NO162313B - Gevaerloep for anvendelse ved hoey temperatur. - Google Patents

Description

Oppfinnelsens bakgrunn

Den foreliggende oppfinnelse angår et geværløp eller kanonløp, herefter for enkelhets skyld kalt geværløp ("gun barrel"), som er spesielt egnet for anvendelse ved forhøyede temperaturer.

Det er kjent at geværløp blir oppvarmet under lengre tids".bruk. Når bruk ved høyere og høyere temperaturer forekommer, vil stålet som geværløpene vanligvis er laget av, utsettes for vesentlige styrkereduksjoner, og de vil dessuten bli mindre dimensjonsmessig nøyaktige på. grunn av sterkere varmeekspansjon.

Geværløp kan bli oppvarmet på grunn av en rekke mekanismer. En slik mekanisme er forlenget bruk av geværet

i lengre perioder ved betydelige skuddhastigheter.

Et geværløp kan også bli oppvarmet i løpet av en forholdsvis kortere tid når det anvendes for hurtigere avfyring av prosjektiler.

Geværløp vil også bli oppvarmet når den energi

som anvendes for avfyring av prosjektilet økes, :som ved ut-vikling av høyere munnstykkehastighet for et prosjektil.

Når større mengder av drivmiddel eller når drivmiddel som

gir høyere energi ved forbrenning anvendes, kan dette også føre til en hurtigere oppvarming av geværløpet hvorfra pro-sjektilene avleveres.

Den hurtige oppvarming av et løp ved hurtig avfyring av prosjektiler i lengre tid kan forekomme selv om drivmiddelenergien er forholdsvis lav. Denne oppvarming skyldes delvis den friksjonsvarme som utvikles når det store antall prosjektiler akselleres langs løpet og med en hurtig avfyringssekvens.

Den måte som konstruksjoner som er laget for spe-sielle sluttanvendelser, som geværløp, svikter på kan bestem-mes ut fra qrunnleagende mekanismer. En slik mekanisme er den hastighet med hvilken varme kan overføres fra den interne konstruksjon, som mottar varmen, via veggkonstruksjonen og til en ytre overflate som kan avgi varmen. For eksempel blir i et geværløp varme mottatt av løpet på løpets indre på grunn av forbrenningen av og forbrenningsformen for driv-middelmaterialet. Dessuten kan friksjonskraft fra prosjektilet som beveger seg langs og mot overflaten av løpets indre, utvikle varme på den overflate som prosjektilet direkte kommer i kontakt med. Når den varmemengde som kan fjernes fra løpet via normal ledningsmekanisme er begrenset, setter dette også en grense for den anvendelse som et gevær kan utsettes for. Dersom temperaturene for løpet blir for høye, kan geværet svikte. Dette kan finne sted lokalt på geværløpets innvendige overflate ved lokal smelting eller metalldeformasjon ved høy temperatur eller i hele løpet etter hvert som"de fysikalske egenskaper for løpets samlede konstruksjon for-ringes. En slik forringelse.kan føre til brudd i løpet.

En annen måte som et løp kan svikte på, kan være av mekanisk art. En slik måte kan skyldes en enkel mekanisk svikt hva gjelder å ta opp de mekaniske krefter som påføres på geværløpet. Når for eksempel et drivmiddel antennes og forbrenner, utvikler det ikke bare varme, men også meget høye trykk, og dette trykk må mekanisk kunne taes opp av løpet. Når dessuten prosjektilet forlater dets patron og beveger seg langs løpet, vil riflingen på løpet mekanisk påføre en torsjonskraft på prosjektilet slik at dette får det spinn som er nødvendig for å hjelpe dette på dets nøy-aktige flukt mot en bestemmelse eller et mål. Når den mekaniske kraft som er nødvendig for å igangsette rotasjon av prosjektilet er for sterk, kan mekanisk svikt av løpet forekomme på det sted som befinner seg nær det kammer hvor løp^-. riflingen begynner.

Hva gjelder den varme som utvikles ved boringen for et geværløp, kan denne varme bygges opp meget hurtig til tross for den kjennsgjerning at varmen kan overføres gjennom løpets vegg til løpets ytre, på grunn av den høyere hastighet med hvilken varme kan produseres ved boringen sammenlignet med den hastighet med hvilken den produserte varme kan overføres gjennom løpveggens tykkelse på grunn av varme-ledning. For en løpvegg med lavere ledningsevne er denne varmeproduksjon når lange skuddsalver finner sted eller når varmen som' produseres av gassen er forholdsvis høy, konsentrert på boringsoverflaten og kan ikke ledes tilstrekkelig hurtig bort fra boringen på grunn av begrensningene i

ledningsevnen for varme gjennom løpveggens materiale.

Dette er en varmebrønneffekt i tykkelsen av løpet, men denne varmebrønn er tilgjengelig bare inntil temperaturen for selve løpet blir øket på grunn av produksjon i boringen av varme som er større enn den varmemengde som kan ledes gjennom veggtykkelsen basert på karakteristikaene for mate-rialet for selve veggen.

I virkeligheten må det kombinerte løp og drivmiddel behandles som et system fordi alle elementene for geværet må holdes i balanse. Et hvilket som helst element som er ute av balanse med de andre kan forårsake svikt. Hvis for eksempel drivmiddelet utvikler for høye trykk eller temperaturer eller anvendes i en for stor mengde, vil dette alene kunne forstyrre balansen mellom de mange komponenter for systemet og føre til for sterk varme og termisk nedbrytning av løpet eller boringsoverflaten.

Det er kjent innen industrien at dersom geværer skal konstrueres for å avfyre prosjektiler med betydelig høyere hastighet og med høyere energi, vil bedre geværløp være nødvendige.

For å kunne ta hånd om slike høyere temperaturer utviklet i løpene for geværer, er det teoretisk mulig å lage løpene av metall som motstår høyere temperaturer enn de lavlegerte carbonstål som vanligvis anvendes for fremstilling av geværløp.

Handelstilgjengelige metallegeringer for høytempe-raturanvendelser og som gir høy styrke, består av nikkel-eller coboltbaserte legeringer eller av ildfaste metaller og legeringer derav. De handelstilgjengelige nikkel- og cobolt-legeringer har generelt høyere varmeekspansjonskoeffisienter enn stål. Av denne grunn er de stort sett uegnede for løp-kappematerialer dersom et materiale med en kombinasjon av lav varmeekspansjon og høy styrke ved høye temperaturer til-strebes, hvilket er tilfellet for den foreliggende oppfinnelse .

Enkelte jern-nikkellegeringer, som Invar eller IN-907, er legert for å trekke fordel av visse magnetiske innbyrdes virkninger som fører til lav ekspansjonsoppførsel innen et område av temperaturer i alminnelighet under 500° C. Disse legeringer er imidlertid typisk svake sammenlignet med stål og har ganske lave elastisitetsmoduler innen temperaturområdet for lav ekspansjon.

De ildfaste metaller, og spesielt wolfram, tantal og molybden, tilfredsstiller kravene til lav ekspansjon ved høy temperatur og til bevarelse av høy styrke, men deres pris og høye densitet'- som varierer fra 10 til 19 g/cm 3, er for høye for praktiske formål.

For tiden kjente gevær- eller kanonløp er laget av lavlegerte carbonstål. Enkelte gevær- eller kanonløp er laget med kromforinger som er blitt elektroplettert på den innvendige diameter av de lavlegerte carbonstål som normalt anvendes som kappemateriale for de eksisterende geværløp. Slike kromforede løp er tilstrekkelige for et lavere område av prosjektilskuddhastigheter og et lavere nivå for drivmiddelenergier. Etter hvert som skuddhastighetene og drivmiddelenergiene økes, som omtalt ovenfor, vil imidlertid de grunnleggende lavlegerte carbonstålløp vise seg stadig mer utilstrekkelige.

Det er forutsagt at dersom egnede løp hadde vært tilgjengelige, ville opp til tre ganger så meget drivmiddel-energi anvendes sammenlignet med den vanlige anvendelse for å oppnå de tilsiktede prosjektilavfyringshastigheter og mun-ningshastigheter. Da de for tiden forekommende løp' av lavlegert carbonstål, og endog slike løp som er foret med krom, kan oppvise svikt på grunn av lokal smelting, gjør den økede energi som frigis i løpene og påføres på løpenes boring at de kromforede lavlegerte carbonstål blir utilstrekkelige for de høyere avfyringshastigheter og høyere drivmiddelenergier som skal anvendes.

Som angitt ovenfor vil de høyere operasjonstempera-turer som det tas sikte på for foreslåtte geværkonstruksjo-ner, stille sterke krav til geværsystemet. Helløpstempera-turer kan forventes å ligge innen temperaturområdet fra 750 til 950° C. Høy styrke for kappematerialet ved høy temperatur er av vesentlig betydning. Sterkere termisk utmattings-motstandsdyktighet er nødvendig på grunn av økede termiske utslag som geværene vil bli utsatt for. For å opprettholde løpets stabilitet vil mantelens elastisitetsmodul ved for-høyede temperaturer måtte være høyere enn for de for tiden forekommende lavcarbonstål.

Ekspansjonen av løpets dimensjoner på grunn av termiske utslag i for tiden forekommende og kjente legeringer hindrer langvarige skuddsalver på grunn av at etter hvert som geværets boring ekspanderer, vil prosjektilet ikke sam-arbeide på ønsket måte med riflingen i boringen og ikke oppnå det korrekte spinn eller den korrekte bane. Banenøyak-tigheten for løp som arbeider ved høyere prosjektilskuddhastigheter og ved høyere drivmiddelenergier vil ikke desto mindre være et viktig kriterium.

Et geværløp for anvendelse ved høyere anvendelsestemperaturer og en fremgangsmåte for fremstilling av dette er beskrevet i US patent 4 409 881 bevilget 18. oktober 1983.

Kortfattet beskrivelse av oppfinnelsen

Et formål ved den foreliggende oppfinnelse er derfor å tilveiebringe et geværløp som ikke er utsatt for tap av styrke og andre viktige egenskaper på grunn av oppvarmin-gen.

Det er et annet formål å tilveiebringe et geværløp som beholder de fleste av dets gode fysikalske egenskaper ved forhøyede temperaturer.

Det er et annet formål å tilveiebringe et geværløp som er i stand til å tåle vedvarende hurtig avfyring.

Det er et annet formål å tilveiebringe et geværløp som er i stand til å arbeide ved høyere temperaturer, til en forholdsvis lav pris.

Disse formål oppnås med geværløpet ifølge oppfinnelsen, idet geværløpet er foret med et plasmaavsatt ildfast materiale, og med et bærende legeme av en legering av nikkel, aluminium og molybden plasmaavsatt og bundet til den ildfaste forings ytre overflate og tilveiebringende en støttemantel for løpet, og geværløpet er særpreget ved at legeringen inneholder en mengde av aluminium og molybden som svarer til en verdi som faller innenfor kurven I på Fig. 5, idet resten utgjøres av nikkel, og at legeringen har en 0,2% konvensjonell flytegrense på over 917 MPa ved temperaturer opp til 660°C.

Kortfattet beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen og den måte som den settes ut i prak-sis på, vil bli bedre forstått ut fra beskrivelsen som følger under henvisning til de ledsagende tegninger, hvorav: Fig. 1 er et langsgående oppriss av en form av en dor for et geværløp som tilveiebragt i henhold til denne oppfinnelse. Fig. 2 er et langsgående oppriss av en foring som dannet på en dor som vist på Fig. 1. Fig. 3 er et langsgående oppriss, delvis i snitt, av en dor med en overliggende foring og med et overliggende mellomlag som tilveiebragt i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 er et langsgående snitt gjennom et geværløp som utformet med en patron på plass i geværkammeret. Fig. 5 er et diagram som viser vektprosenten av aluminium og molybden i legeringen nikkel-aluminium-molybden som er anvendbar som et løpsmetall for gjenstanden ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 6 er et sammenligningsdiagram for den 0,2 % konvensjonelle ytegrense i mpa (megapascal) innen et temperaturområde for vanlig geværløpstål og for en legering av nikkel-aluminium-molybden. Fig. 7 er et diagram som viser varmeekspansjon pr. lengdeenhet innen et temperaturområde for vanlig geværløp-stål sammenlignet med en legering av nikkel, aluminium og molybden.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Geværløpet i henhold til den foreliggende oppfinnelse lages slik at det kan anvendes ved forhøyede temperaturer innen området fra 750 til 950° C. Geværløpet lages av en kombinasjon av materialer som samarbeider ved at hvert av disse har høy elastisitetsmodul og lav varmeekspansjon.

En foring for geværløpet lages som beskrevet i internasjonal ansøkning PCT/US85/00756 innlevert 20. april 1985 og som på ny beskrevet med henvisning til de her forekommende Figurer 1 til 4.

En viktig prosess som anvendes for å danne elemen-ter for geværløpet ifølge den foreliggende oppfinnelse, er anvendelse av lavtrykksplasmaavsetningsmetoden.

F6ringen kan derfor lages av et ildfast materiale, som et ildfast metall, eller den kan lages av en ildfast forbindelse, som wolframcarbid, tantalcarbid eller lignende.

Et mellomlag kan bli laget mellom det ildfaste foringslag og løpets ytre mantel. Et nytt særtrekk ved geværløpet ifølge denne oppfinnelse er kombinasjonen av en innvendig foring med lav ekspansjonskoeffisient og en mantel som også har en ønsket lav ekspansjonskoeffisient sammen med vesentlig styrke ved høy temperatur. Dannelsen av et mellomlag er ikke vesentlig for utførelsen av den foreliggende oppfinnelse .

Legeringen som anvendes for å lage geværløpmante-len er, som antydet ovenfor, en legering av nikkel, aluminium og molybden.

Legeringen har bestanddeler i forholdsvise mengder som er beskrevet i US patent 2 542 962 til Kinsey.

US patent 3 617 397 beskriver en støpt superlege-ring på nikkelbasis inneholdende 8 vekt% aluminium og 18 vekt% molybden og resten nikkel.

US patent 4 012 241 og 4 111 723 beskriver begge retningsorientert størknede eutektiske materialer innen nikke1-aluminium-molybdensysternet.

US patent 3 975 219 beskriver en retningsorientert rekrystallisasjonsprosess for legeringene innen nikkel-aluminium-molybdensysternet. Australsk patent 531 066 beskriver en fremgangsmåte for å fremstille superlegerings-gjenstander med høy styrke og med på linje med hverandre orienterte korn og inneholdende nikkel, aluminium og molybden og andre bestanddeler. Som påpekt i det australske patent: "Den grunnleggende ternære legering har gode mekaniske korttidsegenskaper ved forhøyede temperaturer, men er beheftet med mikrostrukturene ustabiliteter som forårsaker en markert forringelse av egenskaper etter langvarige utset-telser for forhøyede temperaturer. Disse ustabiliteter innbefatter dannelsen av massive y'-partikler ved korngrensene og utskilling av Mo fra y-fasen. For visse anvendelser kan imidlertid den grunnleggende legering være tilstrekkelig."

Selv om det forekommer en rekke legeringsmaterialer av nikkel, aluminium, molybden som er beskrevet i disse patenter som det er henvist til, er de materialer som er de mest egnede for anvendelse for kombinasjonen i henhold til den foreliggende oppfinnelse, de som har en gunstig kombinasjon av fysikalske egenskaper innen et vidt temperaturområde.

I dette henseende ble fire legeringer av nikkel, aluminium, molybden prøvet for å fastslå deres fysikalske egenskaper innen et vidt temperaturområde. Legeringene er angitt i Tabell I ved hjelp av deres sammensetning såvel i atomprosent som vektprosent. Dessuten er krystalltypen angitt .

Resultatene av prøvningene av fysikalske egenskaper er oppsummert i Tabell II for hver av de fire legeringer.

hvor YS er den 0,2 % konvensjonelle flytegrense uttrykt i megapascal (mpa)

UTS er strekkfastheten uttrykt i mpa

rer prosenten for tøyning-til-svikt

- innebærer "ingen gyldige prøvningsdata".

Verdiene for den konvensjonelle flytegrense i Tabell II kan sammenlignes med verdiene for den konvensjonelle flytegrense for vanlige geværløpstål som er angitt i Tabell III.

En annen viktig egenskap for et mantelmetall for et geværløp som tilveiebragt ved den foreligende oppfinnelse, er en god slagmotstandsdyktighet. Charpy V-skårslagprøv-ninger ble utført på de fire legeringer og på geværløpstål. Resultatene er oppsummert i Tabell IV.

Resultatene av denne prøvning fører til den avslø-ring at på en samlet basis har den legering som i tabellene er identifisert som Legering 3 den beste kombinasjon av egenskaper. Den er sterkere enn geværløpstål.

Legering 4 har et godt sett med egenskaper som er noe dårligere enn for Legering 3, spesielt hva gjelder duk-tilitet ved værelsetemperatur.

Sammensetningene for disse legeringer er avsatt

på diagrammet på Fig. 5. Sammensetningene for nikkel, aluminium og molybden som bedømmes som foretrukne for anvendelse

for kombinasjonen i henhold til den foreliggende oppfinnelse, er innbefattet i det innvendige område som er betegnet med II på Figuren. Sammensetningene for nikkel, aluminium og molybden som anvendes i henhold til den foreliggende oppfinnelse, er de sammensetninger som faller innenfor de sammen-setningsområder som ligger innenfor den ytre kurve på Fig.5 og som på Figuren er betegnet som kurve I.

Det foretrekkes også å innbefatte 0,1 vekt% bor i nikkel-, aluminium- og molybdenlegeringen som anvendes for å fremstille geværløp i henhold til den foreliggende oppfinnelse .

Enkelte egenskaper for nikkel-, aluminium- og molybdenlegeringen i forhold til geværløpstål er avsatt på Figurene 6 og 7 for å vise enkelte av fordelene ved kombinasjonen ifølge den foreliggende oppfinnelse. På Fig. 6 er den 0,2 % konvensjonelle flytegrense blitt avsatt som funksjon av temperaturen for geværløpstål og for Legering 3 i henhold til tabellene. På Fig. 7 er varmeekspansjonen blitt avsatt som en funksjon av temperaturen for Legering 3 i henhold til

tabellene såvel som for geværløpstål.

En legering av nikkel, ca. 14 atomprosent aluminium og ca. 15 atomprosent molybden foretrekkes ved praktiseringen av den foreliggende oppfinnelse.

Det er nu .blitt erkjent at anvendelsen av nikkel-aluminium-molybdensystemet av legeringer for geværløpmantler er en anvendelse hvor den ønskede høye styrke ved høye temperaturer for legeringssystemet kan virke godt. For geværløp-anvendelse er den virkelige tid i løpet av hvilken løpet vil befinne seg ved forhøyede anvendelsestemperaturer som kan forårsake de metallurgiske virkninger som er beskrevet i det australske patent, så kortvarig relativt vurdert at det er mulig å oppnå fordelene ved kombinasjonen av egenskaper for metallet uten å lide av nedbrytende virkninger på grunn av rekrystallisasjon.

En lavtrykksplasmaavsetningsprosess fører til en hurtig størknende plasmaavsetning av det avsatte materiale. Dette tilfelle innbefatter tre forskjellige lag, innbefattende det første innvendige foringslag av ildfast metall, det annet mellomlag av kombinert ildfast metall og mantelmetall av nikkel-aluminium-molybden og det tredje eller ytre lag av mantelmaterialet. Slike avsetninger har typisk ført til en lagdensitet som er høyere enn 97 % av den teoretiske densitet for det avsatte materiale. Dessuten er forurens-ningsnivået i det avsatte materiale ganske lavt.

I henhold til teknikkens stand er det kjent at plasmaavsetning av lag av materialer i en luftatmosfære eller i en inert gassatmosfære med atmosfæretrykk fører til sterkt forurensede lag som typisk oppviser lav densitet for det avsatte materiale. Slike sterkt forurensede avsetninger med lav densitet er praktisk talt ubrukelige for anvendelser som innbefatter geværløp eller lignende anvendelser.

Det har vist seg at ved bruk av lavtrykksplasma-avsetningsprosessen kan betydelige forbedringer fås for geværløp hva gjelder deres konstruksjon, deres oppførsel og den pris til hvilken langt mer effektive geværløp kan fremstilles. Disse forbedringer kan oppnås dels på grunn av anvendelsen av lavtrykks-hurtigstørkningsplasmaavsetning for å danne sammensatte geværløp av flere lag, som forklart i den ovennevnte samtidig svevende internasjonale søknad,

og oppnåelsen av høy densitet i og mellom lagene av avsatt materiale av størrelsesordenen 97 % av den teoretiske densitet. Det skyldes også delvis oppnåelsen av en slik densitet ved lave forurensningsnivåer. Avsetningen av slike lag med høy densitet gjør det mulig å anvende de erholdte sammensatte geværløp for avfyring av ammunisjon med meget høy energi og med prosjektiler med meget høy hastighet. Anvendelsen av slike sammensatte flerlagsløp gjør det også mulig å avfyre langvarige skuddserier av ammunisjon med høye skuddhastigheter.

Ved den foreliggende oppfinnelse anvendes lavtrykks-avsetningen, men denne kombineres med LPPD-behandling med

dannelse av en sammensatt geværløpkonstruksjon med en ildfast fåring og en mantel med gode bruksegenskaper ved høy temperatur for fremstilling av et nytt geværprodukt. Som et første trinn av prosessen blir et innvendig ildfast lag eller foring dannet på en egnet dor.

Doren som et geværløp kan bli dannet på i henhold til den foreliggende oppfinnelse, er vist på Fig. 1. Doren har utvendige riflingsribber 10 dannet på sin ytre overflate 12, slik at en geværløpforing som dannes på doren, vil få tilsvarende utformede innvendige riflingsspor.

Etter at hele løpet er blitt dannet på doren, blir doren fjernet ved at den oppløses kjemisk eller ved hjelp av andre egnede midler.

Doren kan også innbefatte en større ende 14 over hvilken geværets kammer blir dannet. Kammeret og den rif-lede del gis en slik størrelse at en påfølgende fortetning på grunn av oppvarming vil gi løp med korrekte slutt-viimens joner.

På grunn av at riflingsribbene er utformet på dorens ytre og en slik utformning er forholdsvis enkel hva gjelder mekanisk bearbeidelse, kan ribbene gies hvilke som helst ønskede buer, og en form for ribbe som er spesielt foretrukken, er den ribbe med aksellerert stigning som er vist på Figur 1. Med andre ord vil etter hvert som prosjektilet først kommer i kontakt med riflingen, denne befinne seg på linje med aksen for løpets boring. Når så prosjektilet beveger seg langs løpets lengde, kan riflingens stigning forandres slik at prosjektilet gis en dreiemomentkompo-nent og slik at vinkelaksellerasjonen for selve prosjektilet øker.

På fig. 1 er en dor vist som har en overflate med ribber som er egnet for å gi én form for rifling som fører til aksellerert rotasjon, eller øket tvinn, for et prosjektil i et geværløp som er blitt dannet på doren. For denne dor er den første ribbing 16 bak kammeret 14 aksialt på linje slik at intet vridningsmoment påføres etter hvert som et prosjektil kommer i kontakt med komplementær, aksialt på linje orientert rifling i et løp. Stigningen for ribbene på doren i forhold til geværløpaksen og stigningen for den erholdte riflings stigning i et løp som er blitt dannet på doren, øker, som vist ved 18, videre nedover langs løpet fra kammeret 14. Ved å indusere den økede vridning lenger ned langs løpet fra kammeret, blir spenningen på grunn av vrid-ningen skilt fra eller spredd ut i forhold til den som produseres ved kammeret. Dette kan begunstige den samlede virkning av geværet hvori løpet anvendes. Etter at stig-ningsforandringen har funnet sted, holdes stigningen i forhold til løpets akse konstant, som ved 20, og for resten av løpets lengde.

Avsetningen av et ildfast metall på doren som vist på Fig. 2 for å danne en innvendig foring for et geværløp utføres ved anvendelse av vakuumplasmaavsetningsmetoder som beskrevet i patenter 3 839 618 og 4 418 124. Foringens tykkelse blir nøyaktig konstruert for å redusere bruken av mer kostbare og kritiske materialer til et minimum. For å optimalisere anvendelsen av slike kostbare foringsmaterialer blir en plasmakanon som avleverer plasmaet, beveget i forhold til arbeidsstykket slik at belegget på doren blir dannet med en betydelig grad av radial jevnhet rundt løpet. Avsetningen blir fortrinnsvis gjort med variert tykkelse for å anbringe høyere eller større tykkelser av foringsmaterialet på de partier av løpet hvor den sterkeste slitasje og den sterkeste oppvarming finner sted.

Et tykkere lag blir derfor dannet ved utløpet fra kammeret og også ved begynnelsen av riflingen. Dessuten blir en større tykkelse fortrinnsvis utformet ved boringens munning fordi det er en tilbøyelighet til utflatning av fla-tene mellom riflingene ved denne ende etter hvert som prosjektilet forlater munningsenden.

Etter at avsetningen av foringsmaterialet 22 er blitt avsluttet, som vist på Fig. 2, kan et mellomlag bli

dannet over foringen for å gi en overgang av egenskaper mellom egenskapene for foringen og egenskapene for mantelmetallet som utgjør hovedmassen av løpet. Mellomlaget kan lages ved å blande pulveret som anvendes for å danne foringen, med pulveret for mantelmetallet.

Dessuten blir foringen fortrinnsvis dannet som vist på Fig. 2, og mellomlaget blir dannet på toppen av foringen, som vist på Fig. 3, med ingen avbrytelser under formingsprosessen. Dette tillater oppnåelsen av god binding mellom disse lag. Dette tillater også at produktiviteten holdes på et høyt nivå. Dessuten tillater det oppretthol-delse av geværløptemperaturen på et nivå som er foretrukket for avsetningen av de smeltede metallpartikler fra plasmaet, og det tillater at en meget sterk integrerende binding som nærmer seg den teoretiske styrke, vil bli dannet mellom foringens ytre overflate og mellomlaget.

På grunn av at varmeekspansjonskoeffisienten for det ytre mantelmetall av en legering av nikkel, aluminium og molybden er lav og ligger nær den for materialer av ildfast type, er behovet for et mellomlag for å opprettholde en god binding mellom den plasmaavsatte foring og det plasmaavsatte mantelmateriale ikke så stort som det er i de tilfeller hvor de respektive ekspansjonskoeffisienter har større forskjel-ler. For et geværløp som beskrevet i den ovennevnte internasjonale søknad er mellomlaget som intimt kombinerer de to materialer som danner løpet og som har betydelig forskjellige varmeekspansjonskoeffisienter, mer viktig for løpets konstruksjon. I henhold til den foreliggende oppfinnelse kan et nytt løp dannes med en ildfast foring og et ytre løp og uten et mellomlag.

På grunn av at de fleste ildfaste materialer, innbefattende de ildfaste metaller, som wolfram, tantal, og også de ildfaste keramikklignende forbindelser av de ildfaste metaller, som wolframcarbid, tantalcarbid og lignende, har forholdsvis lave varmeekspansjonskoeffisienter og fordi varmekoeffisientene for geværløpmantelmaterialet av nikkel, aluminium og molybden også er lav, er behovet for mellomlag forholdsvis lite, og avsetningen av et vesentlig lag, som representert ved laget 31 på Fig. 3, er forholdsvis liten og kan sløyfes. Et mellomlag kan imidlertid være innbefattet på grunn av at dets dannelse ved hjelp av lavtrykksplasma-avsetningsprosessen er meget enkel og bekvem og bare krever at en blanding av forings- og mantelpulveret tilføres til plasmakanonen etter at foringen allerede er blitt dannet.

I ethvert tilfelle tillater lavtrykksplasmaavsetningsmetoden at en god metallurgisk binding blir dannet direkte mellom en ildfast foring og en nikkel-aluminium-molybden-mantel. På Fig. 3 er et delsnitt gjennom strukturen for geværløpmassen vist. På Fig. 3 er det innerste lag som er vist i snitt, seksjonen av doren ifølge Fig. 1. Det i snitt viste lag 28 er et snittoppriss av foringslaget avsatt som beskrevet ovenfor ved dannelsen av foringslaget ifølge Fig. 2. Det ytre lag 30 er mellomlaget som, som beskrevet umiddelbart ovenfor, kan holdes på et minimum eller sløyfes, som i henhold til den foreliggende oppfinnelse, hvor en kombinasjon av materialer blir innarbeidet i et geværløp og har et særpreget sett av fysikalske egenskaper for anvendelse i kombinasjon med hverandre i et geværløp og som også har forholdsvis nærlig-gende varmeekspansjonskoeffisienter.

Etter at foringen er blitt dannet ved lavtrykks-plasmaavsetning blir den ytre mantel av en legering av nikkel, aluminium og molybden med en forholdsvis lav ekspansjonskoeffisient dannet i form av hovedmassen av den bærende del av løpet. Legeringene som anvendes ved lavtrykksplasmaavset-ningen for geværløpmantelen på foringen, som vist på Fig. 4, er de legeringer av nikkel, aluminium og molybden som er beskrevet og omtalt ovenfor.

Etter at foringen og et eventuelt mellomlag er blitt dannet, vist på Fig. 3, blir det ytre lag av geværløp-metall avsatt ved suksessive gjennomganger langs løpet for å bygge opp det sammensatte løp som halvskjematisk vist på Fig. 4. Tegningene i henhold til Figurene 3 og 4 er betegnet som halvskjematisk fordi dimensjonene for foringen og et eventuelt mellomlag såvel som for mantellaget er vist avvikende fra de rette proporsjoner for å klargjøre den sammensatte art av den kombinerte foring og mantellaget og også for ved hjelp av tegningen å vise hva som ikke klart kan sees fra gjenstanden.

Den ferdige geværløpsgjenstand er vist i form av

et vertikalt aksialt snitt på Fig. 4 og gir et nytt gevær-løp som har en rekke fordeler som følger: For det første er det effektivt hva gjelder å opprettholde minimumsfriksjonen i kammeret slik at skuddene og patronene hurtig kan innføres i og fjernes fra kammeret.

For det annet hindrer den ildfaste metallforing

at boringens overflate smelter ved ladekammerenden og ellers

langs løpet. Dette sted er der hvor den høyeste temperatur blir utviklet etter hvert som drivmiddelet forbrenner i patronen og blir utstøtt fra patronåpningen 32 inn i ladekammerenden 30 for geværløpforingen, som vist på Fig. 4.

Det forstørrede ladekammer 34 blir ikke altfor sterkt oppvarmet, men det utsettes for sterke krefter som gjør at det er nødvendig med en høy elastisitetsmodul etter hvert som drivgassene i patronen ekspanderer.

På grunn av en god metallurgisk binding mellom foringen og mantelen av geværløpmetall fås et meget høyt varmeoverføringsnivå gjennom dette lag og fra laget slik at akkumuleringen av varme ved boringens overflate holdes på

et minimum. På grunn av at boringens overflate består av et ildfast materiale, innbefattende et metall som tantal, wolfram, molybden eller et lignende metall, eller keramiske materialer, carbider,oxyder eller lignende forbindelser av ildfaste eller andre metaller, kan imidlertid en slik ildfast overflate motstå oppvarming og' varmesjokk ved meget høye temperaturer uten begynnende smelting. Fordi metallet for foringen befinner seg ved de høyere temperaturer som kan tolereres av ildfaste materialer, forekommer en langt høyere termisk drivkraft som driver varmen fra foringsoverflaten gjennom geværløpmetallet og til geværløpets ytre. Den ytre geværløpoverflate består av legeringen av nikkel, aluminium og molybden og kan befinne seg ved en høyere temperatur som er vesentlig høyere enn den temperatur til hvilken vanlige geværløp av lavlegert stål kan oppvarmes uten at det går ut over fysikalske egenskaper. Fordi en slik legering kan fri-gi mer varme til dens omgivelser enn de vanlige geværløp uten å forårsake beskadigelse, er dens anvendelse for et geværløp mer effektivt. Det sammensatte geværløp ifølge oppfinnelsen kan derfor tåle høyere flammetemperaturer og tilfredsstille kravene til strukturmessig helhet for et geværløp med en høy ytelse.

Dessuten hindrer konstruksjonen av dette sammensatte geværløp slitasje av løpet lenger nedad, spesielt etter hvert som metallet for riflingen begynner å påføre kraft og roterende bevegelse på prosjektilet etter hvert som dette beveger seg fremad gjennom boringen. Denne sammensatte konstruksjon har den virkning at slitasjen blir mindre. På grunn av den meget effektive kontroll med riflingen i boringen og ved munningen og på grunn av mulighetene for å skreddersy riflingen slik at denne får forandret stigning langs lengden, blir dessuten utviklingen av sterk slitasje ved det parti av boringen hvor riflingen begynner, redusert. Dessuten forbedrer innarbeidelsen av de ildfaste metaller i den sammensatte konstruksjon geværløpet fordi disse beholder sine fysikalske egenskaper ved høyere temperaturer, og denne motstand mot høytemperaturslitasje påvirker dessuten en reduksjon av slitasjen i dette parti av boringen.

En ytterligere fordel er en minskning og hindring av utflatningen av riflingen, spesielt innen det område som befinner seg nær kammeret og munningen. Spesiel . skredder-sying av riflingens stigning nær boringen, for eksempel ved dannelse av doren ifølge Fig. 1 eller foringslaget ifølge Fig. 2, er på lignende måte mulig. Som nevnt ovenfor forekommer en sterkere tilbøyelighet for riflingen til å bli utsatt for slitasje ved løpets kammerende enn ved munningsenden. Anvendelsen av foringen i henhold til denne oppfinnelse sammen med det ildfaste metall og med den usedvanlig gode metallurgiske binding mellom det ildfaste metall og den massive metallmantel gir en sterkere motstandsdyktighet mot slitasje for denne del av disse komponenter. En nøkkelfor-del ved denne oppfinnelse er at det tilveiebringes en kombinasjon av et sterkt slitasjefast materiale som er bundet til en høyfast metallmantel slik at det fås et gevær som kan arbeide effektivt ved mer forhøyede temperaturer.

De materialer som anvendes for fremstilling av foringen ifølge den foreliggende oppfinnelse, er materialer som smelter ved høy temperatur, og disse kan innbefatte de følgende: Tantallegeringer, som Ta-10W (Ta-10w/o W) eller T-lll (Ta-8W-2Hf), niob-baserte legeringer (C-129Y), krom, wolfram-baserte, molybden-baserte legeringer (TZM), og platinagruppelegeringene. Materialene innbefatter også de ildfaste materialer som ikke er metaller, som carbider, oxyder, borider, såvel som cermeter og kombinasjoner av metaller og ildfaste materialer som ikke er metaller.

Foruten anvendelsen av vanlige metoder for å herde de ildfaste metaller ved forskjellige termiske-mekaniske legerings- og beslektede metoder gjør den foreliggende fremgangsmåte det mulig å tilsette forbindelser, som carbider, oxyder og borider, som kan innarbeides i pulveret hvorfra de forskjellige lag for produktet ifølge den foreliggende oppfinnelse kan fremstilles. Alternativt kan den innerste overflate av foringen bestå fullstendig av oxyd, carbid eller borid, med en gradering henimot et ildfast metall.

Den dor som den ildfaste foring blir plasmaavsatt på, kan være glatt for slike løp som benyttes for avfyring av finnestabiliserte prosjektiler.

En glatt løpsboring kan lages for senere maskinering for dannelse av innvendig rifling. Imidlertid går enkelte av fordelene ved den foreliggende oppfinnelse tapt dersom det tynne lag av det ildfaste metall først blir dannet på løpets indre, og denne overflate deretter blir maskinert på et senere tidspunkt etter at doren er blitt fjernet.

Vanlig maskinering innbefatter brosjing,

roterende smiing eller elektrokjemisk maskinering og ville ha ødelagt den beskyttende, innvendige, ildfaste foring.

Disse trinn unngås imidlertid når selve doren har den form for rifling som boringen skal få, slik at boringen ikke behøver å måtte maskineres på et senere tidspunkt. Geværløpene ifølge den foreliggende oppfinnelse fremstilles uten innvendig maskinering selv om den utvendige overflate kan bli maskinert til sluttdimensjonene.

Et grenseflatelag mellom den ildfaste foring og nikkel-, aluminium-, molybden-mantelmetaller er ikke av vesentlig betydning for utførelsen av den foreliggende oppfinnelse. Et slikt mellomlag kan imidlertid innarbeides i geværløpskonstruksjonen.

Når dette anvendes, blir grenseflatelaget mellom f6ringen og mantelen fortrinnsvis laget slik at det har en gradvis overgang i egenskaper mellom egenskapene for det ildfaste materiale for foringen og egenskapene for mantelens metallegering. Et slikt mellomlag kan hjelpe til med å sikre at det i hvert tilfelle fås en sund metallurgisk binding mellom lagene. Den gradvise overgang i egenskaper er i alminnelighet ikke viktig for at støtteegenskapene for den ytre mantel skal være tilgjengelige for geværløpets f6ring, spesielt dersom de respektive ekspansjonskoeffisienter ligger ganske nær hverandre.

Geværløpets utvendige mantel som gjør at det får den nødvendige styrke og stivhet, blir også vakuumplasma-dannet. Mantelen kan plasmapåsprøytes til nesten den korrekte form og for å innbefatte avsetninger av metall for forskjellige klemmer og monteringsmekanismer ved å regulere tallet av plasmapåsprøytingsgjennomganger. Denne regulering kan utøves ved å utvikle et program for den relative bevegelse mellom plasmakanonen og doren etter hvert som geværløp-lagene blir dannet og avsatt på doren.

Et sort korrosjonsbeskyttende belegg kan påføres på mantelen for geværløp som ikke krever utvendig maskinering, som for eksempel når det finnes klemmeoverflater som må utformes med strenge toleranser. Den sorte overflate hjelper til ved varmestråling med å forbedre avkjølingen av løpet og også ved å gi begrenset korrosjonsbeskyttelse.

Dersom metallet blir dannet med hulrom på grunn

av vakuumplasmapåsprøytingen, kan hulrommene reduseres eller fjernes ved sekundære behandlinger av løpet. En slik be-handling innbefatter oppvarming av løpet til en forhøyet temperatur i en tid som konsoliderer metallet for løpet. Alternativt kan isostatisk varmgasspressing anvendes. For enkelte løp kan dessuten varmsmiing anvendes for å konsoli-dere løpet etter at det er blitt dannet ved påsprøyting.

Etter at løpet er blitt konsolidert, blir doren mekanisk fjernet eller oppløst kjemisk slik at det etterla-tes en ferdig innvendig ildfast overflate som skal anvendes som den innvendige overflate for geværløpsforingen.

En varmebehandling for å få ønskede mekaniske egenskaper kan utføres på foringen og mantelen etter at doren er blitt fjernet. En slik varmebehandling kan bidra til at den kombinerte geværløpskonstruksjon får bevegelser og til å forbedre dens egenskaper.

En fordel ved den foreliggende oppfinnelse er at den sammensatte konstruksjon kan lages under anvendelse av bare to adskilte pulvere som skal tilføres til plasmakanonen. Ett pulver er det ildfaste metallpulver og det annet er man-telmetallpulveret. Dessuten kan geværløpet dannes ved en kontinuerlig plasmapåsprøytingsprosess som starter med det ildfaste metall for å avsette foringen over dorens samlede lengde, hvoretter det skiftes over til en pulverblanding av ildfast pulver og mantelmetallpulver for å danne mellomlaget dersom et slikt skulle være ønsket, og deretter skiftes over til et pulver som fullstendig består av et mantelmateriale.

En større tykkelse av foringsmetall kan bli avsatt rundt dorens kammerende eller rundt det parti av doren hvor den største spenning skal utvikles, basert på konstruksjonen av løpet og den anvendelse som dette skal utsettes for.

En større foringstykkelse kan dannes ved den seksjon av løpet hvor prosjektilet først treffer riflingen dersom riflingsmønsteret er et mønster som utvikler sterk spenning i denne seksjon.

Abrasjon og nedslitning av riflingen ved munningen kan minskes ved å øke foringens tykkelse ved denne seksjon av løpet.

Den innvendige foring kan egnet ha en tykkelse av mellom 0,13 og 0,50 mm, mellomlaget, dersom et slikt anvendes, kan ha en tykkelse av 0,03 - 0,50 mm, og mantelen kan ha en tykkelse som varierer fra 1 cm til 2 cm for anvendelse for finkalibret eller middels kalibret ammunisjon.

Claims (4)

1. Geværløp foret med et plasmaavsatt ildfast materiale t og med et bærende legeme av en legering av nikkel, aluminium og molybden plasmaavsatt og bundet til den ildfaste forings ytre overflate og tilveiebringende en støttemantel for løpet, karakterisert ved at legeringen inneholder en mengde av aluminium og molybden som svarer til en verdi som faller innenfor kurven I på Fig. 5, idet resten ut<g>jøres av nikkel, og at legeringen har en 0,2% konvensjonell flytegrense på over 917 MPa ved temperaturer opp til 660°C.

2. Geværløp ifølge krav 1, karakterisert ved at legeringen inneholder en mengde av aluminium og molybden som svarer til en verdi som ligger innenfor kurven II ifølge Fig. 5, idet resten er nikkel.

3. Geværløp ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at legeringen er en legering av nikkel som inneholder 6,4 vekt% aluminium og 24,2 vekt% molybden.

4. Geværløp ifølge krav 1-3, karakterisert ved at det ildfaste materiale er minst ett ildfast metall som er valgt fra gruppen be-stående av wolfram, tantal og molybden.