DE3430128C2

DE3430128C2 - Penetrator for a kinetic energy projectile

Info

Publication number: DE3430128C2
Application number: DE19843430128
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl.-Ing. 2822 Schwanewede Schrader; Henning Dipl.-Phys. 2800 Bremen Stuke; Horst Dr.-Ing. 2860 Osterholz-Scharmbeck Weiß
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1984-08-16
Filing date: 1984-08-16
Publication date: 1987-02-26
Also published as: DE3430128A1

Abstract

Zur Herstellung eines Kernteils hoher Dichte ist vorgesehen, diesen aus einzelnen gezogenen Drähten aus Schwermetall relativ großer Festigkeit zu bilden. Hierbei werden die Drähte jeweils mit einem Matrixwerkstoff beschichtet und die im Bündel zusammengehaltenen Drähte durch Schmieden, Walzen, Ziehen oder dergleichen derart verdichtet, daß die einzelnen Drähte jeweils im wesentlichen hexagonale Querschnittsform einnehmen. Insgesamt wird somit ein bienenwabenförmiger Querschnitt als Verbundwerkstoff erzielt.To produce a core part of high density, it is intended to be made from individual drawn wires made of heavy metal of relatively high strength. The wires are each coated with a matrix material and the wires held together in the bundle are compressed by forging, rolling, drawing or the like in such a way that the individual wires each take on an essentially hexagonal cross-sectional shape. Overall, a honeycomb-shaped cross-section is thus achieved as a composite material.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Penetrator für ein Wuchtgeschoß mit einem Kernteil aus einem zusammengehaltenen Bündel Drähte aus Schwermetall mit relativ großer Festigkeit, wie Uran, Wolfram, Tantal oder deren Legierungen, wobei die Drähte jeweils mit einem Matrixwerkstoff beschichtet sind.The invention relates to a penetrator for a kinetic energy projectile with a core part made of a bundle of wires held together made of heavy metal with relatively high strength, such as uranium, tungsten, tantalum or their alloys, wherein the wires are each coated with a matrix material.

Munition dieser Art ist vielfältig bekannt. Es werden hierbei an den Kernteil sowohl für die Beschleunigung im Waffenrohr als auch beim Durchdringungsvorgang extreme Anforderungen hinsichtlich seiner Werkstoffeigenschaften gestellt. Die Anforderungen an die Dichte sowie Festigkeit und Duktilität sollen dabei so hoch wie möglich sein, so daß in praxi ein Kompromiß angestellt werden muß, da die gestellten Forderungen teilweise sich gegenläufig auswirken.Ammunition of this type is widely known. Extreme demands are placed on the core part in terms of its material properties, both for acceleration in the gun barrel and during the penetration process. The requirements for density, strength and ductility should be as high as possible, so in practice a compromise must be made, since the requirements sometimes have opposing effects.

Ein gattungsgemäßer Penetrator ist nach der DE-OS 29 48 375 bekanntgeworden. Es ist dabei vorgeschlagen worden, für Kernteile hochfeste Materialien zu verwenden und die Kernteile aus runden, beschichteten Drähten in einer Hexagonalform anzuordnen und in einem Bad durch ein Matrixmaterial die vorhandenen Hohlräume zwischen den Drähten auszufüllen. Es hat sich aber gezeigt, daß hierdurch keine ausreichende Dichte erzielbar ist. Die weiterhin aus diesem Stand der Technik zu entnehmende Anordnung mit Viertelstäben zur Erzielung einer größeren Dichte ist in der Praxis mit hochfesten Materialien nicht möglich.A penetrator of this type is known from DE-OS 29 48 375. It was proposed to use high-strength materials for core parts and to arrange the core parts made of round, coated wires in a hexagonal shape and to fill the existing cavities between the wires with a matrix material in a bath. However, it has been shown that sufficient density cannot be achieved in this way. The arrangement with quarter rods to achieve greater density, which can also be taken from this state of the art, is not possible in practice with high-strength materials.

Weiterhin ist nach der DE-AS 28 48 019 ein Verfahren zur Drahterzeugung aus Schwermetallpulvern für die Anwendung in panzerbrechenden Geschossen aus einer Wolfram enthaltenden Schwermetall-Sinter-Legierung bekanntgeworden. Hierbei wird durch eine Querschnittsverminderung eine Härterhöhung erzielt und über die anschließende Pressung in Stangenform durch eine Düse eine Verformung der kugelförmigen Wolframkörner zu länglichen Körnern verformt. Diese Anordnung bezieht sich nicht auf eine gattungsgemäße Anordnung, wobei keine Verformung der einzelnen Körner angestrebt wird.Furthermore, according to DE-AS 28 48 019, a process for producing wire from heavy metal powders for use in armor-piercing projectiles made from a heavy metal sintered alloy containing tungsten has become known. In this process, an increase in hardness is achieved by reducing the cross-section and the spherical tungsten grains are deformed into elongated grains by subsequently pressing them into rod form through a nozzle. This arrangement does not refer to a generic arrangement, in which no deformation of the individual grains is sought.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Weise einen gattungsgemäßen Penetrator zu schaffen, der die für den Durchdringungsvorgang erforderlichen Anorderungen, insbesondere durch eine hohe Dichte gewährleistet und auch ein kontinuierliches Fertigungsverfahren ermöglicht.The object of the invention is to provide a generic penetrator in a simple manner which ensures the requirements necessary for the penetration process, in particular by a high density and also enables a continuous manufacturing process.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die im Bündel angeordneten Drähte durch Schmieden, Walzen, Ziehen oder dergleichen derart zusammen verdichtet sind, daß die einzelnen Drähte jeweils im wesentlichen eine hexagonale Querschnittsform einnehmen und insgesamt einen bienenwabenförmigen Querschnitt als Verbundwerkstoff ergeben.This object is achieved according to the invention in that the wires arranged in the bundle are compressed together by forging, rolling, drawing or the like in such a way that the individual wires each assume a substantially hexagonal cross-sectional shape and overall result in a honeycomb-shaped cross-section as a composite material.

Hierbei tritt der Vorteil ein, daß sich durch die Krafteinwirkung von außen quasi automatisch die dichteste Packung mit einer hexagonalen Form der einzelnen Drähte einstellt und damit eine Materialdichte des Drahtmaterials von 99% erreichbar ist. Durch die Matrixbeschichtung bilden sich in bekannter Weise Zwischenschichten zur Adhäsionssteigerung. Ein auf diese Weise aufgebauter Verbundwerkstoff weist neben der hohen Dichte auch höchste Festigkeits- und Bruchzähigkeitseigenschaften auf, da die verwendeten Drähte an sich eine sehr hohe Festigkeit besitzen und der Rißfortschritt durch die zu überwindenden Phasengrenzen behindert ist.The advantage here is that the external force almost automatically creates the densest packing with a hexagonal shape of the individual wires, and a material density of 99% of the wire material can be achieved. The matrix coating forms intermediate layers in the usual way to increase adhesion. A composite material constructed in this way not only has a high density but also the highest strength and fracture toughness properties, since the wires used are inherently very strong and crack propagation is hindered by the phase boundaries that have to be overcome.

Um eine gute Anpassung an den Verwendungszweck zu erzielen, wird vorgeschlagen, daß die einzelnen Drähte des zusammengefaßten Bündels aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind.In order to achieve a good adaptation to the intended use, it is proposed that the individual wires of the combined bundle be made of different materials.

Ein günstiges Verfahren zur Herstellung besteht erfindungsgemäß darin, daß die einzelnen Drähte durch einen Matrixwerkstoff beschichtet und mehrere Drähte zu einem Bündel zusammengeführt sowie mit einer Ummantelung versehen werden und dann durch Schmieden, Walzen oder Ziehen verdichtet werden.According to the invention, a favorable method of production consists in coating the individual wires with a matrix material and combining several wires to form a bundle and providing them with a sheath and then compacting them by forging, rolling or drawing.

Um eine Anpassung an die gewünschten Eigenschaften vorzunehmen, wird vorgeschlagen, daß die Drähte vor dem Verdichten auf eine Temperatur zwischen 300°C und 1000°C aufgeheizt werden und nach dem Verdichten eine Wärmebehandlung mit Aufheizen auf Härtetemperatur des Matrixwerkstoffes und anschließender Abschreckung durchgeführt wird.In order to adapt to the desired properties, it is proposed that the wires be heated to a temperature between 300°C and 1000°C before compaction and that a heat treatment with heating to the hardening temperature of the matrix material and subsequent quenching be carried out after compaction.

Ein einfaches Verfahren zur Aufbringung des Matrixwerkstoffes besteht darin, daß die einzelnen Drähte durch Oberflächenbeschichtung mit Matrixwerkstoff im Hochvakuum durch Ionenplattieren, Sputtern oder Chemical Vapor Deposition derart dünn versehen werden, daß sich nach Verdichtung eine schmale Brücke zwischen den Drähten bildet.A simple method for applying the matrix material is to coat the individual wires with matrix material in a high vacuum using ion plating, sputtering or chemical vapor deposition, making them so thin that that after compaction a narrow bridge is formed between the wires.

Um ein kontinuierliches Fertigungsverfahren durchzuführen, wird vorgeschlagen, daß die beschichteten Drähte nach ihrer Bündelung in zusammenschweißbare Rohrhalbschalen zur Verdichtung eingekapselt werden.In order to carry out a continuous manufacturing process, it is proposed that the coated wires, after being bundled, be encapsulated in weldable tube half-shells for compaction.

In der Zeichnung ist eine vergrößerte Darstellung eines Schliffbildes eines Kernteilquerschnittes dargestellt.The drawing shows an enlarged view of a micrograph of a core cross-section.

Die zur Erzeugung des Verbundwerkstoffes für den Kernteil 1 vorgesehenen Drähte 2 mit rundem Querschnitt werden dünn mit Matrixwerkstoff 3 beschichtet. Dieses wird durch ein bekanntes Beschichtungsverfahren, wie Hochvakuumbedampfen, Sputtern, Chemical Vapor Deposition oder durch Galvanik durchgeführt. Zweckmäßigerweise geschieht dieses kontinuierlich in einem Durchlaufverfahren.The wires 2 with a round cross-section intended for producing the composite material for the core part 1 are thinly coated with matrix material 3. This is carried out by a known coating process, such as high vacuum vapor deposition, sputtering, chemical vapor deposition or by electroplating. This is expediently done continuously in a continuous process.

Die für den herzustellenden Querschnitt des Kernteils 1 benötigte Anzahl von Drähten 2 wird dann zu einem Bündel zusammengeführt und über zwei Halbschalen zur Bildung eines Rohrteiles zusammengehalten. Hierbei werden die Halbschalen durch Längsnähte zu einem Rohrteil verschweißt.The number of wires 2 required for the cross-section of the core part 1 to be produced is then brought together into a bundle and held together by two half-shells to form a pipe part. The half-shells are welded to form a pipe part using longitudinal seams.

Die nunmehr im Rohrteil zusammengehaltenen Drähte 2 werden auf eine höhere Temperatur erwärmt und beispielsweise durch Feinschmieden oder Walzen verdichtet. Durch die Verdichtung nehmen die Drähte 2 schließlich die gewünschte hexagonale Querschnittsform als dichteste Packungsform an. Hierdurch wird eine optimale Raumausfüllung erreicht und quasi die Dichte des verwendeten Materials erreicht.The wires 2 , which are now held together in the tube part, are heated to a higher temperature and compacted, for example, by fine forging or rolling. As a result of the compaction, the wires 2 finally take on the desired hexagonal cross-sectional shape as the densest packing form. This achieves optimal space filling and, in a sense, the density of the material used is achieved.

Der auf die Drähte 2 aufgebrachte Matrixwerkstoff 3 vermittelt dabei die Haftung zwischen den einzelnen Drähten 2 und stellt somit als Brücke die Kraftübertragung sicher.The matrix material 3 applied to the wires 2 provides adhesion between the individual wires 2 and thus acts as a bridge to ensure force transmission.

Zweckmäßigerweise ist der Aufbau des Verfahrens so anzuordnen, daß das gesamte Fertigungsverfahren kontinuierlich abläuft und der aus der Verformungseinheit austretende Verbundwerkstoffstrang nur auf seine Länge geschnitten werden muß.It is expedient to arrange the process in such a way that the entire manufacturing process runs continuously and the composite material strand emerging from the forming unit only has to be cut to its length.

Claims

1. Penetrator for a kinetic energy projectile with a core part made of a bundle of wires held together made of heavy metal with relatively high strength, such as uranium, tungsten, tantalum or their alloys, the wires each being coated with a matrix material, characterized in that the wires ( 2 ) arranged in the bundle are compressed together by forging, rolling, drawing or the like in such a way that the individual wires ( 2 ) each assume a substantially hexagonal cross-sectional shape and overall result in a honeycomb-shaped cross-section as a composite material.

2. Penetrator according to claim 1, characterized in that the individual wires ( 2 ) of the combined bundle are made of different materials.

3. A method for producing a penetrator according to one of claims 1 or 2, characterized in that the individual wires ( 2 ) are coated with a matrix material ( 3 ) and several wires ( 2 ) are brought together to form a bundle and provided with a sheath and then compacted by forging, rolling or drawing.

4. Method according to claim 3, characterized in that the wires ( 2 ) are heated to a temperature between 300°C and 1000°C before compaction and after compaction a heat treatment with heating to the hardening temperature of the matrix material ( 3 ) and subsequent quenching is carried out.

5. Method according to claim 3 or 4, characterized in that the individual wires ( 2 ) are provided with a surface coating with matrix material ( 3 ) in a high vacuum by ion plating, sputtering or chemical vapor deposition so thin that after compaction a narrow bridge is formed between the wires ( 2 ).

6. Method according to one of claims 3 to 5, characterized in that the coated wires ( 2 ) are encapsulated after their bundling in weldable pipe half-shells for compaction.