Сердечник бронебойной пули с головной конической частью оживальной формы

Полезная модель относится к боеприпасам, в частности к пулям автоматным и винтовочным, имеющим сердечник из твердого сплава с высоким пробивным действием. В основу изобретения поставлена задача повышения поражающей способности сердечника. В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в увеличение пробивной способности твердосплавного сердечника при пробитии металлической брони и увеличения запреградного поражения осколочными фрагментами брони образованными сердечником при выходе из брони. Указанный технический результат достигается сердечником бронебойной пули с оживальной головной частью, 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, 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% масс. 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-х кратного превышении среднего размера зерна не допускается остроконечная часть конуса имеет контактную площадку, диаметр которой равен (0.018-0,25)d, где D-калибр пули, при этом твердый сплав имеет прочность при поперечной изгибе не менее 2000 МПа, а головная часть в виде конуса выполнена оживальной формой с радиусом оживало равным (0,87-13,28)d.

Полезная модель относится к боеприпасам, в частности к пулям автоматным и винтовочным, имеющим сердечник из твердого сплава.

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 металлической брони. Не смотря 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, пробившие броню, обладают низкой запреградной поражающей способностью. Недостаток обусловлен неоптимальным 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, твердостью HRA не ниже 88,5 единиц, коэффициент интенсивности напряжений К _1с 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, 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% масс. 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-х кратного превышении среднего размера зерна не допускается, при этом остроконечная часть конуса имеет контактную площадку, диаметр которой равен (0.018-0,25)D, где D-калибр пули. (Решение о выдаче патента на полезную модель по заявке 2012147317 от 10.12.2012 г.)

Недостатком известного решения является недостаточная запреградная поражающая способность сердечника при пробитии им металлической брони. Недостаток обусловлен неоптимальным соотношением геометрических параметров сердечника и свойств твердого сплава.

Задачей данного технического решения является повышение поражающей способности сердечника.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в увеличение пробивной способности твердосплавного сердечника при пробитии металлической брони и увеличения запреградного поражающего воздействия пули осколочными фрагментами брони образованными сердечником при выходе из брони.

Указанный технический результат достигается заявляемым сердечником бронебойной пули с оживальной головной частью, выполненный 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, имеет форму тела вращения в виде соединенных между собой головной части в виде конуса и хвостовой части в виде цилиндра, головная часть выполнена остроконечной, 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% масс. 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-х кратного превышении среднего размера зерна не допускается остроконечная часть конуса имеет контактную площадку, диаметр которой равен (0.018-0,25)D, где D-калибр пули, при этом твердый сплав имеет прочность при поперечной изгибе не менее 2000 МПа, а головная часть в виде конуса выполнена оживальной формой с радиусом оживало равным (0,87-13,28)d.

Авторами предлагаемого технического решения установлен смешанный механизма разрушения брони, когда на первом этапе внедрения сердечника в броню реализуется энергоемкий механизм пробития проколом с расплавлением металла и на втором этапе прохождения сердечником брони, когда сердечник выходит из брони, реализуется механизма разрушения менее энергоемкий, а именно, хрупкий механизм разрушения тыльной стороны. При наличии контактной площадки в головной части сердечника, при пробитии брони реализуется смешанный механизм разрушения брони. Первый этап - внедрение сердечника в броню у остроконечного сердечника и сердечника с контактной площадкой идентичны, реализуются энергоемкие механизмы пробития проколом с расплавлением металла. При дальнейшем внедрения сердечника с контактной площадкой, контактная площадка впереди себя формирует кольцевые трещины с образованием так называемых конусов Герца (Каркашадзе Г.Г. Механическое разрушение горных пород: Учеб. пособие для вузов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета. 2004.- стр.136-137). Нагрузка внутри конуса Герца возрастает и под площадкой сердечника формируется опережающее ядро уплотнения - зона всестороннего сжатия. В ядре сжатия материал брони испытывает напряжения многократно, на один-два порядка превышающие базовую прочностную характеристику - предел прочности при одноосном сжатии. Ядро уплотнения накапливает потенциальную энергию деформаций. В момент выхода концентрических трещин на поверхность образуется выходной кратер, потенциальная энергия деформаций переходит в кинетическую энергию фрагментов брони, вызывая их отрыв, фрагментацию и разлет с большой скоростью, до 100 м/с. После завершения акта освобождения выходной зоны от фрагментов разрушения, сердечник продолжает движении за преградой брони с большой скоростью.

Такой смешанный механизм пробития брони, реализуется при наличии у сердечника в головной части контактной площадки, диаметр которой равен (0.018-0,25)D, где D-калибр пули. Проведенные исследования показали, что при наличии контактной площадки, диаметр которой равен (0.018-0,25)D, где D-калибр пули, и различном исполнении головной части, (в виде конуса, прототип и оживального конуса с радиусом оживало равным (0,87-13,28)d, предлагаемое техническое решение) внутренняя поверхность пулевого отверстия имеет различные по величине зоны хрупкого разрушения. Так, зона хрупкого разрушения, при пробитии сердечником с головной оживальной частью, по величине больше зоны образованной при пробитии сердечником с конической головной частью. Во втором случае (прототип) зона, в которой происходит откол частиц на выходе меньше, и имеются отогнутые по ходу движения сердечника лепестки из металла брони. При пробитии брони сердечником имеющем оживальную конусную головную часть зона хрупкого разрушения имеет большую величину по толщине отверстия. При пробитии металлической брони сердечником с конической оживальной головной частью хрупкое разрушение начинается раньше, чем сердечником с конусной головной частью, следовательно, меньше энергии затрачивается на плавление брони, и как следствие, большая запреградная скорость. Предельные значения радиуса оживало определены экспериментально. При выполнении головной части в виде оживального конуса с радиусом оживало равным (0,87-13,28)d при пробитии брони, происходит более быстрое нарастание сжимающего давления в начальный момент внедрения головной части в броню, что может привести к хрупкому разрушению головной части. Разрушения не происходит, если сплав имеет необходимые высокие физико-механические свойства. Введение дополнительного параметра - прочность при поперечной изгибе не менее 2000 МПа, к имеющимся, позволяет более точно оценивать уровень физико-механических свойств материала для изготовления сердечника с головной частью в виде оживального конуса с радиусом оживало равным (0,87-13,28)d.

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 выполняя остроконечную часть конуса с плоской контактной площадкой, диаметр которой равен (0.018-0,25)D, где D-калибр пули, а головную частью в виде оживального конуса с радиусом оживало равным (0,87-13,28)d, мы получаем сердечник, который создает ядро уплотнения под площадкой сердечника, потенциальная энергия которого переходит в кинетическую энергию фрагментов брони, вызывая их отрыв, фрагментацию и разлет с большой скоростью при этом сам сердечник сохраняет высокую запреградную скорость.

Оптимизация физико-механических свойств твердосплавного материала, из которого изготовляется сердечник с оптимальной макро и микроструктурой позволяют сердечнику выдерживать высокие контактные нагрузки в момент соударения с броней.

На фигуре 1 представлена конструкция заявляемого сердечника. Сердечник состоит из головной части в виде оживального конуса 1 с радиусом оживало равным (0,87-13,28)d, его остроконечная часть имеет плоскую контактную площадку 2 диаметр которой равен (0.018-0,25)d, где D-калибр пули. Хвостовая часть 3 выполнена в виде цилиндра. 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, а 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 сердечника, главным образом твердости и трещиностойкости использовали порошки карбида вольфрама с возможно меньшим размером частиц и новые методы консолидации, обеспечивающие высокую скорость спекания, стабильность и однородность структуры сплава. Спекание проводится в две стадии: предварительное - с целью удаления пластификатора в водородной атмосфере и окончательное вакуумное при выбранных оптимальных технологических режимах.

Для подтверждения высокого поражающего действия сердечника проводили сравнительные стрельбы с бронебойными пулями калибра 7,62 с твердосплавным сердечником изготовленным по прототипу. В качестве пробиваемого материала использовалась бронеплита марки 2П толщиной 10 мм на удалении 250, 280 и 300 метров. Оценивали количество пробитий при 10 зачетных попаданиях. Стрельба велась из пулемета «Печенег» с оптическим прицелом.

В таблице предоставлены результаты сравнительных испытаний.

Как видно из результатов сравнительных испытаний, предлагаемый сердечник имеет более высокую пробивную способность (количество пробитий на 300 м) по сравнению с прототипом.

Сердечник бронебойной пули с головной конической частью оживальной формы, выполненный из твердого сплава с пределом прочности на сжатие более 4000 МПа, твердостью HRA не ниже 88,5 единиц, коэффициент интенсивности напряжений K_1c 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, 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 превышении среднего размера зерна не допускается, остроконечная часть конуса имеет контактную площадку, диаметр которой равен (0,018-0,25)D, где D - калибр пули, отличающийся тем, что твердый сплав имеет прочность при поперечной изгибе не менее 2000 МПа, а головная часть в виде конуса выполнена оживальной формой с радиусом оживало, равным (0,87-13,28)d.