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 решение, в котором головная часть стального сердечника выполнена в виде конуса с углом при вершине 50°-90° и имеет длину (0,2-0,8) калибра пули (Патент RU №2133441).
Недостатком решения является низкое пробивное действие.
Наиболее близким является 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.
сж
сж
Недостаток обусловлен тем, что на сердечнике имеются концентраторы напряжений на границе хвостовика и головной части, а материал сердечника оптимизирован по одному параметру - пределу прочности на сжатие, не отражающего механизмы разрушения сердечника при его внедрении в броню. Кривые зависимости (В.С. Панов и др. Технология и свойства спеченных твердых сплавов и изделий из них. М.: МИСИС, 2004 г., стр.161-208) от содержания кобальта проходят через максимум, при содержании кобальта (4-6%). С увеличением среднего размера зерна карбидных зерен предел прочности монотонно уменьшается, но для всех размеров наблюдается максимум в интервале 6-8% содержания кобальта. Наиболее высокий уровень σ наблюдается у мелкозернистых сплавов при содержании кобальта 4-8,6%. Из имеющихся данных видно, что по пределу прочности можно, в некоторой степени, оптимизировать свойство материала для изготовления сердечника броневой пули. Однако, как показывает практика, прямой зависимости между σ и пробивной способностью материала нет. Это обусловлено тем, что при внедрении сердечника в преграду происходит высокоскоростной удар, который характеризуется наличием ударных волн в теле сердечника, которые могут в значительной степени влиять на пробивную способность сердечника. Высокие ударные нагрузки, которым подвергается сердечник пули при поражении объекта, требуют создания материала с комплексом физических свойств, способных максимально противостоять ударным нагрузкам.
В основу полезной модели сердечника бронебойной пули поставлена задача повышения пробивной способности сердечника бронебойной пули, повышения кучности поражения при увеличении дальности за счет оптимизации геометрических параметров головки и хвостовика сердечника, оптимизации физико-механических свойств твердосплавного материала из которого изготовляется сердечник, и точности изготовления сердечника.
1c
1/2
Поставленная задача решается тем, что сердечник бронебойной пули, выполненный из твердого сплава с пределом прочности на сжатие более 4000 мПа, в виде тела вращения, состоящего из хвостовой части и головной части, имеющей оживальную форму с углом при вершине головной части от 90° до 120°, и вершину головной части округленной радиусом 0,2-0,6 мм, при этом вершина головной имеет размер менее 1,0 мм, головная часть, вместе с вершиной ровна 0,25-0,60 длины сердечника, имеет форму объемного тела возникающего при вращении прямолинейных и (или) плоских криволинейных отрезков относительно оси сердечника лежащих в одной плоскости с осью сердечника, при вращении прямолинейных отрезков, первый отрезок, формирует тыльный объем головной части в виде усеченного конуса, высотой равной 0,2-0,8 высоты головной части, образует угол 10-40 градусов с осью сердечника, а второй отрезок формирует фронтовой объем головной части в виде конуса, отходит от первого отрезка и образует угол 25-60 градусов с осью сердечника, хвостовик сердечника имеет форму соединенных между собой цилиндра и (или) усеченного конуса, меньший диаметр конуса равен 0,80-0,98 большего диаметра конуса, который равен диаметру цилиндра и головной части сердечника, а длина цилиндрической части составляет 0,01-100 длины усеченного конуса хвостовика, материал твердого сплава имеет твердость HRA не ниже 88,5 единиц, коэффициент интенсивности напряжений K не ниже 8 МПа*м, при этом поверхность сердечника полностью или частично имеет шероховатость не выше Ra 0,8.
Известно (Физика разрушения при высокоскоростном ударе. С.И. Анисимов и др. Письма в ЖТФ, том 39, вып.1, стр.6-12., и Разрушение материалов при воздействии интенсивных ударных нагрузок. С.А.Новиков Соросовский образовательный журнал, №8 1999 г., стр.116-121), что при высокоскоростном ударе в момент контакта в ударнике и преграде возникают сильные ударные волны. Ударные волны имеют зоны разряжения, следующие за зонами сжатия. В момент соприкосновения сердечника пули с преградой в сердечнике возникают затухающие ударные волны, которые при их наложении друг на друга, в определенный момент времени, могут привести к механическому дроблению сердечника. Такой эффект может усиливаться при наличии концентраторов на поверхности сердечника пули, например ступенек, или острых углов, т.к. в этих зонах происходит взаимодействие зон напряжений.
Важную роль в пробивной способности материала сердечника, особенно в начальный период при высокоскоростном соударении с препятствием, играет способность сердечника сохранить свою первоначальную форму. В процессе внедрения сердечника, например, в стальной лист, материал сердечника в начальный момент, находясь в холодном состоянии, подвергается высоким ударным нагрузкам, и должен обладать высоким сопротивлением хрупкому разрушению, т.е. обладать высокой пластичностью. При дальнейшем внедрении, происходит разогрев сердечника до высоких температур, в данных условиях материал должен обладать высоким сопротивлением вязко-хрупкому разрушению, т.е. высокой твердостью и прочностью. С позиций механики разрушения материал сердечника должен обладать высоким сопротивлением процессам зарождения, накопления и развития микротрещин, которые в значительной степени определяются зернистостью карбидной фазы материала и свойствами связки и качеством обработки наружной поверхности сердечника. Оценить такие свойства материала сердечника по пределу прочности на сжатие не возможно. Предлагается дополнительно оценивать свойства материала сердечника по его пластичности, твердости и качеству обработки наружной поверхности.
1c
1c
Дополнительная оценка материала по твердости и его пластичности позволяют проводить оптимизацию материала для сердечника пули, обладающего максимальной пробивной способностью. В данном случае оба параметра должны быть достаточно высокими. Наиболее объективным параметром, позволяющим оценить свойства пластичности, по мнению авторов, является коэффициент интенсивности напряжений K определенный методом микроиндентирования при определении твердости по методу Виккерса (Прочность тугоплавких соединений и материалов на их основе: Справочное издание. Андриевский Р.А., Спивак И.И. Челябинск, Металлургия, Челябинское отделение, стр.274-279). Сочетание высокой твердости и пластичности в твердых сплавах, возможно, получить путем оптимизации размера зерен карбидной фазы и использования в качестве связующей фазы более двух элементов с их дисперсным упрочнением. В таком материале зародившиеся микротрещины в момент первоначального удара не подрастают до критических размеров, при которых происходит спонтанное разрушение материала, а гасятся в связке твердого сплава дисперсными выделениями, а зародившиеся микротрещины в зернах карбидной фазы гасятся на границах зерен. Числовые значения K позволяют оценить способность материала к зарождению, накоплению и развития зародившихся микротрещин до критических размеров.
Важную роль в механизмах разрушения играют поверхностные дефекты, которые появляются в процессе изготовления сердечника. Устранение дефектного слоя сердечника, доведение его поверхности до шероховатости Ra 0,8 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.
Повышение пробивной способности сердечника достигается за счет выполнения сердечника по форме не имеющего дополнительных концентраторов напряжения, и подбором оптимального сочетания свойств материала имеющего максимальное сопротивление разрушению при высокоскоростном ударе сердечника о преграду по твердости и пластичности.
1
2
На чертеже представлена конструкция заявляемого сердечника, где α- угол образованный первым отрезком и осью сердечника, α- угол образованный вторым отрезком и осью сердечника.
1c
1/2
Сердечник пули состоит из хвостовой части 1 и головной части 2, имеющей оживальную форму с углом при вершине головной части от 90 до 120°, и вершину головной части 3 округленной радиусом 0,2-0,6 мм, при этом вершина головной части 3 имеет размер менее 1,0 мм, головная часть, вместе с вершиной равна 0,25-0,60 длины сердечника, имеет форму объемного тела, возникающего при вращении прямолинейных 2.1 и 2.2 и(или) плоских криволинейных отрезков (на чертеже не показаны) относительно оси сердечника 4 и лежащих в одной плоскости с осью сердечника, при этом, первый отрезок 2.1, отходящий от большего диаметра D хвостовика образует угол 10-40 градусов с осью сердечника 4 и формирует фронтовой объем 2.3 головной части на длине равной 0,2-0,7 длины головной части, а второй отрезок 2.2, отходящий от первого, образует угол 25-60 градусов с осью сердечника 4 и формирует тыловую часть объема 2.4 головной части сердечника, хвостовик сердечника 1 выполнен в виде цилиндра 1.1 и/или усеченного конуса 1.2, меньший диаметр конуса равен 0,80-0,98 большего диаметра конуса хвостовика, который равен диаметру цилиндра 1.1, и основанию головной части 2.3,а длина цилиндрической части составляет 0,01-100 длины усеченного конуса хвостовика 1. Материал твердого сплава имеет твердость HRA не ниже 88,5 единиц, коэффициент интенсивности напряжений K не ниже 8 МПа*м, поверхность сердечника имеет шероховатость не выше Ra 0,8.
2
1c
Сердечник изготавливали из мелкозернистых вольфрамокобальтовых порошков с содержанием кобальта 8% мас. Плотность после прессования заготовок равнялась 8,4+0,05 г/см. Спекание проводили в две стадии: предварительное - с целью удаления пластификатора в водородной атмосфере и окончательное вакуумно-компрессионное и в печи VKPgr 50/90/50 фирмы Degussa. Предельные значения параметров HRA, K, Ra были определены опытным путем.
Проводились сравнительные испытания с пулями с твердосплавным сердечником 7Н24. В качестве пробиваемого материала использовался бронежилет 6Б12 и бронеплита 5 мм марки 2П ГОСТ В 21967-90 на удалении 350 м. Определялся процент разрушения пробиваемого материала.
В таблице представлены результаты экспериментов, подтверждающих повышение пробивной способности предлагаемого сердечника.
Форма и свойства материала сердечника
Пробитие плиты из стали марки Ст.3 ГОСТ 14637-89 толщиной на дальности 100 м
Пробивание бронежилета, на дальности 350 м.
16 мм
18 мм
20 мм
24 мм
Прототип, твердосплавной сердечник 7Н24
100%
100%
20%
0%
100%
Предлагаемый сердечник σ<sub>сж</sub>=4200 МПА, HRA92 K<sub>1c</sub>=11 МПа*M<sup>1/2</sup>, Ra 0,63
100%
100%
100%
100%
100%
1c
1/2,
Как видно из результатов испытаний, наилучшее показатели по проценту разрушения пробиваемого материала у пули с сердечником, выполненным из материала, имеющего предел прочности на сжатие 4200 МПа и с углом при вершине 120° твердость HRA 92, коэффициент 1/2 интенсивности напряжений K=11 МПа*м Ra 0,63.