EP2173507A1 - Vefahren und vorrichtung zur herstellung eines rohrförmigen festkörpers aus einer hochschmelzenden wolfram- schwermetalllegierung, insbesondere als halbzeug für die fertigung eines penetrators für ein wuchtgeschoss mit splitterwirkung - Google Patents

Vefahren und vorrichtung zur herstellung eines rohrförmigen festkörpers aus einer hochschmelzenden wolfram- schwermetalllegierung, insbesondere als halbzeug für die fertigung eines penetrators für ein wuchtgeschoss mit splitterwirkung

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EP2173507A1
EP2173507A1 EP08784808A EP08784808A EP2173507A1 EP 2173507 A1 EP2173507 A1 EP 2173507A1 EP 08784808 A EP08784808 A EP 08784808A EP 08784808 A EP08784808 A EP 08784808A EP 2173507 A1 EP2173507 A1 EP 2173507A1
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filling
filler
metal powder
producing
solid
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René OUDELHOVEN
Michael Vagedes
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Rheinmetall Waffe Munition GmbH
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    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Definitions

  • Method and device for producing a tubular solid body from a high-melting tungsten heavy metal alloy in particular as a semi-finished product for the manufacture of a penetrator for a balancing projectile with splinter effect
  • the invention relates to a method and an apparatus for producing a tubular solid from a high-melting tungsten heavy metal alloy, in particular as a semi-finished product for the manufacture of a penetrator for a balancing projectile with splinter effect.
  • KE penetrators Balancing bullets with a massive penetrator made of WSM (tungsten heavy metal) are known. These so-called KE penetrators are optimized for a maximum penetration depth on tank targets and serve to combat enemy battle tanks.
  • WSM tungsten heavy metal
  • tubular penetrators are used for special ammunition, such as PELE, ALP or WSM explosive projectile. These are to avoid possible collateral damage of a penetrator, for example, when penetrating a wall or the like.
  • penetrators are previously made of solid rods, which are subsequently processed by deep hole drilling, so as to be hollowed out or pierced. This process is technically very complicated and not economical.
  • a method for producing such a full penetrator is known, for example, from DE 10 2005 049 748 A1.
  • For low-cost production of such a penetrator is introduced into a, adapted to the outer dimensions of the penetrator concentric with the dimension of the Penetratorkems Doppeltrichterein colllvorraum, creating a gap is created.
  • a first tungsten-like powder mixture is filled with high tungsten content for producing the Penetratorkems
  • a second tungsten-containing powder mixture is introduced into the annular space, which has a lower tungsten content compared to the other powder mixture.
  • the invention has the object to show a cost-effective method and apparatus for performing this method for the production of WSM tubes, as a semi-finished product for the production of, for example, penetrators for balancing projectiles with fragmentation.
  • the invention is based on the idea to produce such pipes or tubular penetrators, in which both ends can be open or closed, in the sintering process without reworking the inner contour.
  • Sintering is done with an internal medium in the blank, which can be easily removed after sintering.
  • a uniform shrinkage as known in solid bars, achieved by appropriate pressing process and temperature characteristics during sintering.
  • the material properties are set by the alloy composition and characterized by heat treatment and, if necessary, mechanical forming.
  • the method can be used for small rods for medium caliber ammunition (eg outside 0 22mm, inside 0 15mm), as large bore caliber carbide ammunition and for large rods for full caliber ammunition 120mm (e.g., outside 0120mm, inside 110mm).
  • the material is a tungsten heavy metal alloy.
  • Length and diameter are variable and are currently not limited by the process itself, but rather by conventional manufacturing equipment. But this has the advantage that existing manufacturing equipment can be used.
  • a filling device consisting of an outer tube with a concentrically arranged pressing die and a filling piece with attached filling tube and centering part, is filled with a metal powder mixture.
  • Length and diameter of the outer tube and press die determine the outer contour and the geometry of the filler determines the inner contour of the tubular solid.
  • a plastic centering is attached to one end and at the other end, the centering takes place via a plugged centering with fixedly connected thereto filling tube.
  • a filling of the cavity between see pressing die and filler with a metal powder mixture is made possible through the filling tube.
  • the centering part together with the filling tube is removed from the filling piece.
  • the metal powder mixture is refilled by hand to the desired height above the filler after removing centering and filling tube.
  • the press die is closed with a stopper.
  • the filling device For compacting the metal powder, the filling device is placed in a press plant and pressed into a green compact. This has, depending on the structure of the filling device, after removal from this, the shape of a unilaterally fugitive or open on both sides of the tube.
  • the green compact After pressing, the green compact is sintered in one or more passes, whereby known dimensions from the pressing workpieces with solid properties are produced.
  • tubes are produced for producing penetrators with very good fragmentation, which can be adjusted by the ratio of inner to outer diameter and the corresponding material or material composition.
  • Fig. 2 is a tubular solid body produced by the method with one end closed at one end.
  • FIG. 1a, b show a filling device or mold 1 for producing a tubular solid body 10 which is closed on one side (see FIG. 2).
  • the filling device Fig. 1a consists of an outer tube 2 (preferably made of steel), in which there are holes on the shell and bottom surface at regular intervals.
  • a pressing die 3 preferably made of PU
  • a filler 4 preferably made of metal
  • a filling tube 5 attached to the outer tube 2 .
  • the concentricity of the filler 4 is ensured by a centering disc 6 (preferably made of PU) at the lower end and plugged on the filler centering part 7 of the filling tube 5 at the upper end. Centering 7 and filling tube 5 are firmly connected.
  • the filling device Fig. 1 b For compacting the metal powder, the filling device Fig. 1 b in a hydrostatic pressing system (not shown in detail, as known) placed and at a pressure of about 1500 bar, the metal powder mixture is pressed into a green compact. This has after removal from the filling Fig. 1 b the shape of a tube closed on one side and can be traded without breaking.
  • the pressed tubes are then sintered in one or more passes in an oven (presintering at a temperature between 1400 ° C and 1490 0 C, resintering at a temperature between 1495 ° C and 1570 0 C), so that from the pressing workpieces with solid properties getting produced.
  • the pressed tubes during pre- and post-sintering are subjected to a preselected time-temperature curve, which ensures that forms in a stable tungsten skeleton, a melt of tungsten and the remaining binder elements and evenly shrink in all directions, so that after resuming a geometric desired solid arises, as shown for example in Fig. 2.
  • the solid is subjected to a heat treatment after resintering.
  • a heat treatment after resintering.
  • eg tensile strength, elongation at break and constriction can be adjusted.
  • This is preferably carried out in an annealing process, in which the annealing in a high vacuum below the melting temperature of the binder leads to a phase transformation, which leads to the subsequent quenching, for example in N 2 for fixing the material state and thus the material properties.
  • FIG. 2 shows a tubular solid body for producing an ammunition not shown in detail (for example, a balancing projectile with splinter formation), which has been produced by the method described above and the solid state properties set. has shadow.
  • This has L 9 a predetermined total length and l_ v a length of the solid body and has an inner diameter dj and an outer diameter d a .

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Einfüllvorrichtung (1), bestehend aus einem Außenrohr (2) mit einer darin befindlichen Pressmatrize (3) sowie einem Füllstück (4), die mit einem Metallpulvergemisch im sich zwischen dem Füllstück (4) und Pressmatrix (3) bildenden Zwischenraum (8) befüllt und dieser dann geschlossen wird. Zum Verdichten des Metallpulvers wird die Einfüllvorrichtung (1) in einer hydrostatischen Pressanlage platziert und die Metallpulvermischung zu einem Grünling gepresst. Die gepressten Rohre werden anschließend in einem oder mehreren Durchgängen in einem Ofen gesintert, wozu die gepressten Rohre einem vorgewählten Zeit- Temperaturverlauf unterzogen werden, so dass sichergestellt wird, dass sich eine Schmelze aus Wolfram (W), bildet und in allen Richtungen gleichmäßig schwindet, so dass nach dem Sintern ein geometrisch erwünschter Festkörper entsteht.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines rohrförmigen Festkörpers aus einer hochschmelzenden Wolfram- Schwermetalllegierung, insbesondere als Halbzeug für die Fertigung eines Penetrators für ein Wuchtgeschoss mit Splitterwirkung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines rohrförmigen Festkörpers aus einer hochschmelzenden Wolfram- Schwermetalllegierung, insbesondere als Halbzeug für die Fertigung eines Penetrators für ein Wuchtgeschoss mit Splitterwirkung.
Bekannt sind Wuchtgeschosse mit einem massiven Penetrator aus WSM (Wolfram Schwermetall). Diese so genannten KE- Penetratoren sind auf eine maximale Eindringtiefe an Panzerzielen optimiert und dienen zur Bekämpfung gegnerischer Kampfpanzer.
Für spezielle Munition, wie beispielsweise PELE, ALP oder WSM- Sprenggeschoss werden, bedingt durch die neuen Anforderungen an diese Munitionen, rohrförmige Penetratoren verwendet. Diese sollen mögliche Kolateralschäden eines Penetrators beispielsweise beim Durchdringen einer Mauer oder dergleichen vermeiden. Derartige Penetratoren werden bisher aus Vollstäben hergestellt, die durch Tieflochbohren nachträglich bearbeitet werden, um so ausgehöhlt oder durchbohrt zu werden. Dieses Verfahren ist technisch sehr aufwändig und nicht wirtschaftlich.
Ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Vollpenetrators ist beispielsweise aus der DE 10 2005 049 748 A1 bekannt. Zur kostengünstigen Herstellung eines derartigen Penetrators wird in eine, an die Außenabmessungen des Penetrators konzentrisch an die Abmessung des Penetratorkems angepasste Doppeltrichtereinfüllvorrichtung eingebracht, wodurch ein Zwischenraum geschaffen wird. Während in dem Innenrohr eine erste wolframartige Pulvermischung mit hohem Wolframanteil zur Herstellung des Penetratorkems eingefüllt wird, wird in den ringförmigen Zwischenraum eine zweite wolframhaltige Pulvermischung eingebracht, die gegenüber der anderen Pulvermischung einen geringeren Wolframanteil aufweist. Hier greift die Erfindung die Aufgabe auf, ein kostengünstigeres Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Herstellung von WSM- Rohren, als Halbzeug für die Herstellung von z.B. Penetratoren für Wuchtgeschosse mit Splitterwirkung aufzuzeigen.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 8. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, derartige Rohre oder rohrförmige Penetratoren, bei denen beide Enden offen oder auch eines geschlossen sein können, im Sinterverfahren ohne Nacharbeit der Innenkontur herzustellen. Gesintert wird mit einem Innenmedium im Rohling, der nach dem Sintern leicht entfernt werden kann. Ein gleichmäßiges Schwinden wird, wie bei Vollstäben bekannt, durch entsprechende Pressverfahren und Temperaturverläufe beim Sintern erreicht. Die Werkstoffeigenschaften werden durch die Legierungszusammensetzung eingestellt und durch Wärmebehandlung sowie ggf. mechanisches Umformen geprägt.
Das Verfahren ist einsetzbar für kleine Stäbe für Mittelkalibermunition (z. B. Außen 0 22mm, Innen 0 15 mm), als unterkalibrige Großkalibermunition und für große Stäbe für Vollkalibermunition 120mm (z.B. Außen 0120mm, Innen 0 110mm). Der Werkstoff ist eine Wolfram- Schwermetall - Legierung.
Länge und Durchmesser sind variabel und werden derzeit nicht durch das Verfahren selbst, sondern vielmehr durch die herkömmlichen Fertigungsanlagen begrenzt. Das hat aber den Vorteil, dass vorhandene Fertigungsanlagen verwendet werden können.
Zur Herstellung eines solchen rohrförmigen Festkörpers wird eine Einfüllvorrichtung, bestehend aus einem Außenrohr mit konzentrisch angeordneter Pressmatrize sowie ein Füllstück mit aufgestecktem Füllrohr und Zentrierteil, mit einem Metallpulvergemisch befüllt.
Länge und Durchmesser von Außenrohr und Pressmatrize bestimmen die Außenkontur und die Geometrie des Füllstücks bestimmt die Innenkontur des rohrförmigen Festkörpers.
Zum Zentrieren des Füllstücks in der Pressmatrize ist an einem Ende eine Zentrierscheibe aus Kunststoff befestigt und am anderen Ende findet die Zentrierung über ein aufgestecktes Zentrierteil mit daran fest verbundenem Füllrohr statt. Eine Befüllung des Hohlraumes zwi- sehen Pressmatrize und Füllstück mit einer Metallpulvermischung wird über das Füllrohr ermöglicht. Nach dem Befüllen der Einfüllvorrichtung bis zur Oberkante des Füllstücks wird das Zentrierteil samt Füllrohr vom Füllstück entfernt. Zur Herstellung von rohrförmigen Festkörpern mit einem verschlossenen Ende wird nach dem Entfernen von Zentrierteil und Füllrohr die Metallpulvermischung von Hand bis zu der gewünschten Höhe oberhalb des Füllstücks nachgefüllt. Nach dem Befüllen wird die Pressmatrize mit einem Stopfen verschlossen.
Zum Verdichten des Metallpulvers wird die Einfüllvorrichtung in einer Pressanlage platziert und zu einem Grünling gepresst. Dieser hat, je nach Aufbau der Einfüllvorrichtung, nach Entnahme aus dieser, die Form eines einseitig verschossenen oder beidseitig offenen Rohres.
Nach dem Pressen wird der Grünling in einem oder mehreren Durchgängen gesintert, wodurch bekannter Maßen aus dem Pressung Werkstücke mit Festkörpereigenschaften hergestellt werden. Geschaffen werden beispielsweise Rohre zur Herstellung von Penetratoren mit sehr guter Splitterwirkung, die über das Verhältnis von Innen- zum Außendurchmesser und den entsprechenden Werkstoff bzw. die Werkstoffzusammensetzung einstellbar ist.
Anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigen
Fig. 1a eine Einfüllvorrichtung im Befüllungszustand,
Fig. Ib die Einfüiivorrichtung im befüllten (geschlossenen) Zustand,
Fig. 2 einen nach dem Verfahren hergestellten rohrförmigen Festkörper mit einseitig verschlossenem Ende.
Fig. 1a, b zeigen eine Einfüllvorrichtung bzw. -form 1 zur Herstellung eines rohrförmigen, hier einseitig geschlossenen Festkörpers 10, (vgl. Fig. 2).
Die Einfüllvorrichtung Fig. 1a besteht aus einem Außenrohr 2 (bevorzugt aus Stahl), bei dem sich auf der Mantel- und Bodenfläche in regelmäßigen Abständen Bohrungen befinden. In diesem Außenrohr 2 sind konzentrisch angebracht eine Pressmatrize 3 (bevorzugt aus PU) ein Füllstück 4 (bevorzugt aus Metall) sowie ein Füllrohr 5 angebracht. Die Konzentrizität des Füllstücks 4 wird gewährleistet durch eine Zentrierscheibe 6 (bevorzugt aus PU) am unteren Ende und dem auf dem Füllstück aufgesteckten Zentrierteil 7 des Füllrohrs 5 am oberen Ende. Zentrierteil 7 und Füllrohr 5 sind fest miteinander verbunden. Befüllt wird dabei ein sich zwischen Pressmatrize 3 und Füllstück 4 ausbildender Zwischenraum 8. Nach dem Befüllen der Einfüllvorrichtung Fig. 1 a mit der Metallpulvermischung bis zum oberen Ende des Füllstücks 4 wird Zentrierteil 7 samt Füllrohr 5 vom Füllstück 4 entfernt und anschließend wird von Hand Metallpulvermischung nachgefüllt und die Pressmatrize mit einem Stopfen 9 verschlossen (Fig. 1 b).
Zum Verdichten des Metallpulvers wird die Einfüllvorrichtung Fig. 1 b in einer hydrostatischen Pressanlage (nicht näher dargestellt, da bekannt) platziert und bei einem Druck von ca. 1500 bar wird die Metallpulvermischung zu einem Grünling gepresst. Dieser hat nach Entnahme aus der Einfüllvorrichtung Fig. 1 b die Form eines einseitig verschlossenen Rohres und kann ohne zu zerbrechen gehandelt werden.
Die gepressten Rohre werden anschließend in einem oder mehreren Durchgängen in einem Ofen gesintert (Vorsintern bei einer Temperatur zwischen 1400°C und 14900C, Nachsintern bei einer Temperatur zwischen 1495°C und 15700C), so dass aus dem Pressung Werkstücke mit Festkörpereigenschaften hergestellt werden. Dazu werden die gepressten Rohre beim Vor- und Nachsintern einem vorgewählten Zeit- Temperaturverlauf unterzogen, wobei sichergestellt wird, dass sich in einem stabilen Wolframskelett eine Schmelze aus Wolfram und den restlichen Binderelementen bildet und in allen Richtungen gleichmäßig schwindet, so dass nach dem Nachsintern ein geometrisch erwünschter Festkörper entsteht, wie beispielsweise in Fig. 2 aufgezeigt.
Um einen Werkstoff mit den geforderten Werkstoffeigenschaften zu erhalten, wird nach dem Nachsintern der Festkörper einer Wärmebehandlung unterzogen. Dadurch lassen sich z.B. Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Einschnürung einstellen. Diese erfolgt bevorzugt in einem Glühverfahren, bei dem das Glühen im Hochvakuum unterhalb der Schmelztemperatur des Binders zu einer Phasenumwandlung führt, die beim anschließenden Abschrecken z.B. in N2 zur Fixierung des Werkstoffzustandes und somit der Werkstoffeigenschaften führt.
In Fig. 2 ist ein rohrförmiger Festköper zur Herstellung einer nicht näher dargestellten Munition (beispielsweise ein Wuchtgeschoss mit Splitterbildung) aufgezeigt, welcher nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist und die eingestellten Festkörpereigen- schatten aufweist. Dieser besitzt mit L9 eine vorgebbare Gesamtlänge und mit l_v eine Länge des Vollkörpers und weist einem Innendurchmesser dj und einem Außendurchmesser da auf.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Festkörpers, insbesondere zur Herstellung eines Penetrators für ein Wuchtgeschoss mit Splitterwirkung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einfüllvorrichtung, bestehend aus einem Außenrohr (2) mit einer darin befindlichen Pressmatrize (3) sowie einem Füllstück (4), mit einem Metallpulvergemisch im sich zwischen dem Füllstück (4) und Pressmatrize (3) bildenden Zwischenraum (8) befüllt und dieser dann verschlossen wird, - zum Verdichten des Metallpulvers die Einfüllvorrichtung (1 ) in einer hydrostatischen Pressanlage platziert und die Metallpulvermischung zu einem Grünling gepresst wird, die gepressten Rohre anschließend in einem oder mehreren Durchgängen in einem Ofen gesintert werden, wozu die gepressten Rohre einem vorgewählten Zeit- Temperaturverlauf unterzogen werden, so dass sichergestellt wird, dass sich eine Schmelze bildet und in allen Richtungen gleichmäßig schwindet, so dass nach dem Sintern ein geometrisch erwünschter Festkörper entsteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Sintern der Festkörper einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wodurch sich Zugfestigkeit und Bruchdehnung einstellen lassen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Wärmebehandlung der Festkörper einem Schmiedeverfahren unterzogen wird, wodurch Fließspannung und Zugfestigkeit zunehmen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das be- füllen der Einfüllvorrichtung mit dem Metallpulver über ein Füllrohr (5) erfolgt, der auf dem Füllstück (4) aufgesetzt ist und ein Befüllen zwischen Füllstück (4) und Pressmatrize (3) ermöglicht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllrohr (5) nach dem Befüllen der Einfüllvorrichtung entfernt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das verschließen des Zwischenraumes (8) durch einen Stopfen (9) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Wolfram- Schwermetalllegierung handelt mit 80 - 98 Gew.% Wolfram und wenigstens einer zweiten Komponente aus der Gruppe Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Mo oder irgendeiner Kombination hiervon.
8. Einfüllvorrichtung zur Herstellung eines rohrförmigen Festkörpers, insbesondere eines Penetrators für ein Wuchtgeschoss mit Splitterwirkung, gekennzeichnet durch: ein Außenrohr (2) in welches konzentrisch eine Pressmatrize (3) und ein Füllstück (4) angebracht ist, mit einem auf dem Füllstück (4) aufgesetztem Füllrohr (5) zum Befüllen des, sich zwischen Pressmatrize (3) und Füllstück (4) bildenden Zwischenraumes (8) mit einer Metallpulvermischung.
9. Einfüllvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr (2) ein Stahlrohr und die Pressmatrize (3) ein PU- Rohr ist.
EP08784808.1A 2007-08-09 2008-07-16 Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines rohrförmigen festkörpers aus einer hochschmelzenden wolfram- schwermetalllegierung, insbesondere als halbzeug für die fertigung eines penetrators für ein wuchtgeschoss mit splitterwirkung Not-in-force EP2173507B1 (de)

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