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.
Известно 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). Данный сердечник применен в патроне 7Н24М
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, островным видом разрушения сердечника является скол хвостовика. В случае когда сердечник не пробивает бронеплиту, он в ней застревает, но у него разрушается хвостовик, который в принципе не входил в контакт с материалом бронеплиты. Недостаток обусловлен большим углом конуса при вершине головной части.
1С
Известно решение, в котором твердосплавный сердечник бронебойной пули, выполнен из твердого сплава с пределом прочности на сжатие более 4000 МПа и состоящий 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 хвостовик сердечника выполнен в виде усеченного конуса, меньший диаметр конуса равен 0,90-0,97 диаметра основания головной части сердечника, а больший диаметр конуса равен диаметру основания головной части сердечника, а материал твердого сплава имеет твердость HRA не ниже 88,5 единиц и коэффициент интенсивности напряжений K не ниже 8 МПа·м1/2. (патент РФ на полезную модель №88 793).
Недостатком известного решения также является недостаточная пробивная способность сердечника металлической брони. Она на 10% выше, чем у предыдущего решения, но островным видом разрушения сердечника является скол хвостовика. Повышение бронебойной способности в данном случае достигнуто за счет улучшения свойств твердого сплава, а недостаток обусловлен также большим углом конуса при вершине головной части.
1С
Известно решение, принятое в качестве прототипа, в котором сердечник бронебойной пули выполнен 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, вершина головной части 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 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. с осью сердечника, а второй отрезок формирует фронтовой объем головной части в виде конуса, отходит от первого отрезка и образует угол 25-60. с осью сердечника, хвостовик сердечника имеет форму соединенных между собой цилиндра и (или) усеченного конуса, меньший диаметр конуса равен 0,80-0,98 диаметра большего диаметр конуса хвостовика, 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·м1/2, при этом поверхность сердечника полностью или частично имеет шероховатость не выше Ra 0,8. (патент РФ на полезную модель №90189).
Недостатком данного решения также является недостаточная пробивная способность сердечника металлической брони. Однако она выше, чем у аналогов, но при этом островным видом разрушения сердечника является также скол хвостовика. Повышение бронебойной способности в данном случае достигнуто за счет улучшения свойств поверхности, уменьшению ее шероховатости. Недостаток обусловлен также большим углом конуса при вершине головной части.
В основу изобретения поставлена задача повышения пробивной способности твердосплавным сердечником металлической брони.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в отсутствии разрушения хвостовой части сердечника, при пробитии им металлической брони.
1с
1/2
Указанный технический результат достигается заявляемым сердечником бронебойной пули, выполненным из твердого сплава с пределом прочности на сжатие более 4000 МПа, твердостью HRA не ниже 88,5 единиц, коэффициентом интенсивности напряжений K не ниже 8 МПа ∗ м, в виде тела вращения состоящего из головной части, имеющей оживальную форму в виде конуса, и хвостовую часть, имеющей форму соединенных между собой цилиндра и усеченного конуса, меньший диаметр конуса равен 0,80-0,98 диаметра большего диаметр 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 отличающийся тем что, конус головной части сердечника выполнен остроконечным с углом при вершине от 10° до 38°.
Решение повышения пробивной способности твердосплавным сердечником металлической брони оказалось простым, но далеко не очевидным. Все приведенные выше технические решения, и многие другие решения, при заострении головной части сердечника доходили до угла в 40-60 градусов и останавливались, полагая, что дальнейшее заострение конуса твердосплавного сердечника, при соударении со стальной броней приведет к его хрупкому разрушению. Оно так и происходит при низких скоростях соударения или при статическом нагружении.
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. Это может объяснить характер разрушения сердечника, когда у него разрушается хвостовик. Необходимо отметить, что хвостовик в момент соударения не подвергался какому-либо воздействию со стороны бронеплиты, т.к. не находится с ней в соприкосновении. Ударные волны в нем присутствуют.
Подробный анализ физического механизма и основных закономерностей кинетики разрушения металлических поверхностей при ударном нагружении, что соответствует соударению сердечника и брони позволили прийти в выводу о необходимости дальнейшего заострения сердечника. Такой подход позволил объяснить, почему заострение конуса твердосплавного сердечника приводит с скачкообразному повышению его пробивной способности металлической брони. Почему конус должен быть острым, а плоскость конуса обработанной и не иметь на поверхности дефектного слоя.
Что бы понять причину повышения пробивной способности сердечника необходимо рассмотреть с позиций механики разрушения процессы, происходящие в стольной броне.
Важную роль в пробивной способности сердечника, имеющего острый угол при вершине конуса без закругления острия, играет начальный период при высокоскоростном соударении. Данный период характеризуется очень быстрым приложением и кратковременным действием нагрузки в точке контакта с локализацией напряжений и деформаций в малом объеме. Температура в зоне контакта зависит как от гидростатического давления, так и от сдвиговых напряжений, хотя механизмы у них различны. Экспериментально установлено, что в месте контакта появляются области, сильно локализованной пластической деформации, называемые плоскостями адиабатического сдвига (ПАС), в окрестностях которых концентрируется тепло. Быстрое деформирование металла приводит к локализованному нагреву и катастрофическому разрушению. Увеличивая угол конуса и радиус закругления, мы увеличиваем зону локализации и снижая тем самым температуру в ней за счет теплопроводности, что в итоге не приводит образованию ПАС.(Зельдович Я.Б. «Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений» М, Наука, 1966, 686 с.).
При дальнейшем внедрении сердечника в преграду реализуется известный механизм пластического расширения отверстия в преграде. Уменьшение угла конуса и здесь благоприятно сказывается на повышении пробивной способности сердечника. В этом случае реализуются боле высокотемпературные механизмы пластической деформации преграды. Поскольку такой конус имеет большую высоту, он больше времени находится в контакте, когда идет процесс пластического деформирования, он больше нагревается и больше тепла передает хвостовику, вязкость которого с увеличением температур повышается, таким образом, не происходит его разрушения. При остром наконечнике образование ударных волн снижается, а следовательно и снижается их негативное воздействие. Не разрушенный сердечник обладает значительной энергией после прохождения преграды.
Предлагаемый диапазон углов конуса при вершине определен экспериментально. Предпочтительнее выполнять конус наконечника сердечника с углом в пределах 25-30 градусов.
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 стойкость к микромеханизмам зарождения и развития поверхностных микротрещин.
На чертеже представлена конструкция заявляемого сердечника, где угол при вершине конуса головной части сердечника от 10° до 38°.
1с
1/2
Сердечник пули состоит из хвостовой части 1 и головной части 2, имеющей оживальную форму с углом при вершине головной части от 10° до 38°, 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, К, Ra были определены опытным путем.
Проводились сравнительные испытания с пулями с твердосплавным сердечником 7Н24. В качестве пробиваемого материала использовалась бронеплита 10 мм марки 2П ГОСТ В 21967-90 на удалении 70 м. Определялся процент пробития плиты.
В таблице представлены результаты экспериментов, подтверждающих повышение пробивной способности предлагаемого сердечника.
Форма и свойства материала сердечника
Процент пробитие плиты на удалении 70 м
Прототип, твердосплавной сердечник 7Н24
0
Прототип, твердосплавной сердечник 7Н24М
80
Предлагаемый сердечник σ<sub>сж</sub>=4200 МПА, HRA92 K<sub>1c</sub>=11 MПa∗M<sup>1/2.</sup>, Ra 0,63, угол при вершине 28°
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 интенсивности напряжений K=11 МПа*м Ra 0,63, угол при вершине конуса равен 28 градусов.