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, заявка: 2004102662 от 02.02.2004, МПК F42B 12/06).
Недостатком известного решения также является недостаточная пробивная способность сердечника металлической брони. Несмотря 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 пробивной способностью. Недостаток данного технического решения 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 4000 МПа, твердостью HRA не ниже 88,5 единиц, коэффициентом интенсивности напряжений K не ниже 8 МПа⋅м1/2, 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 округление 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 d - 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 мас.% 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-кратного превышения среднего размера зерна не допускается. (Патент RU 2473042, заявка: 2011130938 от 25.07.2011, МПК F42B 12/02).
Недостатком данного технического решения является - высокие затраты на изготовление сердечника. Это связано с необходимостью шлифования конической и цилиндрической поверхностей, требующих различного оборудования и оснастки. Кроме этого, наличие остроконечного конуса требует проводить повышенный контроль процесса автоматической сборки пули. При транспортировке остроконечных сердечников возможно скол вершины, что приводит к увеличению брака при изготовлении сердечника.
Задачей заявляемого технического решения является повышение пробивной способности твердосплавным сердечником металлической брони и увеличение запреградного поражения.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении формоустойчивости сердечника при воздействии высоких температур и давлений, снижение брака при прессовании заготовок, снижении трудоемкости изготовления сердечника.
1c
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⋅м1/2, имеющим форму тела вращения в виде соединенных между собой головной части в виде конуса и хвостовой части в виде цилиндра, головная часть выполнена остроконечной, остроконечная часть имеет скругление острия конуса, длина головной части составляет (0,7-2,1)d, длина сердечника составляет (1,95-5,55)d, хвостовая часть имеет фаску или радиус скругления, где d - диаметр сердечника пули, равен (0,6-0,95)D, где D - калибр пули, поверхность сердечника частично имеет шероховатость не хуже Ra 1,6, материал сердечника содержит от 6 до 9 мас.% 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-кратного превышения среднего размера зерна не допускается, при этом сплав имеет предел прочности на изгиб не менее 2400 МПа, головная остроконечная часть имеет скругление острия конуса радиусом до 0,53 мм, хвостовая часть, по торцу, имеет фаску или радиус скругления (0,025-0,045)d, поверхность цилиндра хвостовой части обработана до шероховатости не хуже Ra 0,8, а поверхность головной части в виде конуса сердечника не обработана, причем острие конуса и фаска по торцу получены прессовым инструментом.
При изготовлении и сердечника на его поверхностях образуются неровности и микронеровности, а слой сплава, непосредственно прилегающий к поверхности, изменяет структуру, фазовый и химический состав, в нем возникают остаточные напряжения. Предел прочности на изгиб это предельные растягивающее изгибающее напряжение, созданное на поверхности образца, приводящие к его разрушению. В момент пробития брони поверхностный слой сердечника подвергается наиболее сильному физико-химическому воздействию: механическому, тепловому, магнитоэлектрическому, световому, химическому и др. При этом поверхностный слой конуса головной части и поверхностный слой хвостовой части сердечника испытывают различные нагрузки вследствие чего и механизмы разрушения у них различные. Износ, эрозия, кавитация, коррозия, усталостные трещины и другие разрушения развиваются вначале на поверхности конуса головной части сердечника. Поверхностные слои конуса и цилиндра хвостовой части сердечника должны обладать различными физико-химическими свойствами. При прохождении сердечника через броню хвостовая часть сердечника испытывает максимальные растягивающие напряжения, поэтому поверхностный слой хвостовой части сердечника должен иметь максимальное сопротивление к зарождению и развитию микротрещин, которую можно повысить за счет снижения дефектности поверхностного слоя. Если сплав, из которого изготовлен сердечник, имеет прочность при изгибе не менее 2400 МПа, а поверхность хвостовой части сердечника имеет низкую шероховатость (Ra 0,8), то такой сердечник обладает повышенной формоустойчивостью при воздействии высоких температур и давлений, то есть при пробитии брони.
Увеличение скругления головной остроконечной части острия конуса радиусом до 0,53 мм по сравнению с прототипом (0,33 мм) позволяет снизить затраты на контрольные операции при автоматизации процесса сборки пули и снизить брак от сколов при транспортировке сердечника. Скругление головной остроконечной части острия конуса радиусом до 0,53 мм и фаску или радиус скругления (0,025-0.045)d по торцу хвостовой части сердечника получают при изготовлении прессовой оснастки для прессования заготовок. В дальнейшем, после спекания, они обработке не подвергаются.
Авторами установлено, что дефекты поверхности конусной части сердечника - это отдельные неровности, вмятины, раковины, поры, выкрашивания, и другие, которые остаются после спекания сплава не оказывают существенного влияния на процесс разрушения сердечника. Более того, в первоначальный момент соударения сердечника и брони поверхность конической головная части сердечника покрывается материалом брони. В дальнейшем данный слой проявляет себя как защита поверхностного слоя головной остроконечной части от разрушения. На фиг. 1 показаны величина данного слоя и защита от выкрашивания с поверхности сердечника фрагментов, образовавшихся в результате термического с силового удара. В результате прохождения сердечника через броню фиг. 2, на конусе формируется скругление радиусом порядка 0,53 мм. В точке контакта происходит значительное повышение температуры и давлений в короткий промежуток времени. 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 контактной зоны и разрушению брони в виде плавления. Оптимизируя радиус скругления, выполняя его максимально приближенным по форме, которая формируется в момент удара, мы получаем стабильные результаты по пробитию брони. 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 часть, по торцу, с фаской или скруглением радиусом (0,025-0,045)d, где d - диаметр сердечника, а диаметр сердечника равен (0,6-0,95)D, где D - калибр пули и закругление острия конуса до 0,53 мм, получаем оптимальный диапазон геометрических параметров сердечника.
Оптимизация физико-механических свойств твердосплавного материала, из которого изготовляется сердечник по макро- и микроструктуре и физико-механическим свойствам позволяют сердечнику выдерживать высокие контактные нагрузки в момент соударения с броней, а оптимизация геометрических размеров позволяет значительно снизить затраты на изготовление сердечника.
На фигуре 3 представлена конструкция заявляемого сердечника. Сердечник состоит из головной части в виде конуса 1, его остроконечная часть имеет скругление острия 2 конуса до 0,53 мм. Хвостовая часть в виде цилиндра 3 имеет фаску 4 или радиус закругления(0,025-0,045)d, при этом длина головной части конуса 1 составляет (0,7-2,1)d, длина сердечника составляет (1,95-5,55)d, где d - диаметр сердечника, a d в свою очередь равен (0,6-0,95)D, где D - калибр пули, поверхность цилиндра 3 хвостовой части обработана до шероховатости не хуже Ra 0,8, а поверхность конуса 1 головной части сердечника не обработана.
Для подтверждения высокой пробивной способности твердосплавным сердечником металлической брони и увеличение запреградного поражения 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 ГОСТ 14637-89 толщиной 10 мм на удалении 150 м, для оценки запреградного действия пули применялся пакет досок, с толщиной доски 25 мм, расположенный сразу за пробиваемой преградой, по глубине проникновения сердечника в пакет из досок после пробития преграды. Результаты эксперимента подтвердили высокую пробивную способность и запреградное действие предлагаемого сердечника.