RU112390U1

RU112390U1 - ARMOR BARRIER CORE

Info

Publication number: RU112390U1
Application number: RU2011135011/11U
Authority: RU
Inventors: Валерий Сергеевич Фадеев; Александр Викторович Конаков; Юрий Леонидович Чигрин; Олег Викторович Штанов; Юрий Васильевич Ободовский; Николай Михайлович Паладин; Владимир Григорьевич Михеев; Владимир Николаевич Иванов; Виктор Иванович Щитов; Наталья Владимировна Стародуб; Олег Викторович Довгаль; Владимир Александрович Николаев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТехКомплект"
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2012-01-10

Abstract

Сердечник бронебойной пули, выполненный из твердого сплава с пределом прочности на сжатие более 4000 МПа, твердостью HRA не ниже 88,5 единиц, коэффициент интенсивности напряжений К1С не ниже 8 МПа·м1/2, имеет форму тела вращения в виде соединенных между собой головной части в виде конуса и хвостовой части в виде цилиндра, головная часть выполнена остроконечной, отличающийся тем, что остроконечная часть имеет скругление острия конуса до 0,33 мм, длина головной части составляет (0,7-2,1)d, длина сердечника составляет (1,95-5,55)d, хвостовая часть имеет фаску или радиус закругления до 0,15d, где d - диаметр сердечника пули равен (0,6-0,95)D, где D - калибр пули, поверхность сердечника полностью или частично имеет шероховатость не хуже Ra 1,6, материал сердечника содержит от 6 до 9 мас.% кобальта и/или никеля, остальное карбид вольфрама, при этом количество зерен основной фракции карбида вольфрама с размером 1-2 мкм составляет не менее 60%, размер отдельных крупных зерен карбида вольфрама с размером зерен более 4-кратного превышения среднего размера зерна не допускается. The core of an armor-piercing bullet made of hard alloy with a compressive strength of more than 4000 MPa, a hardness of HRA not less than 88.5 units, a stress intensity factor K1C not less than 8 MPa m1 / 2, has the shape of a body of revolution in the form of a connected head part in the form of a cone and a tail part in the form of a cylinder, the head part is made pointed, characterized in that the pointed part has a rounding of the tip of the cone to 0.33 mm, the length of the head part is (0.7-2.1) d, the length of the core is ( 1.95-5.55) d, the tail part has a chamfer or a radius of curvature up to 0.15d, where d is the diameter of the bullet core is (0.6-0.95) D, where D is the bullet caliber, the core surface is completely or partially has a roughness not worse than Ra 1.6, the core material contains from 6 to 9 wt.% cobalt and / or nickel, the rest is tungsten carbide, while the number of grains of the main fraction of tungsten carbide with a size of 1-2 microns is not less than 60%, size of individual coarse grains of tungsten carbide with a grain size more than 4 times the average grain size is not allowed.

Description

Полезная модель относится к боеприпасам, в частности к пулям автоматным и винтовочным, имеющим сердечник из твердого сплава с высоким пробивным действием.The utility model relates to ammunition, in particular to automatic and rifle bullets having a hard alloy core with high penetration.

Известно техническое решение, в котором твердосплавный сердечник состоит из хвостовой части и головной части, имеющей оживальную форму, выполнен из материала, обладающего пределом прочности на сжатие более 4000 мПа и имеющий угол при вершине от 90° до 120°, при этом указанный угол скругляют радиусом (0,2-0,6) мм (Патент RU №2254551).A technical solution is known in which the carbide core consists of a tail part and a head part having a lively shape, made of a material having a compressive strength of more than 4000 MPa and having an angle at the apex of 90 ° to 120 °, while the specified angle is rounded with a radius (0.2-0.6) mm (Patent RU No. 2254551).

Недостатком известного решения также является недостаточная пробивная способность сердечника металлической брони. Не смотря на то, что в данном решении прочность материала на сжатие должна быть не менее 4000 МПА, основным видом разрушения сердечника является скол хвостовика и головной части. В случае, когда сердечник пробивает бронеплиту, разрушается хвостовик, который в принципе не входил в контакт с материалом бронеплиты. Осколки сердечника обладают низкой запреградной поражающей способностью. Недостаток обусловлен не оптимальным соотношением геометрических параметров сердечника.A disadvantage of the known solution is also the lack of penetration of the core of metal armor. Despite the fact that in this solution, the compressive strength of the material should be at least 4000 MPA, the main type of core destruction is the chipping of the shank and the head. In the case when the core pierces the armor plate, the shank, which, in principle, did not come into contact with the material of the armor plate, is destroyed. Shards of the core have a low backward damaging ability. The disadvantage is not due to the optimal ratio of the geometric parameters of the core.

Известно техническое решение, принятое в качестве прототипа, в котором сердечник бронебойной пули выполнен из твердого сплава с пределом прочности на сжатие более 4000МПа, твердость HRA не ниже 88,5 единиц, коэффициент интенсивности напряжений K_1C не ниже 8 МПа·м1/2, при этом поверхность сердечника полностью или частично имеет шероховатость не выше Ra 0,8 в виде тела вращения, состоящего из головной части, имеющей оживальную форму в виде конуса, и хвостовой части, имеющей форму соединенных между собой цилиндра и усеченного конуса, меньший диаметр конуса равен 0,80-0,98 диаметра большего диаметра конуса хвостовика, который равен диаметру цилиндра и диаметру головной части сердечника, а длина цилиндрической части составляет 0,01-100 длины усеченного конуса хвостовика, поверхность сердечника полностью или частично имеет шероховатость не выше Ra 0,8 что конус головной части сердечника выполнен остроконечным с углом при вершине от 10 до 38°. (патент РФ на полезную модель №97514).A technical solution is known, adopted as a prototype, in which the core of the armor-piercing bullet is made of a hard alloy with a compressive strength of more than 4000 MPa, HRA hardness not lower than 88.5 units, stress intensity factor K _1C not lower than 8 MPa · m1 / 2, the surface of the core, in whole or in part, has a roughness not higher than Ra 0.8 in the form of a body of revolution, consisting of a head part having an animated shape in the form of a cone, and a tail part having the form of a cylinder and a truncated cone interconnected, smaller diameter of the diameter of 0.80-0.98 of the diameter of the larger diameter of the shank cone, which is equal to the diameter of the cylinder and the diameter of the head of the core, and the length of the cylindrical part is 0.01-100 of the length of the truncated cone of the shank, the surface of the core completely or partially has a roughness not higher than Ra 0.8 that the cone of the head of the core is pointed with an angle at the apex of 10 to 38 °. (RF patent for utility model No. 97514).

Недостатком известного решения также является недостаточная запреградная пробивная способность сердечника при пробитии им металлической брони. Доля сердечников, которые разрушились на несколько осколков и практически потеряли свою запреградную поражающую способность, остается большой. Макрохрупкое разрушение сердечника остается значительным. Недостаток обусловлен не оптимальным соотношением геометрических параметров сердечника и микроструктурных составляющих твердого сплава.A disadvantage of the known solution is also the insufficient over-penetrating ability of the core when it penetrates metal armor. The proportion of cores that have collapsed into several fragments and have practically lost their damaging ability, remains large. The macro-fragile core failure remains significant. The disadvantage is not due to the optimal ratio of the geometric parameters of the core and microstructural components of the hard alloy.

В основу полезной модели поставлена задача повышения пробивной способности твердосплавным сердечником металлической брони и увеличение запреградного поражения.The utility model is based on the task of increasing the breakdown ability of the hard-alloy core of metal armor and increasing the damages.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат заключающийся в снижение количества сердечников имеющих макрохрупкое разрушения при пробитии брони, увеличение запреградного поражения сердечника бронебойной пули, повышения кучности поражения при увеличении дальности, снижение трудоемкости изготовления сердечника.In the process of solving this problem, a technical result is achieved consisting in reducing the number of cores having macro-brittle fracture upon penetration of the armor, increasing the damage to the core of the armor-piercing bullet, increasing the accuracy of the damage with increasing range, reducing the complexity of manufacturing the core.

Указанный технический результат достигается заявляемым сердечником бронебойной пули, выполненный из твердого сплава с пределом прочности на сжатие более 4000 МПа, твердостью HRA не ниже 88,5 единиц, коэффициент интенсивности напряжений К_1С не ниже 8 МПа_*м^1/2, имеет форму тела вращения в виде соединенных между собой головной части в виде конуса и хвостовой части в виде цилиндра, головная часть выполнена остроконечной при этом остроконечная часть имеет скругление острия конуса до 0,33 мм, длина головной части составляет (0,7-2,1)d, длина сердечника составляет (1,95-5,55)d, хвостовая часть имеет фаску или радиус закругления до 0,15d, где б?-диаметр сердечника пули равен (0,6-0,95)D, где D-калибр пули, поверхность сердечника полностью или частично имеет шероховатость не хуже Ra 1,6, материал сердечника содержит от 6 до 9% масс. кобальта и/или никеля, остальное карбид вольфрама, при этом количество зерен основной фракции карбида вольфрама с размером 1-2 мкм составляет не менее 60%, размер отдельных крупных зерен карбида вольфрама с размером зерен более 4-х кратного превышении среднего размера зерна не допускается.The specified technical result is achieved by the claimed core of the armor-piercing bullet made of a hard alloy with a compressive strength of more than 4000 MPa, with a hardness of HRA not lower than 88.5 units, a stress intensity factor K _{1C of} at least 8 MPa _* m ^1/2 , has the shape of a body of revolution in the form of a connected head part in the form of a cone and a tail part in the form of a cylinder, the head part is made pointed and the pointed part has a rounding of the tip of the cone to 0.33 mm, the length of the head part is (0.7-2.1) d, core length s sets (1.95-5.55) d, the tail has a chamfer or a radius of curvature up to 0.15d, where the β-diameter of the bullet core is (0.6-0.95) D, where D is the bullet’s caliber, surface the core completely or partially has a roughness not worse than Ra 1.6, the core material contains from 6 to 9% of the mass. cobalt and / or nickel, the rest is tungsten carbide, while the number of grains of the main fraction of tungsten carbide with a size of 1-2 microns is at least 60%, the size of individual large grains of tungsten carbide with grains more than 4 times the average grain size is not allowed .

Снижение числа сердечников, которые хрупко разрушаются, при пробитии брони достигается за счет выполнения сердечника оптимального по геометрической форме и по свойствам материала. Изготовление сердечника в виде тел вращения, соединенных между собой головной части в виде конуса и хвостовой части в виде цилиндра с оптимальными геометрическими размерами позволяет повысить кучность поражения при увеличении дальности. Оптимизация физико-механических свойств твердосплавного материала, из которого изготовляется сердечник по макро и микроструктуре позволяют сердечнику выдерживать высокие контактные нагрузки в момент у соударения с броней. В точке контакта происходит значительное повышение температуры и давлений в короткий промежуток времени. Экспериментально установлено, что в месте контакта появляются области, с сильно локализованной пластической деформации, называемые плоскостями адиабатического сдвига (ПАС), в окрестностях которых концентрируется тепло. Быстрое деформирование металла приводит к локализованному нагреву контакта и катастрофическому разрушению брони в виде плавления. Оптимизируя радиуса закругления, выполняя его максимально заостренным мы получаем стабильные результаты по пробитию брони, так как каждый раз повторяется один и тот же механизм пробития с образованию ПАС. При реализации такого механизма пробития не происходит хрупкого разрушения сердечника, он сохраняет свою форму а, следовательно, и высокое запреградное поражающее действие.The reduction in the number of cores that are brittlely destroyed when breaking through the armor is achieved by performing a core that is optimal in geometric shape and material properties. The manufacture of the core in the form of bodies of revolution, interconnected between the head part in the form of a cone and the tail part in the form of a cylinder with optimal geometric dimensions, makes it possible to increase the accuracy of the damage with increasing range. Optimization of the physicomechanical properties of the carbide material from which the core is made by macro and microstructure allows the core to withstand high contact loads at the moment of impact with the armor. At the contact point, a significant increase in temperature and pressure occurs in a short period of time. It was experimentally established that at the contact point there appear areas with strongly localized plastic deformation, called adiabatic shear planes (PAS), in the vicinity of which heat is concentrated. Rapid deformation of the metal leads to localized heating of the contact and catastrophic destruction of the armor in the form of melting. By optimizing the radius of the curve, making it as pointed as possible, we get stable results on penetration of the armor, since the same penetration mechanism is repeated each time with the formation of PAS. With the implementation of such a penetration mechanism, there is no brittle destruction of the core, it retains its shape and, consequently, a high damaging effect.

Выполняя головную часть наконечника в пределах(0,7-2,1)d, при общей длине сердечника (1,95-5,55)d, хвостовую цилиндрическую часть с фаской или радиусом закругления до 0,15d, где d - диаметр сердечника, а диаметр сердечника равен (0,6-0,95)D, где D - калибр пули и скругление острия конуса до 0,33 мм получаем оптимальный диапазон геометрических параметров сердечника.Performing the head part of the tip within (0.7-2.1) d, with a total core length (1.95-5.55) d, the tail cylindrical part with a chamfer or radius of curvature up to 0.15d, where d is the diameter of the core and the core diameter is (0.6-0.95) D, where D is the caliber of the bullet and rounding the tip of the cone to 0.33 mm, we obtain the optimal range of geometric parameters of the core.

Дополнительная оценка материала по микроструктуре позволяют проводить оптимизацию материала для сердечника пули, обладающего максимальной пробивной способностью с сохранением высокой стабильности. Основным недостатком отечественных композиционных твердых сплавов, получаемых жидкофазным спеканием, являются низкие прочностные свойства, которые, в свою очередь, являются следствием высокой остаточной пористости получаемых заготовок и неоднородности структуры (вследствие активно протекающих процессов рекристаллизации, имеющих аномальный характер). Так получают заготовки с плотностью от 13 до 15 г/см3 при среднем размере зерна 25 мкм в отечественных твердых сплавах. Значительную объемную долю составляют зерна размером до 510 мкм, а также скопления кобальта, размер которых достигает 12 мкм. Столь высокий уровень пористости и неоднородности, а также низкий уровень механических свойств не позволяют сердечнику выдерживать высокие контактные нагрузки в момент у соударения с броней. Наиболее важным параметром, позволяющим сохранить высокую пластичность, является содержание от 6 до 9% масс. кобальта и/или никеля, остальное карбид вольфрама. Оптимизация сплава по микроструктуре, по количеству зерен основной фракции карбида вольфрама с размером 1-2 мкм не менее 60%, отсутствием размеров отдельных крупных зерен карбида вольфрама с размером зерен более 4-х кратного превышении среднего размера зерна позволяют сохранить высокую точность воспроизведения свойств материала, при использовании различных технологических процессов спекания твердых сплавов. Сплав, содержащий по количеству не менее 60% зерен основной фракции карбида вольфрама с размером 1-2 мкм, максимально противостоит ударным нагрузкам.An additional assessment of the material by microstructure allows optimization of the material for the core of the bullet, which has the maximum breakdown ability while maintaining high stability. The main disadvantage of domestic composite hard alloys obtained by liquid-phase sintering is the low strength properties, which, in turn, are a consequence of the high residual porosity of the resulting workpieces and heterogeneity of the structure (due to the actively occurring recrystallization processes having an anomalous nature). Thus, preforms with a density of 13 to 15 g / cm3 are obtained with an average grain size of 25 microns in domestic hard alloys. A significant volume fraction consists of grains up to 510 microns in size, as well as cobalt accumulations up to 12 microns in size. Such a high level of porosity and heterogeneity, as well as a low level of mechanical properties do not allow the core to withstand high contact loads at the moment of collision with the armor. The most important parameter to maintain high ductility is the content of from 6 to 9% of the mass. cobalt and / or nickel, the rest is tungsten carbide. Optimization of the alloy by microstructure, by the number of grains of the main fraction of tungsten carbide with a size of 1-2 μm of at least 60%, the absence of the size of individual large grains of tungsten carbide with grain sizes of more than 4 times the average grain size allows you to maintain high accuracy of the reproduction of material properties, when using various technological processes of sintering of hard alloys. An alloy containing at least 60% of the grains of the main fraction of tungsten carbide with a size of 1-2 μm in size resists shock loads as much as possible.

Важную роль в механизмах разрушения играют поверхностные дефекты, которые появляются в процессе изготовления сердечника. Устранение дефектного слоя сердечника, доведение его поверхности до шероховатости Ra 1,6 и ниже, позволит значительно повысить его пробивную способность за счет исключения зарождения и развития поверхностных микротрещин. Дополнительная механическая обработка позволит повысить точность изготовления сердечника, уменьшить разброс его по весу, оптимизировать геометрические параметры, что в конечном счете улучшит кучность и увеличит дальность поражения.An important role in the mechanisms of destruction is played by surface defects that appear during the core manufacturing process. Elimination of the defective core layer, bringing its surface to a roughness of Ra 1.6 and lower, will significantly increase its breakdown ability by eliminating the nucleation and development of surface microcracks. Additional machining will increase the accuracy of core manufacturing, reduce its weight spread, optimize geometric parameters, which will ultimately improve accuracy and increase the damage range.

На фигуре 1 представлена конструкция заявляемого сердечника. Сердечник состоит из головной части в виде конуса 1, его остроконечная часть имеет округление острия 2 конуса до 0,33 мм. Хвостовая часть в виде цилиндра 3 имеет фаску 4 или радиус закругления, при этом длина головной части конуса 1 составляет (0,7-2,1)d, длина сердечника составляет (1,95-5,55)d, а фаска 4 или радиус закругления до 0,15d, где d - диаметр сердечника, a d в свою очередь равен (0,6-0,95)D, где D - калибр пули, поверхность сердечника полностью или частично имеет шероховатость не хуже Ra 1,6.The figure 1 presents the design of the inventive core. The core consists of a head part in the form of a cone 1, its pointed part has a rounding of the tip 2 of the cone to 0.33 mm. The tail part in the form of a cylinder 3 has a chamfer 4 or a radius of curvature, while the length of the head of the cone 1 is (0.7-2.1) d, the core length is (1.95-5.55) d, and the chamfer 4 or the radius of curvature is up to 0.15d, where d is the diameter of the core, ad, in turn, is (0.6-0.95) D, where D is the caliber of the bullet, the surface of the core completely or partially has a roughness no worse than Ra 1.6.

Для улучшения механических свойств твердых сплавов, главным образом твердости и трещиностойкости используются порошки карбида вольфрама с возможно меньшим размером частиц и новые методы консолидации, обеспечивающие высокую скорость спекания, и как следствие, высокую стабильность и однородность структуры материалов. Сердечник изготавливается методом порошковой металлургии из мелкозернистых вольфрамокобальтовых порошков. Спекание проводиться в две стадии: предварительное- с целью удаления пластификатора в водородной атмосфере и окончательное вакуумное при выбранных оптимальных технологических режимах. После проведения процесса спекания в камере при температуре порядка 1380°C поднималось давление до 30 бар. Спекание проводилось в печи VKPgr 50/90/50 фирмы Degussa.To improve the mechanical properties of hard alloys, mainly hardness and crack resistance, tungsten carbide powders with the smallest possible particle size and new consolidation methods that provide high sintering speed and, as a result, high stability and uniformity of the structure of materials are used. The core is made by powder metallurgy of fine-grained tungsten-cobalt powders. Sintering is carried out in two stages: preliminary - with the aim of removing plasticizer in a hydrogen atmosphere and final vacuum at the selected optimal technological conditions. After the sintering process was carried out in a chamber at a temperature of about 1380 ° C, a pressure of 30 bar was raised. Sintering was carried out in a VKPgr 50/90/50 furnace by Degussa.

Для подтверждения высокого запреградного поражающего действия сердечника проводили следующие исследования.The following studies were performed to confirm the high barrier effect of the core.

Эксперимент проводился в сравнении с бронебойными пулями, используемыми в настоящее время вооруженными силами РФ, а именно пулями с твердосплавным сердечником 7Н24. В качестве пробиваемого материала использовался бронежилет 6Б12 и бронеплита из Ст.3 ГОСТ14637-89 толщиной 10 мм на удалении 150 метров, для оценки запреградного действия пули применялся пакет досок, с толщиной доски 25 мм расположенный сразу за пробиваемой преградой. Определялось запреградное действие сердечника по глубине проникновения сердечника в пакет из досок после пробития преграды.The experiment was carried out in comparison with armor-piercing bullets currently used by the armed forces of the Russian Federation, namely bullets with a 7N24 carbide core. As punched material, bulletproof vest 6B12 and a bulletproof plate from St.3 GOST14637-89 with a thickness of 10 mm at a distance of 150 meters were used; to assess the straddling effect of the bullet, a package of boards was used, with a board thickness of 25 mm located immediately behind the pierced barrier. The block action of the core was determined by the depth of penetration of the core into the package from the boards after breaking through the barrier.

В таблице предоставлены результаты экспериментов.The table shows the experimental results.

Тип сердечникаCore type бронежилет 6Б12 на удалении 150 метровbody armor 6B12 at a distance of 150 meters бронеплита из Ст.3 ГОСТ14637-89 толщиной 10 мм на удалении 150 метровarmor plate from Art. 3 GOST14637-89 10 mm thick at a distance of 150 meters прототип твердосплавной сердечник, 7Н24prototype carbide core, 7N24 до 5 ммup to 5 mm до 25 ммup to 25 mm предлагаемый сердечникproposed core до 80 ммup to 80 mm до 120 ммup to 120 mm

Как видно из результатов эксперимента, предлагаемый сердечник имеет более высокое запреградное действие по сравнению с прототипом.As can be seen from the results of the experiment, the proposed core has a higher cradle action compared to the prototype.

Claims

The core of an armor-piercing bullet made of a hard alloy with a compressive strength of more than 4000 MPa, a hardness of HRA of not less than 88.5 units, a stress intensity factor K _{1C of} at least 8 MPa · m ^1/2 , has the shape of a body of revolution in the form of interconnected the head part in the form of a cone and the tail part in the form of a cylinder, the head part is pointed, characterized in that the pointed part has a rounding of the tip of the cone to 0.33 mm, the length of the head part is (0.7-2.1) d, the core length is (1.95-5.55) d, the tail has a chamfer whether the radius of curvature is up to 0.15d, where d is the diameter of the bullet’s core is (0.6-0.95) D, where D is the caliber of the bullet, the surface of the core completely or partially has a roughness no worse than Ra 1.6, the core material contains 6 to 9 wt.% Cobalt and / or nickel, the rest is tungsten carbide, while the number of grains of the main fraction of tungsten carbide with a size of 1-2 microns is at least 60%, the size of individual large grains of tungsten carbide with grain sizes exceeding 4 times medium grain size is not allowed.