СЕРДЕЧНИК БРОНЕБОЙНОЙ ПУЛИ

Полезная модель относится к боеприпасам, в частности к пулям автоматным и винтовочным, имеющим сердечник из твердого сплава с высоким пробивным действием.
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).
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.
1C
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 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).
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.
В основу полезной модели поставлена задача повышения пробивной способности твердосплавным сердечником металлической брони и увеличение запреградного поражения.
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.
1С
*
1/2
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 не ниже 8 МПам, 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Для подтверждения высокого запреградного поражающего действия сердечника проводили следующие исследования.
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.
В таблице предоставлены результаты экспериментов.
Тип сердечника
бронежилет 6Б12 на удалении 150 метров
бронеплита из Ст.3 ГОСТ14637-89 толщиной 10 мм на удалении 150 метров
прототип твердосплавной сердечник, 7Н24
до 5 мм
до 25 мм
предлагаемый сердечник
до 80 мм
до 120 мм
Как видно из результатов эксперимента, предлагаемый сердечник имеет более высокое запреградное действие по сравнению с прототипом.