Способ изготовления заготовки стального сердечника для бронебойно-зажигательной пули
METHOD FOR PRODUCING STEEL CORE BLANK FOR ARMOR-PIERCING INCENDIARY BULLET

Предлагаемое изобретение относится к области боеприпасов стрелкового оружия, в частности, к производству бронебойных сердечников, применяемых в изготовлении пуль для автоматического и другого оружия, предназначенным для стрельбы по легкобронированным целям.
Сердечники бронебойных пуль изготавливают в основном из конструкционных (сталь 70) или инструментальных углеродистых (У10, У12) сталей методом холодной штамповки и механической обработки резанием с последующими термохимическими упрочняющими операциями на заключительном этапе. Основными эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к материалу сердечника, является высокая твердость в готовом изделии для возрастания бронепробиваемости, в сочетании с высокой вязкостью в основном по ведущей части для повышения живучести ствола оружия (Малов, А.Н. Производство патронов стрелкового оружия. М.: Оборонгиз. 415 с.). Эти требования противоречивы, поскольку с увеличением твердости повышается хрупкость, и возрастает число сколов при встрече сердечника с преградой.
Одним из способов решения данной проблемы является получение сердечника с радиальной анизотропией свойств, т.е. обладающего переменной, по заданному закону, твердостью от поверхности к сердцевине для обеспечения бронепробития при отсутствии хрупкого разрушения.
Известен способ изготовления выступающих за пределы оболочки бронебойных сердечников из малоуглеродистой стали, в котором сердцевина сердечника имеет структуру троостита твердостью 350-380 НВ, а внешний слой упрочнен до твердости HRC 55-60 (RU 2151369). Такой характер распределения твердости обеспечивается предварительным науглероживанием поверхности отштампованного сердечника в среде твердого карбюризатора при 900-1000°С на глубину 0,1-0,3 от диаметра с последующей окончательной термообработкой закалкой и отпуском по стандартным режимам. По предложенной технологии проведены испытания только на полуоболочечных пистолетных пулях с достаточно низкой начальной скоростью - 500 и 600 м/с соответственно, тогда как для большинства винтовочных и крупнокалиберных пуль начальная скорость достигает 800…1000 м/с, а на таких скоростях нельзя исключать сколы поверхностного слоя при соударении. Кроме того, реализация технологии требует дополнительной химико-термической обработки в твердом карбюризаторе длящейся несколько часов, что снизит производительность при массовом изготовлении.
Также известен способ изготовления бронебойных сердечников из высокоуглеродистой стали, по которому термоупрочненный до твердости HRC 64-67 сердечник подвергается нагреву токами высокой частоты для снижения поверхностной твердости до HRC 47…52 на глубину 0,05-0,1 калибра пули (RU 2210605). При пробитии преграды таким сердечником происходит сдвиг менее прочного поверхностного слоя, что позволяет использовать его в качестве твердой смазки для уменьшения сопротивления внедрению. Недостатком способа является применение дополнительных операций термообработки, а кроме того закалка сердечника не всегда позволяет обеспечить необходимую твердость в центральной части, о чем свидетельствуют проведенные авторами измерения твердости центральной части разрушившихся сердечников.
Помимо термической обработки радиальную анизотропию свойств можно обеспечить пластической деформацией исходного материала. Так в заявке на изобретение №95108793, поданной в 1995 году, заявитель утверждает, что заявляемый способ позволяет повысить ресурс пластичности и создает возможность управления анизотропией механических и физических свойств металла прессуемых изделий. Способ осуществляется путем загрузки нагретой до температуры прессования заготовки в контейнер пресса и выдавливанием металла заготовки пресс -штемпелем через очко матрицы. Одновременно с выдавливанием производят кручение потоков истекающего металла. Матрица для осуществления этого способа содержит рабочий канал, выполненный в виде клиновидных ориентированных в радиальном направлении пазов, обращенных основаниями к очку матрицы и имеющих переменную по длине паза глубину, сходящую на нет вблизи наружного диаметра и калибрирующего участка очка матрицы. Это позволяет при выдавливании формировать металл в виде истекающих потоков (ручьев) и одновременно закручивать их для усреднения его свойств по твердости. К сожалению, отсутствие в материалах заявки доказательной базы не позволяет утверждать о достижении возможности управления анизотропией изделия. Тем не менее, по характеру технического выполнения для достижения управления анизотропией механических и физических свойств изделий мы рассматриваем этот способ как ближайший аналог осуществляемой нами разработке. К существенным недостаткам этого процесса следует отнести сложность изготовления используемой матрицы и невозможность достижения регулируемого распределения (анизотропии) механических показателей в изделии, т.к. скручивание приводит к их усреднению. Таким образом, известный способ не может обеспечить необходимую радиальную анизотропию для изделий с различной твердостью.
Задачей заявляемого технического решения является разработка способа обеспечивающего радиальную анизотропию свойств сердечника с возрастанием твердости от поверхности к сердцевине.
Поставленная задача была решена осуществлением пластического деформирования изделия в виде заготовки, полученной из прутка, при применении матрицы с меняющим форму каналом в его рабочей части, что обеспечивает холодную пластическую деформацию с максимальным упрочнением в центральной части заготовки без изменения ее геометрических размеров. Кроме того, поскольку невозможно обеспечить перемещение заготовки через матрицу жестким пуансоном, ее перемещают толканием следующей за ней в потоке заготовкой, на которую в свою очередь давит пуансон штампа.
Достигаемым техническим результатом при реализации предлагаемого способа является регулируемое распределение показателей твердости с возрастанием к сердцевине. Что позволяет его применение для таких специфических изделий как сердечники.
Осуществление способа поясняется схемой - фиг. 1, а также фиг. 2, иллюстрирующей геометрию рабочего канала матрицы и изменение формы деформируемой заготовки по мере проталкивания через различные сечения, где 1 - обрабатываемая заготовка; 2 - исходный пруток (необработанная толкающая заготовка); 3 - матрица; 4 - пуансон.
Р
r
а
b
а
b
r
r
r
1
2
1
2
Способ осуществляют холодной штамповкой в прессе при помощи пуансона и матрицы с модифицированным рабочим каналом. Форма канала в плоскостях перпендикулярных направлению движения заготовки под действием силы , приложенной со стороны пуансона трижды меняется, при этом площадь сечений остается постоянной. На входном участке канал матрицы выполняют поперечным сечением в виде окружности с радиусом  (фиг. 1, А-А), изменяющимся на эллиптическое поперечное сечение с полуосями  и  (фиг. 1, Б-Б), затем на эллиптическое поперечное сечение с полуосями  и , развернутыми на 90° (фиг. 1, В-В), а на выходе заготовки, полученной из прутка, поперечное сечение канала выполняют в виде окружности с радиусом  (фиг. 1, Г-Г), при этом =, а площади каждого сечения выполняют с учетом их равенства друг другу. Размеры модифицированного канала зависят от калибра бронебойной пули, изготавливаемой из обработанной заготовки. Перемещение заготовки в канале матрицы осуществляют проталкиванием прутком, из которого отрезают деформированную заготовку. После упрочнения исходных заготовок предлагаемым способом они обрабатываются по стандартной заводской технологии изготовления сердечника.
Измерения твердости сердечников для бронебойно-зажигательных пуль Б-32 клб. 12,7 и 14,5 мм, разрушившихся при пробитии преграды, показали значения твердости HRC 51-54 в центральной части и HRC 61-64 на поверхности сердечника. Результаты оценки твердости сердечников, изготовленных по предлагаемой технологии, показали значения HRC 61-64 в центральной части и HRC 45-48 на поверхности изделия, что подтверждает обеспечение требуемого закона изменения твердости.
Новизной предлагаемого способа изготовления стального сердечника для бронебойной пули применение холодной пластической деформации исходной заготовки путем проталкивания через канал матрицы с переменной формой поперечного сечения взамен известных способов, основанных на дополнительной термической обработке.