Сердечник бронебойной пули

Полезная модель относится к боеприпасам, в частности к пулям автоматным и винтовочным, имеющим твердосплавные сердечники с высоким пробивным действием. 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_1c не ниже 8 МПа м^1/2, 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 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 при этом, конус головной части сердечника выполнен остроконечным с углом при вершине от 10° до 38°.

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.

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_1С 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.

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_1С 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.

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_1с не ниже 8 МПа м^1/2, 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°.

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_1с не ниже 8 МПа м^1/2, поверхность сердечника имеет шероховатость не выше Ra 0,8.

Сердечник изготавливали из мелкозернистых вольфрамокобальтовых порошков с содержанием кобальта 8% мас. Плотность после прессования заготовок равнялась 8,4+0,05 г/см ². 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_1c, 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 сж=4200 МПА, HRA92 K1c=11 MПaM1/2., Ra 0,63, угол при вершине 28°	100

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 _1c=11 МПа*м^1/2, Ra 0,63, угол при вершине конуса равен 28 градусов.

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_1c не ниже 8 МПам^1/2 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 отличающийся тем, что конус головной части сердечника выполнен остроконечным с углом при вершине от 10 до 38°.