Brevet FR2765677A1 — publié le 19990108

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Une partie antérieure conique peut avoir la même composition qu'une partie de coque médiane ou être constituée, au moins partiellement, d'un autre matériau de densité plus faible tel que par exemple de l'aluminium ou une10 céramique. La partie arrière doit être facile à usiner à la machine et se constitue de ce fait d'un métal lourd au tungstène présentant une masse volumique d'au moins 16,7 g/cmn. Chacun des éléments du projectile doit être brasé ou soudé avec les autres. La15 fabrication des divers éléments de projectile en matériaux différents à base de tungstène est de ce fait onéreuse et exige des processus d'usinage supplémentaires pour une liaison des éléments du projectile résistante au tir. Cette technique de20 projectile, avec une densité du matériau relativement faible ne possède aucune tendance optimale à la désaggrégation; elle ne correspond plus aux exigences très élevées d'aujourd'hui. Par une structure de projectile en deux parties connue, la partie arrière25 tournée vers l'arrière ne se désagrège pas déja sur la première tôle mince de cible telle que par exemple les parois extérieures d'un avion. Ainsi, on n'obtient pas la matière d'éclat la plus efficace en étendue. La présente invention se propose de fournir un projectile à effet multiple de ce type qui assure, par la garantie de la résistance au chargement lors de tirs en rafale d'armes automatiques et de la résistance au tir de chaque projectile, un comportement optimal particulier à la désagrégation en raison de la35 structure de son matériau, même lors de l'impact sur des tôles d'aluminium de faible épaisseur et par là assure une puissance maximale vis à vis de toutes les catégories de cibles mentionnées initialement. En outre, le projectile doit pouvoir être fabriqué de façon économique en fonction du traitement du matériau et de l'usinage en une forme de projectile définitive. Le problème est résolu selon l'invention par les caractéristiques suivantes: a) la teneur en tungstène du matériau fritté est comprise entre 90 et 99,5 % en poids, avantageusement entre 97 et 99 % en poids; b) la teneur relative en cobalt et en nickel va de 1: 0,5 à 1: 2,3, avantageusement environ 1: 1,5; c) la masse volumique du matériau fritté est comprise entre 17,5 et 19,2 de préférence entre 18,5 et 19,0 g/cm'; d) le matériau fritté à base de métal lourd fritté présente une granulométrie moyenne de 20 à 50 im, de préférence d'eviron 40 gm; e) la dureté vickers (30) du corps de projectile fabriqué à partir du matériau fritté à base de métal lourd est comprise entre 300 et 400, avantageusement entre 340 et 380.20 Les performances remarquables de fin de balistique, c'est-à-dlre la transmission d'énergie cinétique très élevée par la désintégration immédiate du corps du projectile avec formation optimale d'éclats à travers la première résistance dans la structure de la cible touchée, sont obtenues très essentiellement grâce & la forte masse volumique se situant entre 17,5.10-! et 19,2.10 kg/m2 du coprs de projectile formé d'une seule pièce. Le comportement optimal à la désintégration est obtenu grâce à la friabilité élevéé30 du matériau fritté en métal lourd, ou au rapport particulier du cobalt au nickel dans la phase de liant (matrice) entre chacun des grains de tungstène. Des propriétés particulières du corps du projectile sont de plus obtenues par les traitements thermiques réglés les35 uns sur les autres et par les caractéristiques d'état d'une granulométrie de 20 à 50 tm, de préférence d'environ 40 Hm, et par une dureté vickers (30) de 300 à 400, de préférence de 340 à 380. Dans ce procédé de fabrication de projectile à effet multiple selon la présente invention, la poudre de tungstène en grains fins est mélangée, comme matériau de départ, avec jusqu'à 10 % en poids d'additifs, avantageusement environ 1 à 3 % en poids, d'un mélange cobalt-nickel comme phase de liant et fritté par exemple, dans un four poussant approprié à des températures allant environ de 1. 450 à 1.600 'C, de préférence aux environs de 1.580 'C, en phase liquidus (phase de liaison) de la matrice constituée de cobalt, nickel et tungstène apporté dans la solution. Le frittage en phase liquide d'environ 15 à 30 minutes permet une densification homogène et élevée de la poudre métallique à partir de quantités suffisantes de tungstène dans la matrice de liaison Co/Ni. Une fois obtenue la proportion d'environ de tungstène dissou dans la matrice de liaison d'environ 40 à 85 %, les phases métalliques décrites ci-dessous peuvent se former. Apres le frittage en phase liquide, on obtient une ébauche de projectile qui -le cas échéant avec d'autres dispositions de traitement thermique- s'usine bien. En premier lieu, le traitement de recuit suivant d'environ 1 à 20 heures, de préférence environ 10 heures, à des températures allant approximativement de 900 à 1.200 'C, de préférence aux alentours de 1.000 à 1, 100 C, pour fragiliser la matrice, on obtient la phase de liaison souhaitée qui se compose d'au moins deux, de préférence de trois, phases différentes. On obtient de façon voulue la fragilité matérielle souhaitée du matériau fritté à base de tungstène dans la matrice par un rapport convenable du cobalt et du nickel et un frittage en phase liquide avec un programme de température approprié d' une durée prédéterminable (pour mettre en solution les quantités de tungstène nécessaires): Exemple I: rapport Co/Ni = 1: 0,5 La matrice de liaison entre les grans isilés de tungstène se compose d'une phase u métallique à grande S1 2765677 fragilité (phase M)) par exemple (Ni, Co)7 W, avec une structure de maille rhomboédrique (voir la micrographie fig.1). La structure de ce matériau fritté à base de tungstène est si fragile que le projectile préparé à partir de celui-ci ne présente aucune résistance suffisante au tir. Exemple II: rapport Co/Ni = 1: 2,3 La matrice de liaison est constituée ici A 100 % d'une phase y cubique à faces centrées, (phase gamma), par exemple un cristal mixte NiCoW avec de fins précipités de tungstène (voir la micrographie fig.4); ce matériau est si tenace que sur des tôles minces d'aluminium (parois extérieures d'avions), il ne se produit encore aucune désagrégation suffisante avec de façon correspondante une formation d'éclats plus importante. Exemple III: rapport Co/Ni = 1: 1,2 La phase de liaison contient trois phases métalliques différentes (voir la micrographie fig.5), en premier lieu une phase fragile gris-clair avec une structure de maille rhomboédrique, en deuxième lieu des aiguilles gris-foncé d'une phase a hexagonale (phase bêta) par exemple (NiCo)3W, et une phase y très foncée cubique à faces centrées (comme dans l'exemple II); les phases sont constituées individuellement de compositions différentes de Co/Ni/W. Cet alliage est très fragile et nécessite une structure de projectile adaptée (qui sera encore décrite particulièrement par la suite) pour garantir une désagrégation assurée lors de]. 'impact sur des tôles minces d'aluminium. x Exemple IV: rapport Co/Ni = 1,5 (voir ld micrographie fig.6). Seulement de très faibles quantités de phase i fragile sont présentes, la phase f (aiguilles gris- clair) et la phase y sombre sont formées dans une mesure comparable. Cet alliage de métal lourd fritté- ri6 2765677 tungstène montre un comportement A la désagrégation remarquable sur la cible, et présente la meilleure résistance au chargement. Cette composition de matériau fournit selon l'invention la meilleure solution. Dans le procédé de fabication du projectile à effet multiple FAPDS selon l'invention, on part d'une composition de mélange brut de par exemple 98 % de poudre de tungstène et de 2 % de phase de liaison à base de cobalt/nicke]. A partir de ce matériau, on forme une ébauche de projectile et on la fritte en phase liquide. Le frittage en phase liquide est réalisé avantageusement sous une atmosphère protectrice d'hydrogène à une température comprise entre 1.450 et 1.600 C pendant une durée de 5 à 90 minutes, avantageusement de 15 à 30 minutes. Après quoi, la phase de liaison métallique (matrice), entre les grains de tungstène pur, est constituée d'une composition de 40 à 45 % de tungstène dissous, de 20 A 25 % de cobalt et de 30 à 40 % de nickel. L'ébauche de projectile frittée est alors sans autres traitements thermiques et/ou mécaniques facilement usinable dans ses dimensions définitives. Le cas échéant, on peut cependant effectuer un recuit de mise en solution pour améliorer l'usinabilité. A cet effet, le corps de projectile fritté terminé subit un recuit A une température comprise entre].200 et 1.400 C, avantageusement entre 1.300 et 1. 370 C, pendant une durée de 0,5 à 6 heures, avantageusement entre 2 et 4 heures, iainLenu à la tempeérature de recuit correspondante et ensuite refroidi. brutalement. Après usinage final du corps de projectile, on effectue le recuit de fragilisation final, avantageusement sous un vide de 1,333.10- 3 Pa, trois phases métalliques homogènes séparées se créant dans la phase de liaison (yoir les micrographies fig.5 et fig.6). Les grains de tungstène d'une grosseur de grain d'environ 20 A 50 im sont pratiquement enrobés en totalité par une phase riche en tungstène, cette dernière comportant entre les grains de tungstène au moins deux phases homogènes différentes qui ont des teneurs différentes en tungstène, 7 2765677 nickel et cobalt. Les alliages de métal lourd fritté- tungstène décrits selon l'invention se prêtent à volonté de façon remarquable à des formes ou des structures de projectiles avec le but d'un comportement optimal de désagrégation sur la cible; c'est- à-dire que le matériau n'est lié à aucne forme spéciale de projectile, les résultats les meilleurs pouvant cependant être obtenus avec la forme de projectile préférée décrite ci-dessous. Sur les figures 1 et 2, on a représentée un corps de projectile 10 selon l'invention comportant une partie médiane 12 cylindrique, une zone arrière légèrement conique vers l'arrière 14 et une zone de pointe conique vers l'avant 16, qui est formé d'une seule pièce et peut comporter le cas échéant un logement pour accueillir une composition traçante. Une pointe avant 24 du corps de projectile 10 est constituée d'acier traité massif (fig 1). Pour la fixation de la pointe avant 24, on prévoit un téton 22 cylindrique, faisant saillie A l'extérieur de la surface de base circulaire plane 20 du corps de projectile placé à peu près à la moitié de la pointe de projectile 16 se déployant coniquement, qui a un diamètre supérieur au rayon de cette surface 20 et atteint à peu près la moitié du diamètre du projectile et qui, dans la zone voisine de la surface de base, 20, comporte une gorge annulaie périphérique 26 servant d'amorce de rupture. Le corps de projectile monobloc 10 se compose de poudre métallique de tungstène selon l'invention frittée en phase liquide avec une matrice de liaison Co/Ni/W. Le corps de projectile 10 comporte sur la partie arrière se développant de façon légèrement conique vers l'arrière, une surface stable plane 32 sur laquelle peuvent être prévus pour un support en rotation amélioré du corps de sabot sur le corps de projectile au moins deux gradins ou saillies 34 en forme d'ergot. Dans un second exemple de réalisation selon la figure 2, la pointe avant 24. 1 à paroi mince est constituée d'acier traité creux et comporte à l'intérieur de sa cavité une matière inflammable 25 qui est prévue pour 8 l'améloration de l'effet incendiaire pyrophorique sur la cible. Grâce au projectile à effet multiple FAPDS selon l'invention, de la composition particulière de matériau décrite ci-dessus, et la présente constitution du corps de projectile avec la réalisation de la pointe en acier traité, on satisfait au mieux aux exigences contradictoires d'une solidité au chargement absolument sûre pour des cadences à 40 % plus gros, et avec une puissance correspondante plus élevée sur la cible. REVENDI CATIONS 1. Projectile à effet multiple sous calibré, stabilisé par rotation qui en raison d'une structure de matériau prédéterminée se désagrège déja totalement en fragments lors de 1' impact à la moindre résistance5 sur la cible, telle que par exemple des tôles d'aluminium de faible épaisseur, comportant un corps de projectile qui est constitué d'un matériau en métal lourd, fritté en phase liquide, à base de poudre de tungstène essentiellement métallique avec des additions10 de cobalt et de nickel, caractérisé en ce que: a) la teneur en tungstène en matériau fritté est comprise entre 90 et 99,5 % en poids, avantageusement entre 97 et 99 % en poids; b) la teneur relative en cobalt et en nickel va de 1: 0,5 à 1: 2,3, avantageusement environ 1: 1,5; c) la masse volumique du matériau fritté est comprise entre 17,5 et 19,2, de préférence entre 18,5 et 19,0 g/cm3; d) le matériau fritté à base de métal lourd fritté présente une granulométrie moyenne de 20 à 50 km, de préférence eviron 40 tm; e) la dureté Vickers (30) du corps de projectile fabriqué à partir du matériau fritté à base de métal lourd est comprise entre 300 et 400, avantageusement25 entre 340 et 380. 2. Projectile & effet multiple selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de métal lourd est frite en phase liquide éventuellement sous atmosphère protectrice d'hydrogène à une30 température comprise entre 1.450 et 1.600'C, de préférence aux environs de 1.580 'C, pendant une durée d 5 à 90 minutes, de préférence entre 15 et 30 minutes. 3. Projectile à effet multiple selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le corps de projectile fritté est soumis à un traitement de recuit entre 1.200 et 1.400 'C, de préférence entre 1.300 et 1.370 C pendant une durée de {2765677 0,5 à 6 heures, avantageusement pendant 2 à 4 heures, suivi par la suite d'un refroidissement brutal. 4. Projectile à effet multiple selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le corps de projectile constitué d'une matière frittée en métal lourd - est recuit après son usinage de finitation à une température comLprise à peu près entre 900 et 1.200 C, de préférence entre 1.000 et 1.100 C, pendant une durée de 1 à heures, de préférence autour de 10 heures. 5. Projectile A effet multiple selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le matériau fritté A base de métal lourd, fritté en phase liquide et se composant de tungstène, cobalt et nickel, comporte A l'état fini du corps de projectile, une matrice de grande fragilité avec au moins deux phases différentes riches en tungstène. 6 Projectile à effet multiple selon l'une des revendications précédentes 1 A 5, caractérisé en ce que le matériau en métal lourd fritté du corps de projectile, après traitement de recuit ultérieur, présente dans la matrice trois phases différentes riches en tungstène. 7. Projectile à effet multiple qui se désagrège déjà totalement, en raison de sa structure prédéterminée, lors de l'impact sur la cible, àA la moindre résistance, par exemple sur des tôles d'aluminium de faible épaiseur, avec un corps de projectile sous-calibré, stabilisé par rotation, en un matériau en métal lourd fritté en phase liquide obtenu essentiellement à partir de poudre de tungstène éventuellement avec des additions de nickel et de cobalt, selon l'une quelconque des revenedications 1 à 6, caractérisé par les dispositions suivantes: a) le corps de projectile (10) se composant d'un matériau de métal lourd fritté est fait d'une seule pièce; b) le corps de projectile (10) comporte une partie médiane (12) cylindrique, une zone arrière (14) ]égèrement conique et une zone de pointe conique (16) dans laquelle est formé, sur une surface de base circulaire (20) se trouvant perpendiculaire à l'axe longitudinal du projectile (18), un téton pratiquement cylindrique (22) pointant vers l'avant, sur lequel est fixée une pointe de préférence constituée d'acier traité; c) le téton (22) présente au voisinage de la surface de base circulaire (20) une gorge annulaire périphérique (26) servant d'amorce de rupture. 8. Projectile & effet multiple selon la revendication 7, caractérisé en ce que le diamètre du téton (22) est plus grand que le rayon de la surface de base circulaire (20) et atteint à peu prés la moitié du diamètre du projectile. 9. Projectile à effet multiple selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que la pointe (24) mise en place est constituée d'acier traité et est formée de façon massive. 10. Projectile à effet multiple selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que la pointe (24.1) est constituée d'acier traité à paroi mince et comporte à l'intérieur une cavité. 11. Projectile à effet multiple selon la revendication 10, caractérisé en ce que dans la cavité de la pointe (24) à paroi mince, on place une matière inflammable pyrophorique (25).