EP1722187A1

EP1722187A1 - Verfahren zur Herstellung eines Penetrators

Info

Publication number: EP1722187A1
Application number: EP06008936A
Authority: EP
Inventors: Cornelis Taal; Rene Oudelhoven
Original assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2006-11-15
Also published as: DE102005021982B4; DE102005021982A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Penetrators aus einer Wolfram-Schwermetall-Legierung mit hohem Wolframanteil, wobei eine wolframhaltige Pulvermischung gepresst, gesintert und gegebenenfalls einer Wärmebehandlung unterzogen wird und der Penetratorrohling (1) anschließend kalt umgeformt und gegebenenfalls warm ausgelagert wird.

Um zu vermeiden, dass derartige Penetratoren bei einem Aufprall auf ein geneigtes Ziel zerbrechen, schlägt die Erfindung vor, die oberflächennahe Randschicht (6) des Penetratorrohlings (1) nach der Kaltumformung oder ggf. nach der Warmauslagerung auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur der Wolframlegierung zu erhitzen, so dass diese Schicht (6) rekristallisiert und sich dadurch eine Erhöhung der Zähigkeit des Penetrators (1) in seinem Randbereich ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Penetrators aus einer Wolfram-Schwermetall-Legierung mit hohem Wolframanteil, wobei eine wolframhaltige Pulvermischung gepresst, gesintert und gegebenenfalls einer Wärmebehandlung unterzogen wird und der Penetratorrohling anschließend kalt umgeformt und gegebenenfalls warm ausgelagert wird.
Penetratoren aus einer Wolfram-Schwermetall-Legierung besitzen üblicherweise einen hohen Wolframanteil (90 bis ca. 97 Gew.-%), da diese Werkstoffe aufgrund ihrer hohen Massen gute Penetrationsleistungen bei senkrechtem Aufprall auf einfache gepanzerte Ziele besitzen. Allerdings führt der hohe Wolframanteil zu einer Versprödung des Werkstoffes, so dass es bei schräg angeordneten Zielen sowie bei Mehrplattenzielen häufig bereits vor Durchdringen des Zieles zu einem Auseinanderbrechen des Penetrators kommt. Die kinetische Energie der dabei entstehenden relativ kurzen Bruchstücke reicht aufgrund ihrer geringen Masse in der Regel nicht aus, um die verbleibende(n) Zielplatte(n) zu durchdringen.
Die Sprödigkeit bekannter WSM-Penetratoren nimmt häufig noch dadurch zu, dass bei der mechanischen Bearbeitung, beispielsweise durch Drehen oder Schleifen, Anrisse der oberflächennahen Wolframkörner auftreten, die im Belastungsfall dann durch Rissfortpflanzung zu einem frühzeitigen Versagen des Penetrators führen können.
Aus der DE 41 13 177 C2 ist es bekannt, zur Erhöhung der Zähigkeit von mechanisch bearbeiteten Penetratoren die äußeren Wolfram-Schichten des jeweiligen in seiner Geometrie endbearbeiteten Penetrators durch Ätzen zu entfernen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass durch ein derartiges Abätzen der äußeren Wolfram-Schichten die Kerbschlagzähigkeit des entsprechenden Penetrators wesentlich (d.h. bis zu 20 %) erhöht wird.
Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist allerdings, dass Säuren verwendet werden müssen, die anwendungs- und umweltunfreundlich sind. Außerdem ist die Herstellung derartiger Penetratoren relativ aufwendig, weil durch den Ätzvorgang die vorgegebenen Maße des Penetrators nicht beeinflusst werden dürfen.
Aus der DE 40 16 051 C2 ist ferner ein Penetrator bekannt, bei dem ein z.B. aus Wolfram-Schwermetall bestehender bruchempfindlicher Penetratorkern mittels einer duktilen Hülle geschützt wird. Hierzu wird die z.B. aus Stahl bestehende duktile Hülle nach Fertigung des Wolframkerns durch Drückwalzen formschlüssig auf den Penetratorkern aufgebracht. Auch dieses bekannte Verfahren ist relativ zeit- und kostenaufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber vergleichbaren bekannten Verfahren einfacheres Verfahren zur Herstellung eines Penetrators mit sprödem Penetratorkern und duktilem Mantel anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ein weiteres, besonders vorteilhaftes Verfahren offenbart der Unteranspruch.
Der Erfindung liegt im wesentlichen der Gedanke zugrunde, die oberflächennahe Randschicht des Penetratorrohlings nach der Kaltumformung auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur der Wolframlegierung zu erhitzen, so dass diese Schicht rekristallisiert, zu einer Verfeinerung der Binderkörner führt und sich dadurch eine Erhöhung der Zähigkeit des Penetrators in seinem Randbereich ergibt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Penetrator mit einem relativ spröden Kern hoher Dichte und einem duktilen und kraftschlüssig mit dem Penetratorkern verbundenen äußeren Mantel (Randbereich) erzeugt, wobei der äußere Mantel ein Brechen bei schrägem Zielaufprall verhindert. In Abhängigkeit der endballistischen Anforderungen sowie der Konstruktionsmerkmale sollte die Tiefe der zähen Randschicht zwischen 10 % und 20 % des Penetratorrohlings betragen. Die Herstellung einer separaten Hülle und ein aufwendiges Befestigen einer derartigen Hülle an dem Penetratorkern, wie im Falle der vorstehend erwähnten DE 40 16 051 C2 , kann entfallen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Rekristallisation der oberflächennahen Randschicht des Penetratorrohlings mittels des Induktionsglühverfahrens.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden anhand von vier Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:

Fig.1: die Seitenansicht eines in einer Induktions-Glühanlage befindlichen Penetratorrohlings und
Fig.2: eine vergrößerte Ansicht des in Fig.1 mit II bezeichneten Bereiches des Penetratorrohlings im Schnitt nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 3 a, b: eine Vergrößerung des mit III bezeichneten Bereiches aus Fig. 2.

In Fig.1 ist mit 1 ein aus einer Wolfram-Schwermetall (WSM-) Legierung bestehender Penetratorrohling bezeichnet, der einen Wolframanteil von 95 Gew.-% besitzt. Außerdem weist die WSM-Legierung Nickel und Cobalt im Gewichtsverhältnis 9:1 auf. Der Penetratorrohling 1 ist innerhalb einer Spule 2 angeordnet, die in einen hohlzylinderförmigen Stützkörper 3 aus einem elektrisch isolierenden Material eingebettet ist. Die Spule 2 ist mit einem Frequenzgenerator 4 über eine elektrische Leitung 5 verbunden. Die Spule wird z. B. mit 100 Hz und einer elektrischen Leistung von z. B. 10 kW betrieben. Gleichzeitig wird sie mit einer Geschwindigkeit v, z. G. 10 mm/sec, am Penetratorrohling 1 entlang geführt.
Bei Aktivierung des Frequenzgenerators 4 erzeugt die Spule 2 ein starkes elektromagnetisches Wechselfeld, welches in der Randschicht 6 des Penetratorrohlings 1 (Fig.2) einen elektrischen Strom induziert, so dass sich die Randschicht 6 derart stark erwärmt, dass die Rekristallisationstemperatur, z. B. 800°C, der WSM-Legierung in diesem Bereich erreicht wird.
Die Fig. 3a, b zeigen das Gefüge des Randbereiches des Penetratorrohlings vor und nach der Durchführung der induktiven Glühung, d.h., Fig. 3a zeigt das Gefüge der 2-phasigen W-Legierung vor der induktiven Glühung. Neben der reinen W-Phase (10) gibt es eine monokristalline W-Ni-Co-Binderphase (II). Durch die induktive Glühbehandlung rekristallisiert diese monokristalline W-Ni-CO-Binderphase und es entsteht eine Kornverfeinerung (Bild 3b).
Dieses führt zu einer Zunahme der Zähigkeit der WSM-Legierung in der Randschicht 6, so dass sich ein Penetratorrohling 1 mit einem unveränderten, relativ spröden Penetratorkern 7 und einer duktilen Randschicht 6 ergibt. Letztere verhindert beim Auftreffen des endbearbeiteten Penetrators auf ein Schräg- und/oder Aktivziel ein Brechen des Penetrators.
Da mit zunehmender Frequenz die Tiefe 8 der erwärmten Randschicht 6 infolge des Skin-Effektes geringer wird, kann durch Wahl der Frequenz unter Berücksichtigung der Leistung und der Vorschubgeschwindigkeit v der Rekristallisationsbereich sehr genau eingestellt werden.

Bezugszeichenliste

1: Penetratorrohling
2: Hochfrequenzspule
3: Stützkörper
4: Hochfrequenzgenerator
5: elektrische Leitung
6: Randschicht
7: Penetratorkern
8: Tiefe (Randschicht)
9: Penetratorrohling Durchmesser
10: W-Körner
11: W-Ni-Co-haltige Binderphase

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Penetrators aus einer Wolfram-Schwermetall-Legierung mit hohem Wolframanteil, wobei eine wolframhaltige Pulvermischung gepresst, gesintert und gegebenenfalls einer Wärmebehandlung unterzogen wird und der Penetratorrohling (1) anschließend kalt umgeformt und gegebenenfalls warm ausgelagert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die oberflächennahe Randschicht (6) des Penetratorrohlings (1) nach der Kaltumformung auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur der Wolframlegierung erhitzt wird, so dass diese Schicht (6) rekristallisiert und sich dadurch eine Erhöhung der Zähigkeit des Penetrators (1) in seinem Randbereich ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekristallisation der oberflächennahen Randschicht (6) des Penetratorrohlings (1) mittels eines Induktionsglühverfahrens erfolgt.