Brevet FR2683306A1 — publié le 19930507

La présente invention concerne les charges creuses, c'est-à-dire des engins explosifs du type comprenant une masse d'explosif présentant une forme creuse réalisée dans une de ses faces terminales, la partie creuse étant revêtue d'un matériau métallique formant culot Le matériau métal- lique est habituellement du cuivre, mais il peut être cons- titué par d'autres métaux ou alliages convenables qui peu- vent comprendre ou non du cuivre La forme creuse est sou- vent conique, mais d'autres formes peuvent être utilisées telles que des hémisphères, des formes en trompette ou d'autres formes comprenant des tronçons de deux ou plusieurs cônes ayant des angles au sommet différents Les charges creuses dans lesquelles la forme creuse ne possède pas de symétrie de rotation sont également dans le cadre de l'invention, par exemple des charges ayant une forme creuse se présentant comme une gorge annulaire ou une rainure linéaire. Comme cela est bien connu, la charge creuse est capable, grâce à une conception appropriée, de produire un jet ayant une énorme puissance de pénétration Cependant, l'état actuel du développement des blindages pour les chars de combat est tel que les chars les plus modernes peuvent en pratique être munis d'un blindage juste capable de faire obstacle à la plupart des armes à charge creuse Un quelconque petit perfectionnement apporté au rendement de la charge creuse est donc susceptible d'avoir une impor- tance décisive pour l'attaque d'un véhicule de combat blindé moderne Il est clair également, dans d'autres domaines,qu'un pouvoir de pénétration accru est particu- lièrement souhaitable. Des facteurs connus pour affecter le rendement d'une charge creuse comprennent le contrôle soigneux des tolérances de forme et de dimensions du culot de revêtement, les propriétés explosives et l'uniformité de la matière explosive, et la conception ainsi que le fonctionnement convenables du dispositif de mise à feu Actuellement, on considère que ces trois facteurs ont atteint dans une large mesure leur valeur maximale, et aucune améliora- tion importante les concernant n'est prévisible pour le moment. Un quatrième facteur essentiel affectant le rendement de la charge creuse est la composition du culot de revêtement et la présente invention a pour but d'appor- ter des améliorations importantes à ce facteur. Par conséquent, la présente invention fournit un culot de revêtement pour charge creuse, constitué par un matériau métallique massif ayant une grosseur de grains faible de l'ordre de 25 microns ou moins. Le terme "massif" utilisé ici est destiné à rendre l'idée d'un matériau sensiblement non poreux et exempt de vides, par opposition, par exemple, à un matériau poreux formé par frittage ou par établissement de liaisons par adhérence dans un matériau particulaire. Normalement, les avantages de l'invention ne sont acquis qu'avec une grosseur de grains de 22 microns ou moins et, habituellement, pour obtenir les meilleurs ré- sultats combinés avec une facilité relative de fabrication, la grosseur des grains doit être comprise entre 10 et 15 microns, bien que l'on estime que les bénéfices de l'in- vention puissent être obtenus même avec des grosseurs de grains plus faibles. Des matériaux potentiellement convenables pour la réalisation duculot de revêtement comprennent le cuivre, l'uranium, le tantale et des alliages qui présentent une superplasticité et ont une masse volumique supérieure à g/cm Par exemple, il existe des alliages superplastiques à base de bismuth, cadmium, iridium, plomb, étain, zinc, aluminium, argent, cuivre, fer, nickel, titane, cobalt, chrome, tungstène et uranium. Cependant, on préfère couramment le cuivre. Pour des cartouches non repoussées, on préfère que le matériau métallique du culot de revêtement soit très isotrope. Le matériau métallique peut comprendre des éléments d'addition qui servent à améliorer la grosseur des grains, par exemple le matériau peut être un alliage de cuivre à 1 % de chrome ou un alliage d'uranium à 5 % de molybdène. L'invention comprend également dans son cadre une charge creuse comportant un culot de revêtement selon l'invention et une masse explosive associée audit culot de revêtement. Dans le passé, on s'est rendu compte qu'une structure à grains très gros, dans laquelle la grosseur des grains est de l'ordre de 100 microns ou plus, appro- chant peut-être l'épaisseur de la paroi du culot de re- vêtement lui-même, est particulièrement peu souhaitable. Cependant, dans la pratique courante, une grosseur de grains d'environ 50 microns, pouvant être réduite jusqu'à 30-microns, a été atteinte sans utiliser de trai- tement très particulier Des culots de revêtement présen- tant une telle structure métallographique ont été consi- dérés comme permettant d'obtenir un rendement satisfaisant et on n'a vu aucune raison pour laquelle il pourrait être intéressant de rechercher une structure plus fine que celle-ci Par conséquent, il n'a jamais été proposé jus- qu'ici de fournir un culot de revêtement pour charge creuse ayant une structure de grains exceptionnellement fine selon l'invention Les techniques classiques pour former des culots de revêtement pour charge creuse con- duisent d'une façon inhérente à un degré élevé d'aniso- tropie, mais ici encore l'importance de ce facteur n'a pas été pleinement appréciée dans le passé. Un culot de revêtement pour charge creuse, comprenant de très petites particules sphériques, qui sont liées ensemble par frittage, soudage, établissement de liaisons d'adhérence ou des techniques similaires, sans perte de leur forme sphérique, est décrit dans le brevet britannique N O 854043 Le matériau résultant du culot de revêtement est poreux et il éclatera en particules lors de la mise à feu, de telle sorte que son rendement sera considérablement réduit par comparaison avec un culot de revêtement massif En outre, bien que les particules soient décrites comme ayant de très petites dimensions, pouvant atteindre par exemple 5 microns, elles présentent une forme sphérique, et la forme cristalline des grains dans un culot de revêtement massif va différer de celle d'un tel culot de revêtement particulaire sous des as- pects importants affectant le rendement de pénétration, à la fois du fait de la présence de vides et du fait de la nature essentiellement particulaire et de la forme cristalline différente pour les grains de ce dernier. Des essais ont mont'ré que des charges creuses ayant des culots de revêtement selon l'invention sont capables d'une pénétration de 10 à 15 % plus importante dans un blindage homogène laminé, par comparaison avec des charges creuses ayant des culots de revêtement classiques. La formation d'un culot de revêtement pour charge creuse ayant une structure fine à grains équiaxes et des propriétés isotropes, particulièrement en cuivre, constitue une technique difficile, et ceci peut expliquer au moins en partie que la présente invention n'ait jamais été présentée plus tôt dans la technique et que l'on n'ait pas apprécié ses avantages. Par conséquent, selon un autre de ses aspects, l'invention fournit un procédé de fabrication d'un culot de revêtement pour charge creuse à partir d'un matériau métallique, consistant en l'application répétée audit matériau d'un processus comprenant les phases consistant à travailler à froid le matériau, à déterminer la tempé- rature de recristallisation du matériau travaillé à froid, à recuire le matériau travaillé à froid à une température juste supérieure à la température de recristallisation, et à tremper le matériau recuit. D'une façon convenable, au moins une phase de travail à froid implique une réduction importante de l'épaisseur du matériau, d'au moins 50 %. La limite supérieure du travail à froid pourrait être déterminée par le fait que l'on veut éviter l'apparition de criques, et une valeur de 80 % suera Lt une limite supérieure raisonnable pour de nombreux matériaux ductiles tels que le cuivre. D'une façon convenable, la température de recristallisation est déterminée après chaque phase de travail à froid en préparant plusieurs échantillons à partir du matériau travaillé à froid, en effectuant un recuit des différents échantillons à des températures différentes, en trempant chaque échantillon, et en réa- lisant un examen métallographique de chaque échantillon. Par température de recristallisation, on entend la température la plus basse à laquelle la struc- ture déformée peut être complètement remplacée par un nouvel ensemble de grains équiaxiaux, au cours d'une période de temps de durée appropriée. La phase de recuit est de préférence réalisée à chaque stade pendant une période de temps qui est juste suffisante pour assurer une recristallisation sensiblement complète du matériau travaillé à froid La température de recuit pour chaque stade est de préférence dans les limites de 20 'C au-dessus de la température de recris- tallisation. D'une façon convenable, chaque phase de recuit s'effectue à une température comprise entre 5 et 15 'C au- dessus de la température de recristallisation, et de pré- férence environ 10 'C au-dessus de cette température, pendant une période de temps d'environ 1 heure. La trempe peut être réalisée dans l'eau. D'une façon avantageuse, le matériau métallique est du cuivre. 3 f O Le procédé peut en outre comprendre une phase d'usinage-après l'application finale dudit processus. L'invention va maintenant être décrite plus en détail, à titre d'exemple uniquement, en se référant aux dessins annexés sur lesquels:- la figure 1 représente schématiquement une charge creuse comportant un culot de revêtement massif selon l'invention, et les figures 2, 3 a, 3 b, 3 c, 4 a, 4 b et 4 c repré- sentent des vues schématiques réalisées à partir de micro- photographies montrant la structure microscopique de spécimens obtenus à partir du matériau constituant le culot de revê- tement au cours de divers stades de la fabrication dudit culot de revêtement. En se référant à la figure 1, une charge creuse présentant une configuration généralement classique comprend un corps cylindrique léger 1 constitué par une matière plastique ou par un matériau métallique et un culot de revêtement 2 en cuivre présentant une forme conique et présentant par exemple une épaisseur de paroi de 2 mm. Le culot de revêtement 2 s'adapte étroitement à l'une des extrémités du corps cylindrique 1 et, à l'intérieur du volume délimité par le corps et le culot de revêtement, on coule une masse ou charge 3 d'une matière hautement explosive En pratique, un détonateur, non représenté, serait placé sur la surface terminale postérieure 4 de la masse coulée 3. Le processus de fabrication du culot de revê- tement conique 2 selon l'invention s'effectue d'une façon convenable comme indiqué ci-après Un matériau de départ convenable se présente sous la forme d'une billette ayant une épaisseur de 63,5 mm + 5 mm constituée par du cuivre du type dénommé "B 52874 C 103 condition H", c'est-à-dire du cuivre présentant une conductivité élevée et exempt d'oxygène, à 99,95 % de cuivre (y compris l'argent), au maximum 0,005 % de plomb, au maximum 0,0010 % de bismuth, le-total des impuretés étant au maximum de 0,03 % (à l'exclusion de l'oxygène et de l'argent-). La structure microscopique du matériau de départ est illustrée sur la figure 2, qui est obtenue à partir de microphotographie de la surface d'un spécimen avec un grossissement de 400 fois La section qui est représentée est une section longitudinale perpendiculaire à la surface laminée de la billette de départ Comme il est possible de s'en rendre compte clairement en se référant à la fig 2, la structure microscopique du matériau de départ est com- posée de grains 20 d'une grosseur relativement importante, qui sont allongés selon la direction d'une double flèche A qui représente le résultat d'une opération de laminage antérieure. La température de recristallisation Tr du matériau de départ est déterminée comme indiqué ci-après. Huit spécimens, dont chacun correspond approximativement à 1 cm, sont pris dans le matériau de départ et sont re- cuits pendant 1 heure selon des intervalles de température de 10 'C dans la plage s'étendant de 310 'C à 3800 C, c'est- à-dire que le premier échantillon est recuit à 310 'C, le second à 320 'C, le troisième à 330 'C, etc Apres le recuit, les échantillons sont trempés à l'eau et une section lon- gitudinale perpendiculaire à la surface laminée est polie et attaquée dans une solution alcoolique à 5 % de chlorure ferrique à des fins d'examen métallographique. Les figures 3 a, 3 b et 3 c illustrent la structure microscopique des sections droites des trois spécimens ainsi préparés La figure 3 a illustre la structure microscopique du matériau recuit à une température de 2800 C, qui est juste un peu trop faible, la structure s'étant rétablie mais n'ayant pas subi de recristallisation La figure 3 b illustre la structure microscopique du matériau re cuit à une température de 360 'C ou au-dessus, ce qui est une température trop élevée, la structure ayant subi une recristallisation mais le traitement thermique ayant abouti à une croissance des grains La figure 3 c illustre la structure microscopique du matériau recuit à la tempé- rature correcte de 330 'C. La température de recristallisation Tr pour le I matériau de départ considéré est ainsi déterminée comme ayant pour valeur 3300 C La billette de départ est ensuite recuite pendant une période de temps d'une heure à une température de 3300 C + 100 C + 50 C dans un four à circulation d'air, la période de temps commençant lorsque la billette atteint la bande des températures spécifiées La billette est ensuite trempée à l'eau et subit un laminage à froid pour déterminer une réduction d'épaisseur de 75 % de façon à atteindre une épaisseur de 15,88 mm + 0,15 mm. La température de recristallisation Tr du matériau laminé à froid est ensuite déterminée par la même méthode que pour la température de recristallisation Tr 1 du matériau de départ Les figures 4 a, 4 b et 4 c illus- trent la structure microscopique des sections droites de trois spécimens préparés comme précédemment La figure 4 a illustre la structure microscopique du matériau recuit à une température de 2600 C qui est juste trop faible, la structure s'étant rétablie mais n'ayant pas subi de recristallisation La figure 4 b illustre la structure microscopique du matériau recuit à une température de 340 'C ou au-dessus, ce qui est une température trop él evée, la structure ayant subi une recristallisation mais le trai- tement thermique ayant abouti à une croissance des grains. La figure 4 c illustre la structure microscopique du matériau recuit à la température correcte Tr 2 correspon- dant à 290 'C Comme il est possible de s'en rendre compte, la forme générale de la structure est similaire à celle qui est représentée sur la figure 3 c, mais la grosseur des grains est maintenant beaucoup plus faible. La plaque est ensuite recuite dans un four à circulation d'air pendant 1 heure à une température Tr 2 + 100 C + 5 C et est trempée à l'eau. La plaque est ensuite à nouveau laminée à froid pour déterminer une réduction supplémentaire de son épais- seur de l'ordre de 50 %, la température de recristallisa- tion Tr 3 du matériau à nouveau travaillé à froid est déterminée comme précédemment pour les températures Tr et Tr 2 Y et la plaque est recuite pendant 1 heure à la température Tr 3 + 10 C + 50 C dans un four à circulation d'air, cette opération étant suivie par une trempe à l'eau. Une réduction supplémentaire de la grosseur des grains est ainsi réalisée, ce qui permet d'obtenir un matériau sensiblement isotrope ayant une grosseur de grains de 0,015 mm ( 15 microns) ou moins et présentant la forme générale qui est illustrée sur la figure 4 c Dans d'autres cas, ce point pourrait être atteint au moyen d'un nombre différent de répétitions du cycle travail à froid, recuit et trempe, selon ce qui est approprié, et/ou par une amélioration des grains au moyen d'éléments d'addition au stade de la coulée. Le matériau en plaque résultant est ensuite découpé en des pièces présentant des dimensions et une forme convenables et chaque pièce est ensuite conformée en une ébauche de culot de revêtement conique au moyen d'un processus de travail à froid convenable tel qu'un fermage au cisaillement La température de recristallisation Tr 4 des ébauches formées au cisaillement à froid est ensuite déterminée par la même méthode que pour la température Tr 1 et les ébauches sont recuites pendant 1 heure à la température Tr 100 C + 50 C dans un four à circulation d'air, cette opération étant suivie par une trempe à l'eau. La grosseur des grains des ébauches résultantes est de 15 microns ou moins, le matériau étant à grains fins et sensiblement isotrope et la forme générale en est illustrée. sur la figure 4 c Les ébauches de culot de revêtement sont ensuite usinées sicela est désiré de manière à obtenir des culots de revêtement finis présentant -les dimensions et tolérances finales requises et ayant une grosseur de grains particulièrement faible de 15 microns ou moins et une structure intégralement homogène et sensiblement exempte de vides. Des essais effectués sur des culots de revêtement réalisés par la mise en oeuvre du procédé ci-dessus ont montré que des charges creuses utilisant des culots de revêtement selon l'invention sont capables, par comparaison avec des charges creuses similaires utilisant des culots de revêtement en cuivre de fabrication classique, d'un rendement plus important et d'un pouvoir de pénétration supérieur pouvant atteindre jusqu'à 15 % de plus dans une cible à blindage homogène laminé. 1 O Le terme "grosseur de grains" utilisé ici signifie le diamètre moyen des grains tel qu'il est déterminé en uti- lisant la norme ASTM E 112 Intercept Cou Heyn). Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et qu'on pourra y apporter toute modi- fication utile, notamment dans le domaine des équivalences techniques, sans sortir de son cadre Par exemple, d'autres procédés de réalisation d'un culot de revêtement à grains fins pourraient également convenir, tels que le dépôt, à partir d'une pulvérisation de plasma alimenté en parti- cules présentant la finesse appropriée, sur une forme convenable, cette opération étant suivie par un léger usinage si cela est nécessaire. REVENDICATIONS 1 Culot de revêtement pour charge creuse, cons- titué par un matériau métallique massif, caractérisé par le fait que ce matériau métallique a une grosseur de grains faible de l'ordre de 25 microns ou moins. 2 Culot de revêtement suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la grosseur des grains est de 22 microns ou moins. 3 Culot de revêtement suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la grosseur des grains est com- prise entre 10 et 15 microns. 4 Culot de revêtement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le matériau métallique est du cuivre. 5 Culot de revêtement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le matériau métallique est de l'uranium, du tantale ou des alliages qui présentent des propriétés superplastiques et ont une masse volumique supérieure à environ 5 g/cm 6 Culot de revêtement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le matériau métallique comprend des éléments d'addition qui servent à améliorer la grosseur des grains. 7 Culot de revêtement suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que le matériau métallique est un alliage de cuivre à 1 % de chrome ou un alliage d'uranium à 5 % de molybdène. 8 Culot de revêtement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le matériau métallique est sensiblement isotrope. 9 Charge creuse comprenant un culot de revê- tement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 et une masse explosive associée audit culot de revêtement. Procédé de fabrication d'un culot de revê- tement pour charge creuse suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 à partir d'un matériau métallique, caractérisé par le fait qu'il consiste en l'application répétée au matériau d'un processus comprenant les phases consistant à travailler à froid le matériau, à déterminer la température de recristallisation du matériau travaillé à froid, à recuire le matériau travaillé à froid à une température juste supérieure à la température de recris- tallisation, et à tremper le matériau recuit. 11 Procédé suivant la revendication 10, carac- térisé par le fait qu'au moins une phase de travail à froid implique une réduction de l'épaisseur du matériau d'au moins 50 %. 12 Procédé suivant l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé par le fait que la température de recris- tallisation est déterminée après chaque phase de travail à froid en préparant plusieurs échantillons à partir du matériau travaillé à froid, en effectuant le recuit de différents échantillons à des températures différentes, en effectuant la trempe de chaque échantillon et en effectuant un examen métallographique de chaque échantillon. 13 Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 10 à 12, caractérisé par le fait qu'une phase de recuit est effectuée pendant une période juste suffi- sante pour assurer une recristallisation sensiblement complète du matériau usiné à froid. 14 Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 10 à 13, caractérisé par le fait qu'une phase de recuit s'effectue à une température de 5 à 15 'C au-dessus de la température de recristallisation. Procédé suivant la revendication 14, carac- térisé par le fait qu'une phase de recuit s'effectue à une température d'environ 10 'C au-dessus de la température de recrist-allisation. 16 Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 10 à 15, caractérisé par le fait qu'une phase de recuit est effectuée pendant une période de temps atteignant une heure. 17 Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 10 à 16, caractérisé par le fait qu'une phase de trempe s'effectue à l'eau. 18 Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 10 à 17, caractérisé par le*fait que le matériau métallique est du cuivre. 19 Culot de revêtement pour charge creuse réalisé par la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 10 à 18. Charge creuse comprenant un culot de revête- ment suivant la revendication 19 et une masse explosive associée audit culot de revêtement.