine Verchromung aus der Gasphase) erfolgen.
Aus der DE 195 44 824 A ist schließlich bekannt, die Felder eines mit Feldern und Zügen versehenen Waffenrohres durch Bestrahlung mit Laserlicht zu härten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Waffenrohres anzugeben, dessen innenseitige Chromschicht eine gegenüber herkömmlichen Hartchromschichten verbesserte Thermoschockbeständigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Im wesentlichen liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, die galvanisch abgeschiedene Hartchromschicht vor der bestimmungsgemäßen Verwendung des Waffenrohres thermisch nachzubehandeln. Dabei wird die Temperatur derart gewählt, daß die bei der galvanischen Abscheidung sich ausbildenden Chromkristalle rekristallisiert werden, so daß sich ein Rekristallisationsgefüge ferritischer Art ergibt. Dieses führt zu einer wesentlichen Senkung der Härte und damit zu einer Verbesserung der Duktilität der Chromschicht.
Für die Rekristallisation der Hartchromschicht werden Temperaturen über 500°C benötigt, wobei die Zeitdauer der Einwirkung der Wärmebehandlung auf die Chromschicht derart gewählt werden muß, daß ein negativer Einfluß auf den Grundwerkstoff des Waffenrohres vermieden wird. So darf beispielsweise bei aus Stahl bestehenden autofrettierten Waffenrohren die Temperatur des Grundwerkstoffes nicht über 300°C liegen.
Eine Erwärmung der Hartchromschicht auf eine Temperatur oberhalb 500°C unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Grundwerkstoff des Waffenrohres nicht über 300°C liegen darf, läßt sich vorteilhafterweise durch kurzzeitige Bestrahlung der Hartchromschicht mit Licht eines Leistungslasers oder einer Hochenergielampe mit entsprechenden Optiken und/oder Maskierungen erreichen.
Bei nicht autofrettierten Waffenrohren kann die Wärmebehandlung der Hartchromschicht auch durch Erwärmung des gesamten Waffenrohres in einem Ofen erfolgen, sofern die benötigte Rekristallisationstemperatur des Hartchromes unterhalb der Anlaßtemperatur liegt.
Um eine vollständige Rekristallisation zu erreichen, kann die Chromschicht sowohl einmal wie auch mehrfach erwärmt werden. Die mehrfache Erwärmung bietet allerdings bessere Voraussetzungen, daß der Grundwerkstoff bei einem autofrettierten Rohr nicht über 300°C erwärmt wird, als die einmalige Erwärmung.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß auch bei bekannten hartverchromten Waffenrohren eine Rekristallisation der Chromschicht durch die bei Abgabe eines Schusses auftretende hohe Wärmebelastung eintritt. Allerdings werden dabei jeweils nur Teilbereiche der Chromschicht in undefinierter Weise rekristallisiert, so daß die Chromschicht Bereiche unterschiedlicher Materialeigenschaften aufweist. Im Gegensatz zu der vorgeschlagenen kontrollierten Rekristallisation der gesamten Hartchromschicht vor der bestimmungsgemäßen Verwendung des Waffenrohres tragen diese spontanen Rekristallisationsbereiche zu einer weiteren Schädigung der Hartchromschicht bei.
Zusätzlich zu der Verbesserung der Thermoschockbeständigkeit der Hartchromschicht weist das erfindungsgemäße Verfahren unter anderem folgende Vorteile auf:
  • es treten keine Gefügegradienten während der Nutzung des Waffenrohres auf;
  • die Dehnung der Chromschicht wird aufgrund des Rekristallisationsgefüges gegenüber herkömmlichen Waffenrohren verbessert;
  • es sind dickere haltbare Chromschichten auf der inneren Oberfläche des Waffenrohres aufbringbar, die einen gegenüber bekannten vergleichbaren Waffenrohren besseren thermischen Schutz des Grundwerkstoffes ermöglichen;
  • im Hinblick auf mechanische Belastungen durch das Geschoß ist die Chromschicht gegenüber bekannten Waffenrohren unempfindlicher und daher besonders vorteilhaft auch in Maschinenwaffen einsetzbar;
  • die Standzeit des Waffenrohres erhöht sich gegenüber entsprechenden Waffenrohren mit bekannter Standardverchromung.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden anhand einer Figur erläuterten Ausführungsbeispiel.
In der Fig. ist mit 1 der mündungsseitige Bereich eines Waffenrohres bezeichnet. In dem Waffenrohr 1 ist innenseitig eine Hartchromschicht 2 durch galvanisches Abscheiden von Chrom aufgebracht. Um anschließend eine gleichmäßige Rekristallisation der Hartchromschicht 2 zu erreichen, werden Laserstrahlen 3, z.B. eines 5 KW CO2-Lasers 4, mündungsseitig axial in das Waffenrohr 1 eingestrahlt. Mit Hilfe eines in dem Waffenrohr gelagerten Spiegels 5 werden die Laserstrahlen 3 umgelenkt, so daß sie senkrecht auf die Hartchromschicht 2 treffen und diese erwärmen.
Zwischen dem Waffenrohr 1 und dem Spiegel 5 wird eine axiale und eine radiale Relativbewegung (in der Fig. durch die Pfeile 6 und 7 angedeutet) derart erzeugt, daß der Brennfleck des Laserlichtes 3 dem Zug-Feld-Verlauf des entsprechenden Waffenrohres 1 folgt. Durch die Parameter Laserleistung, Brennfleckgröße und Verfahrensgeschwindigkeit werden die Leistungsdichte und die Einwirkungsdauer und somit die Erwärmung der Hartchromschicht 2 gesteuert.
Bezugszeichenliste
1
Waffenrohr
2
Hartchromschicht, Chromschicht
3
Laserstrahl
4
Laser
5
Spiegel
6,7
Richtungspfeile

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung eines innenseitig mit einer Hartchromschicht (2) versehenen Waffenrohres (1), dadurch gekennzeichnet, daß nach dem galvanischen Abscheiden der Hartchromschicht (2) auf der inneren Oberfläche des Waffenrohres (1) die Hartchromschicht (2) mindestens einmal über ihre Rekristallisationstemperatur erwärmt wird, derart, daß sich nach der Wärmebehandlung eine gleichmäßige Rekristallisation der gesamten Hartchromschicht (2) ergibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Erwärmung der Hartchromschicht (2) bei einem autofrettierten Waffenrohr derart gewählt wird, daß der Grundwerkstoff des Waffenrohres nicht über 300 °C erwärmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Hartchromschicht (2) mit Hilfe eines Lasers (4) oder einer Hochenergielampe vorgenommen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der Hartchromschicht (2) bei einem nicht autofrettierten Waffenrohr in einem Ofen erfolgt, wobei die Anlaßtemperatur oberhalb der benötigten Rekristallisationstemperatur gewählt wird.
EP99116455A 1998-11-19 1999-08-21 Verfahren zur Herstellung eines innenseitig mit einer Hartchromschicht versehenen Waffenrohres Expired - Lifetime EP1003008B1 (de)

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