Результат интеллектуальной деятельности: СЕРДЕЧНИК БРОНЕБОЙНОЙ ПУЛИ

Изобретение 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. 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 запреградной поражающей способностью. Недостаток обусловлен не оптимальным соотношением геометрических параметров сердечника.

Известно техническое решение, принятое в качестве прототипа, в котором сердечник бронебойной пули выполнен из твердого сплава с пределом прочности на сжатие более 4000 МПа, твердость HRA не ниже 88,5 единиц, коэффициент интенсивности напряжений K_1C не ниже 8 МПа·м^1/2, 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, 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 изобретения поставлена задача повышения пробивной способности твердосплавным сердечником металлической брони и увеличение запреградного поражения.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в снижении количества сердечников, имеющих макрохрупкое разрушение при пробитии брони, увеличении запреградного поражения сердечника бронебойной пули, повышении кучности поражения при увеличении дальности, снижении трудоемкости изготовления сердечника.

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, коэффициент интенсивности напряжений К_1с не ниже 8 МПа·м^1/2, 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 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 d - диаметр сердечника пули, равен (0,6-0,95)D, где D - калибр пули, поверхность сердечника полностью или частично имеет шероховатость не выше 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.

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 в 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 соударения с броней. 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 контакта и катастрофическому разрушению брони в виде плавления. Оптимизируя радиус закругления, выполняя его максимально заостренным, мы получаем стабильные результаты по пробитию брони, так как каждый раз повторяется один и тот же механизм пробития с образованием 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 позволяет проводить оптимизацию материала для сердечника пули, обладающего максимальной пробивной способностью с сохранением высокой стабильности. Основным недостатком твердых сплавов, получаемых жидкофазным спеканием, являются не стабильные 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, в твердых сплавах заготовки с плотностью от 13 до 15 г/см³ имеют средний размер зерна 2,5 мкм, при этом значительную объемную долю составляют зерна размером до 5-10 мкм, а также скопления кобальта, размер которых достигает 12 мкм. Столь высокий уровень пористости и неоднородности приводит к снижению механических свойств твердых сплавов и не позволяет сердечнику выдерживать высокие контактные нагрузки в момент соударения с броней. Оптимизация сплава по микроструктуре, по количеству зерен основной фракции карбида вольфрама с размером 1-2 мкм не менее 60%, отсутствие отдельных крупных зерен карбида вольфрама с размером зерен более 4-кратного превышения 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. Наиболее важным параметром, позволяющим сохранить высокую пластичность, является содержание кобальта и/или никеля и карбида вольфрама. Оптимальным для сердечника является содержание кобальта и/или никеля от 6 до 9 мас.% и остальное карбид вольфрама.

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 скругление 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 изготавливался методом порошковой металлургии из мелкозернистых вольфрамокобальтовых порошков. Спекание проводится 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 ГОСТ 14637-89 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.

Как видно из результатов эксперимента, предлагаемый сердечник имеет более высокое запреградное действие по сравнению с прототипом.