NL8901615A - Onderkaliber, door rotatie gestabiliseerd, eenzijdig projektiel. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Onderkaliber, door rotatie gestabiliseerd, eenzijdig projektiel.

De uitvinding heeft betrekking op een onderkaliber, door rotatie gestabiliseerd, veelzijdig projektiel (FAPDS) volgens de aanhef van conclusie 1.

Dergelijke veelzijdige projektielen (FAPDS: _Frangible Armour Piercing Discarding jSabot) in het kaliberbereik van ongever 20 tot 50 mm dienen voor een zo hoog mogelijke kinetische energie met overeenkomstig hoge scherfwerking in het doel een hoge materiaaldichtheid te bezitten en zijn speciaal daarvoor ontworpen om tegen luchtdoelen (bijv. snelvliegende vliegtuigen, gepantserde gevechtshelikopters of -hefschroefvliegtuigen) alsook tegen snelbewegende doelen te land (bijv. infanterietanks) met een enkel schot en bij voorkeur met trommelvuur ingezet te worden. De energie van het projektiel is al naar gelang de kalibergrootte voldoende om zelfs door pantserplaten tot een dikte van ongeveer 60 mm heen te slaan. Het projektiel bestaat uit springstofvrij, bros zwaar metaal en dient in het doel een soortgelijke breedtewerking als een brisantbom te bezitten, terwijl het projektiellichaam bij de botsing, bijv. met de eerste doelplaat van een uit meer platen bestaand doel uiteenvalt en op grond van zijn hoge kinetische energie niet alleen een goede breedtewerking, maar ook een duidelijk waarneembare dieptewerking bezit.

Een dergelijk FAPDS-velzijdig projektiel volgens de aanhef is bijv. uit de EP-A 0073385 bekend. Het projektiellichaam van dit bekende veelzijdige projektiel is uit meerdere delen opgebouwd en bestaat uit verschillende wolfraammaterialen. Een conisch voorste deel kan dezelfde samenstelling bezitten als een rompdeel in het midden of tenminste gedeeltelijk uit een ander materiaal met geringere dichtheid of soortgelijke massa, zoals bijv. aluminium of keramiek bestaan. Het achteraangelegen staart of hekdeel dient machinaal goed bewerkbaar te zijn en bestaat daarom uit een wolfraam-zwaar metaal met een soortelijke massa 3 van tenminste 16,7 g/cm . De afzonderlijke projektielonderdelen dienen aan elkaar gesoldeerd of gelast te zijn. De vervaardiging van de afzonderlijke, uit verschillende wolfraammaterialen bestaande projektielonderdelen is daardoor lastig en vereist extra arbeidsgangen voor een afschuivingsvaste verbinding van de afzonderlijke onderdelen. Dit type projektiel met een relatief geringe materiaaldichtheid bezit geen optimaal uiteenvallingsgedrag; het beantwoordt niet meer aan de hedendaagse zeer hoge vereisten. Bij de bekende uit twee delen bestaande projektieluitvoering valt het achteraan gelegen hekdeel niet reeds uit elkaar bij de eerste dunne metaalplaten van het doel, zoals bijv. tegen de buitenwanden van een vliegtuig. Daardoor wordt niet de hoogste in de breedte werkzame schervenmassa bereikt.

Het doel van de onderhavige uitvinding is een in overeenstemming met de aanhef een veelzijdig projektiel te verschaffen, dat onder waarborging van de toevoerbestendigheid bij beschietingen met hoge vuur-snelheden uit automatische wapens en de afschuifsterkte van het afzonderlijke projektiel een in het bijzonder uit zijn materiaalstructuur voortvloeiend optimaal uiteenvallingsgedrag waarborgt, zelfs bij het botsen tegen de dunste aluminiumplaten, en een daaruit volgende maximale prestatie bij alle in de aanvang genoemde soorten doelen garandeert. Daarbij dient het projektiel met betrekking tot de materiaal-behandeling en -bewerking na de uiteindelijke projektielvorm economisch vervaardigbaar te kunnen zijn.

Dit probleem wordt volgens de uitvinding door de in het kenmerk van conclusie 1 aangegeven maatregelen opgelost.

De uitstekende eind-ballistische prestatie, d.w.z. de overdracht van de hoogste kinetische energie door het onmiddellijke uiteenvallen van het projektiellichaam met optimale schervenvorming door de eerste doel-weerstand in de betreffende doelstructuur wordt geheel wezenlijk 3 door de hoge dichtheid of soortelijke massa tussen 17,5 en 19,2 g/cm van het uiteenstuk gevormde projektiellichaam bereikt. Het optimale uiteenvallingsgedrag wordt door de hoge brosheid van het zwaarmetaal-sintermateriaal, resp. door de bijzondere verhouding van kobalt tot nikkel in de bindingsfase (matrix) tussen de afzonderlijke wolfraam-deeltjes gewaarborgd. De bijzondere eigenschappen van het projektiel-lichaam worden voorts door de op elkaar afgestemde warmtebehandelingen en de toestandskenmerken van een deeltjesgrootte van 20 tot 50 /J m (micrometer) bij voorkeur van ongeveer 40 jj- m, en een hardheid van 300 tot 400 HV(30), bij voorkeur tussen 340 en 380 HV(30), gerealiseerd.

Bij de werkwijze ter vervaardiging van het veelzijdige projektiel-lichaam volgens de uitvinding wordt het fijnkorrelige wolfraampoeder als uitgangsmateriaal met toevoegsels tot 10 gew.%, bij voorkeur ongeveer 1 tot 3 gew.% van een kobalt-nikkelmengsel als bindingsfase vermengd en bijv. in een geschikte "doorstoot-oven" bij temperaturen tussen ongeveer 1450° en 1600°C, bij voorkeur bij ongeveer 1580°C in de vloeistof fase van de matrix (bindmiddelfase) bestaande uit kobalt, nikkel en het in oplossing gegane wolfram gesinterd. Slechts het sinteren in de vloeibare fase gedurende ongeveer 15 tot 30 min. veroorlooft een gelijk matig hoge verdichting van het metaalpoeder en de noodzakelijke legering van voldoende hoeveelheden wolfraam in de Co/Ni/-bindingsmatrix. Eerst nadat het aandeel aan opgelost wolfraam in de bindingsmatrix ongeveer 40 tot 85% bereikt heeft, kunnen de in de conclusies beschreven metallische fasen ontstaan.

Na het sinteren in de vloeistoffase ontstaat een projektiel-half-fabrikaat, dat - eventueel met een verdere thermische behandelingsmaat-regel - goed bewerkbaar is. Eerst bij de daaropvolgende uitgloeiingsbe-handeling van ongeveer 1 tot 20 uur, bij voorkeur ongeveer 10 uur, bij een temperatuur van ongeveer 900° tot 1200°C, bij voorkeur van ongeveer 1000° tot 1100°C, voor het bros worden van de matrix, wordt de gewenste bindingsfase ingesteld, die uit tenminste twee, bij voorkeur drie verschillende fasen bestaat.

De gewenste materiaalbrosheid van het wolfraam tussenmateriaal in de bindingsmatrix is via een geschikte verhouding van kobalt tot nikkel en een sinteren in de vloeistoffase met geschikte temperatuursturing van vooraf bepaalde duur (voor een in oplossing brengen van het vereiste aandeel aan wolfraam) doelbewust instelbaar:

Voorbeeld I: verhouding Co/Ni = 1:0,5 De bindingsmatrix tussen de afzonderlijke wolfraamdeeltjes bestaat hierbij uit een zeer brosse metallische μ -fase (μ-fase, bijv. (NiCo)^W^, met rhomboëdrische roosterstructuur (zie slijpplaatje-foto BI). De structuur van dit wolfraamsintermateriaal is zo bros, dat een daaruit vervaardigd projektieel geen voldoende afschuifsterkte bezit.

Voorbeeld II: verhouding Co/Ni = 1:2,3 De bindingsmatrix bestaat hierbij uit een 100% kubisch vlakken gecentreerde |j^-fase ( -fase), bijv. Ni/CoW-mengkristal, met fijne wolfraamafscheidingen (zie slijpplaatje-foto Bil); dit materiaal is zo taai, dat aan dunne aluminiumplaten van het doel (vliegtuig, buitenwanden) nog geen voldoend uiteenvallen met overeenkomstig grote scherf-vorming plaatsvindt.

Voorbeeld ΙΙΙ: verhouding Co/Ni * 1:1,2 De bindingsfase bevat drie verschillende metallische fasen (zie slijp-plaatje-beeld Bill): ten eerste een lichtgrijze brosse fase met rhomboëdrische roosterstructuur (zoals de bindingsfase volgens voorbeeld I), ten tweede donkergrijze naalden van een hexagonale β -fase (β-fase), bijv. (NiCo)^W, en een zeer donkere kubisch vlakken gecentreerde β -fase (zoals voorbeeld II); de afzonderlijke fasen bestaan uit verschillende samenstellingen van Co/Ni/W. Deze legering is zeer bros en vereist een afgestemde projektielconstructie, (die in het hiernavolgende nog in het bijzonder beschreven wordt), om een zekere uiteenvallen bij het botsen tegen dunne aluminiumplaten te waarborgen.

Voorbeeld IV: verhouding Co/Ni 1:1,5 (zie slijpplaatje-foto BIV)

Er zijn slechts vier geringe hoeveelheden aan brosse -fase in de structuur aanwezig; de β -fase (donkergrijze naalden) en de donker ^ -fase zijn ongeveer even dik uitgevoerd. Deze wolfraam zwaarmetaal legering toont een uitstekend uiteenvallingsgedrag in het doel en bezit de beste toevoerbestendigheid bij de toepassing in automatische machine-wapens en de beste afschuifsterkte. Deze materiaalsamenstelling geeft de optimale oplossing volgens de uitvinding aan.

Bij de werkwijze ter vervaardiging van het FAPDS-projektiellichaam volgens de uitvinding wordt van een samenstelling in het ruwe mengsel van bijv. 98 gew.% wolfraampoeder en 2 gew.% bindingsfase uit kobalt/ nikkel uitgegaan. Uit dit materiaal wordt een projektiel-halffabrikaat gevormd en in de vloeibare fase gesinterd. Het sinteren in de vloeibare fase geschiedt bij voorkeur onder een beschermende atmosfeer van waterstofgas bij een temperatuur tussen 1450° en 1600°C, bij voorkeur bij ongeveer 1580°C, in een tijdsduur tussen 5 en 90 min., bij voorkeur tussen 15 en 30 min. Hierna bestaat de metallische bindingsfase (matrix) tussen de reine wolfraamdeeltjes uit een samenstelling van 40 tot 45% opgeloste wolfraam, 20 tot 25% kobalt en 30 tot 40% nikkel. Het gesinterde projektiel-halfprodukt is hierna zonder verdere thermische en/of mechanische extra handelingen goed naar zijn eindafmetingen bewerkbaar. Eventueel kan echter een oplossingsuitgloeien ter verbetering van de bewerkbaarheid geschieden. Hierbij wordt het gereed-gesin-terde projektiellichaam aan een uitgloeiing bij een temperatuur tussen 1200° en 1400°C, bij voorkeur tussen 1300°C en 1370°C gedurende een tijdsduur van 0,5 tot 6 uur, bij voorkeur tussen 2 en 4 uur, op de overeenkomstige uitgloeitemperatuur gehouden en in aansluiting daarop snel afgekoeld.

Na de eindbewerking van het projektiellichaam geschiedt het afsluitende broswordingsuitgloeien, bij voorkeur onder een vacuüm van ongeveer 10 ^ Torr, waarbij zich in de bindingsfase 3 afzonderlijke homogene metallische fasen instellen (vergelijk slijpplaatje-foto's BUI en BIV). De wolfraamdeeltjes met een deeltjesgrootte van circa 20 tot 50^tm worden nagenoeg volledig door een fase met een hoog gehalte aan wolfraam ingebonden, waarbij deze fase met een hoog gehalte aan wolfraam tussen de wolfraamdeeltjes tenminste twee verschillend homogene fasen bezit, die qua gehalte aan wolfram, nikkel en kobalt verschillend zijn. De beschreven wolfraam zwaar metaallegeringen volgens de uitvinding zijn voor willekeurige projektielvormen resp. constructies ter verkrijging van een optimaal uiteenvallingsgedrag in het doel uitstekend geschikt; d.w.z. het materiaal is aan geen speciale projek-tielvorm gebonden, de meest optimale resultaten zijn echter met de hierna te beschrijven voorkeursprojektielvorm bereikbaar.

In de tekeningen is fig. 1 en fig. 2 een projektiellichaam 10 volgens de uitvinding voorzien van een cilindrisch middelstuk 12, een iets naar achteren conisch toelopend hekgebied 14 en een van voren aangebracht conisch vormigdeel 16 weergegeven, die uit ëén stuk uitgevoerd is en eventueel aan de hekzijde een boring voor het opnemen van een lichtspoorsas bezitten kan. Een voorste punt 24 van het projektiel-lichaam 10 bestaat uit massief veredeld staal (fig. 1). Ter bevestiging van de voorste punt 24 is een vanaf een plat cirkelvormig, ongeveer halverwege de conisch toelopende projektielpunt 16 aangebracht cirkelvormig rondvlak 20 van het projektiellichaam uitgaande, cilindervormige, uitspringende tap 22 aanwezig, die in de nabijheid van het grondvlak 20 een omtreksringgroef 26 als nominale breekplaats bezit. Het uit één stuk bestaande projektiellichaam 10 bestaat uit het in de vloeibare fase gesinterde metallische wolfraampoeder met de Co/Ni/W-bindingsmatrix volgens de uitvinding. Het projektiellichaam 10 bezit aan het naar achteren zwak conisch toelopend hekdeel 14 een plat stand-vlak 32, waarin voor een betere rotatie-overdracht vanaf de aandrijf-manchet-bodem aan het projektiellichaam twee of meer nokvormige uitsteeksels resp. vooruitspringende delen 34 aangebracht kunnen zijn.

In een tweede uitvoeringsvoorbeeld volgens fig. 2 is de voorste punt 24.1 uit veredeld staal hoog uitgevoerd en bezit binnen zijn holle ruimte een brandmassa 25, die ter verbetering van de pyrofore brandwerking in het doel, aanwezig is.

Met het FAPDS-veelzijdige projektiel volgens de uitvinding in de bijzondere hiervoor beschreven materiaalsamenstelling en de onderhavige uitvoering van het projektiellichaam met een puntuitvoering in veredeld staal worden de aan elkaar tegenstrijdige vereisten van een absoluut betrouwbare toevoerbestendigheid onder kadans of hoge vuursnelheid (laden resp. ook lossen met hoogste versnellings- en afrerawaarden) alsmede een betrouwbare afschuifsterkte enerzijds en de hoge gevoeligheid van het projektiel-uiteenvallingsgedrag bij botsing bij den minste weerstand in het doel, gepaard gaande met een kostprijsgunstige en goede bewerkbaarheid, optimaal vervult.

Ondanks het brosse projektielmateriaal treedt het bij bekende projektielen, die uit het gebruikelijke wolfraamcarbide vervaardigd zijn, waar te nemen te pletter slaan bij de projektielconstructie volgens de uitvinding niet op.

De uitstekende prestatie van het projektiel volgens de uitvinding in het doel onderscheidt zich in het bijzonder doordat naast de grote gaten in de doelstructuren, die door cumulatieve scherfeffecten opgewekt worden, door het wolfraam-zwaarmetaal materiaal volgens de uitvinding naast resp. aan de rand van de grote gaten daarenboven nog talrijke kleinere gaten met een diameter van circa 1-3 mm veroorzaakt worden, die ook nog op grotere doeldiepte een voldoende verstoringswerking (bijv. op elektronische toestellen in het inwendige van een gevechtshefschroef-vliegtuig) ontplooien; dit berust op het hoge uiteenvallingsvermogen van het projektiel reeds bij de eerste dunne metaalplaat van het doel met een in vergelijking tot het in de aanhef aangeduide, bekende projektiel met een circa 30¾ tot 40% grotere in de breedte werkzame scherfmassa en met een overeenkomstig hogere prestatie in het doel.

Claims (11)

1. Onderkaliber, door rotatie gestabiliseerd veelzijdig projektiel, dat zich op grond van zijn gegeven materiaalstructuur bij het botsen op een doel bij de minste weerstand in het doel, zoals bijv. tegen dunwandige aluminiumplaten, reeds volledig in fragmenten uiteenvalt, met een projektiellichaam, dat uit een in de vloeibare fase gesinterd sintermateriaal van zware metalen bestaat, gevormd uit in wezen metallisch wolfraampoeder met toevoegsels van Ni en Co, met het kenmerk, dat: a) het wolfraam-aandeel in het sintermateriaal tussen 90 en 99,5 gew.%, bij voorkeur tussen 97 en 99 gew.% bedraagt, b) de verhouding van het aandeel van kobalt tot dat van nikkel in het sintermateriaal in de ruwe samenstelling tussen 1:0,5 tot 1:2,3, bij voorkeur ongeveer 1:1,5 bedraagt, c) de soortelijke massa van het sintermateriaal tussen 17,5 en 3 19,2 bij voorkeur tussen 18,5 en 19,0 g/cm bedraagt, d) het zwaarmetaal sintermateriaal een gemiddelde korrelgrootte van 20 tot 50 JU m, bij voorkeur ongeveer 40 m bezit, en e) de hardheid van het uit zwaar metaal sintermateriaal vervaardigde projektiellichaam tussen 300 en 400 HV(30), bij voorkeur tussen 340 en 380 HV(30).

2. Veelzijdig projektiel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het zwaar metaal sintermateriaal eventueel onder een beschermende atmosfeer van waterstofgas bij een temperatuur tussen 1450° en 1600°C, bij voorkeur ongeveer bij 1580°C, gedurende een tijdsduur tussen 5 en 90 min., bij voorkeur tussen 15 en 30 min., in de vloeibare fase gesinterd is.

3. Veelzijdig projektiel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat het gesinterde projektiellichaam aan een uitgloeiing tussen 1200°C en 1400°C, bij voorkeur tussen 1300° en 1370°C, in een tijdsduur van 0,5 tot 6 uur, bij voorkeur tussen 2 en 4 uur op uitgloei-temperatuur, met een daarop aansluitende snelle afkoeling onderworpen is.

4. Veelzijdig projektiel volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat het uit zwaar metaal-sintermateriaal bestaande projektiellichaam na zijn eindbewerking bij een temperatuur van ongeveer 900° tot 1200°C, bij voorkeur tussen 1000° en 1100°C, met een tijdsduur van 1 tot 20 uur, bij voorkeur ongeveer 10 uren, uitgegloeid is.

5. Veelzijdig projektiel volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat het uit wolfraam, nikkel en kobalt bestaande, in de vloei- bare fase gesinterde zwaarmetaal-sintermateriaal in de eindtoestand van het projektiellichaam een zeer brosse matrix met tenminste twee verschillende fasen met een hoog gehalte aan wolfraam bezit.

6. Veelzijdig projektiel volgens één der voorafgaande conclusies 1-5, met het kenmerk, dat het zwaar metaal sintermateriaal van het projektiellichaam na gedane uitgloeibehandeling drie verschillende fasen met een hoog wolfraamgehalte in de matrix bezit.

7. Veelzijdig projektiel, dat op grond van zijn gegeven materiaal-structuur bij het botsen op een doel bij de minste weerstand in het doel, zoals bijv. tegen dunwandige aluminiumplaten, reeds volledig in fragmenten uiteenvalt, met een onderkaliber, door rotatie gestabiliseerd projektiellichaam, dat uit een in de vloeibare fase gesinterd zwaar metaal-sintermateriaal bestaat, gevormd uit in wezen metallisch wolfraam-poeder eventueel met toevoegsels van nikkel en kobalt, met het kenmerk, dat: a) het uit zwaarmetaal-sintermateriaal bestaande projektiellichaam (10) is opgebouwd uit ëén deel, b) het projektiellichaam (10) bezit een cilindrisch middenstuk (12), een enigzins conisch hekgedeelte (14) en een conisch puntgedeelte (16), waarin op een haaks op de projektiel-langsas (18) staand cirkelvormig grondvlak (20) een naar voren wijzende, in wezen cilindrische tap (22) uitgevoerd is, waarop een punt (24), bij voorkeur uit veredeld staal, bevestigd is, c) de tap (22) bezit in de nabijheid van het cirkelvormige grondvlak (20) een omtreksringgroef (26) als nominale breukplaats.

8. Veelzijdig projektiel volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de diameter van de tap (22) groter is dan de straal van het cirkelvormige grondvlak (20) en ongeveer de helft van de diameter van het projektiel bedraagt.

9. Veelzijdig projektiel volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat de opgezette punt (24) uit veredeld staal bestaat en massief uitgevoerd is.

10. Veelzijdig projektiel volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat de punt (24.1) uit dunwandig veredeld staal bestaat en van binnen hol uitgevoerd is.

11. Veelzijdig projektiel volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat in de holle ruimte van de dunwandige punt (24) een pyrofore brand-massa (25) aangebracht is.