DE2709247C2

DE2709247C2 - Verfahren zur Gewährleistung einer vorbestimmten Lebensdauer eines Waffenrohrs

Info

Publication number: DE2709247C2
Application number: DE2709247A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. Böder; Hartmut Dipl.-Ing. Dr. 4000 Düsseldorf Marwitz
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1977-03-03
Filing date: 1977-03-03
Publication date: 1984-10-11
Also published as: CH632837A5; DE2709247A1; IT1095364B; NL7800888A; DK75578A; PT67636A; IT7820771A0; FR2382419A1; SE7802288L; JPS53110300A; GB1599582A; GR66098B; JPS5921480B2; BE864365A; NO780602L; FR2382419B1; BR7801287A; ES467446A1; PT67636B

Description

Wirkung wieder zunichte gemacht wird und/oder auf wesentliche Bindemittelanteile außer dem wirksamen mengemäßig erhöhten Zusatz verzichtet wird.

Als Zusätze eignen sich mehr oder weniger alle Metalle und deren Verbindungen, die vorteilhafterweise in dispergierter Form der Pulvertreibladung zugemi&cht bzw. angelagert werden und die während eines Schusses im Waffenrohr verteilt werden, wobei sie in der hochgespannten, extrem heißen Gasatmosphäre aufschmelzen, verdampfen, dissoziieren und mit oder ohne Eingehen neuer Verbindungen als Belag auf der Rohrinnenoberfläche aufschmelzen und/oder aufsublimieren.

Dieser Vorgang führt erst von bestimmten Mindestmengen von zugesetztem Ausgangsmaterial an, die wesentlich Ober bisher üblichen Zusatzanteilen Hegen, zu \^r> wirksamen Schichtdicken. Die wirksame Schichtdicke ist diejenige, die das darunter liegende Grundmaterial vollständig vor Hitzeschäden schützt Als besonders vorteilhaft haben sich Metalloxyde als Ausgangswerkstoff erw^:esen, wobei sich Oberflächenbeschichtungen - ergeben, die eine gute Haftung auf der Rohrinnenober-"1 fläche aufweisen, die zu Ablagerungen in ausreichender, jedoch den Kaliberdurchmesser nicht störend verengender Dicke führen, die eine extrem geringe Wärmeleitfähigkeig und einen hohen Schmelzpunkt sowie bei hohen Temperaturen eine sehr hohe Abriebfestigkeit aufweisen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens soll Titandioxid als Zusatz verwendet werden, wobei dem Treibladungspulver wenigstens bei den ersten Schüssen in Abhängigkeit von den thermischen Verhältnissen etwa 10 bis 25% des Zusatzes beigefügt sind.

Für weitere Beschüsse kann dieser Wert in Abhängigkeit von den innenballistischen Verhältnissen auf 5% bis 15% gesenkt werden. Im Zuge der bestimmungsgemä-Ben Benutzung des Waffenrohres kann ferner vorgesehen sein, nach einer bestimmten Schußzahl, einen oder mehrere Schüsse abzugeben, deren Pulvertreibladung wieder einen erhöhten Zusatzanteil aufweist, um auf diese Weise einen verstärkten Niederschlag auf der Rohrinnenoberfläche zu erreichen und so eine Verringerung der Schutzschichtdicke auszugleichen.

Das bemerkenswerte Ergebnis dieses Beschichtungs- ' Verfahrens ist darin zu sehen, daß eine im Rahmen der Herstellung des Rohres einmal aufgetragene Schicht bei nachfolgenden Schüssen in der Pulvergasatmosphäre trotz des hohen Schmelzpunktes infolge ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit zwar zunächst teilweise aufgeschmolzen aber anschließend im Verein mit dem in der Ladung mitgeführten dispergieren und teilweise dissoziierten Ausgangswerkstoff für die Schichtbildung wieder aufgebaut wird, wobei die Menge des beigefügten Ausgangsmaterials beim ersten und bei den folgenden Schüssen so abgestimmt wird, daß sich mit wenigen Schuß eine genügend dicke Schutzschicht aufbaut und sich weiterhin selbstregelnd erhält. Das heißt, die Schichtdicke ist durch einen Gleichgewichtszustand zwischen der Abtragung aufgrund der thermischen und mechanischen Beanspruchung und der Neubildung bestimmt, wobei dieser Regelungsmechanismus u. a. dadurch erklärt werden kann, daß dickere Schutzschichten wegen der geringeren Wärmeleitung in die Rohrwandung hinein höhere Temperaturen erreichen als dünne. Dicke Schichten werden daher während des Schusses etwas mehr aufgeschmolzen und abgetragen als dünne.

Die Schutzschicht kann sofort im Anschluß an die Fertigung des Waffenrohres, z. B. im Rahmen eines Abnahmebeschusses aufgebracht werden, indem wenigstens eine thermische und mechanische Beanspruchung, die mindestens gleich derjenigen während der bestimmungsgemäßen Benutzung des Waffenrohres ist, im Anschluß an die Fertigung durchgeführt wird und daß hierbei der die thermische und mechanische Beanspruchung erzeugenden Pulvertreibladung ein nach Art und/oder Menge gegenüber der Benutzung verschiedener Zus2tz beigefügt wird

In der Regel wird die Menge des Zusatzes bei dieser ersten Beanspruchung höher liegen als bei der späteren bestimmungsgemäßen Benutzung, wobei noch zusätzlich vorgesehen werden kann, den Anteil des Zusatzes in den Randbereichen der die thermische und mechanische Beanspruchung erzeugenden Pulvertreibladung größer zu machen als im Kernbereich.

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Claims

1 2 Aus der CH-PS 4 38 093 ist es ebenfalls bekannt, der Patentansprüche: Treibladung Mittel zur Verringerung des Rohrverschleißes hinzuzufügen. Es handelt sich dabei im we-

1. Verfahren zur Gewährleistung einer vorbe- sentlichen um eine Kohlenstoffverbindung, in welche stimmten Lebensdauer eines Waffenrohrs mit einer 5 ein fein verteilter Stoff dicpergiert ist, der Verbindungen Beschichtung der Innenwand, dadurch ge- des Aluminiums, Bors. Titans, Vanadins, Oiroms. Zirkennzeichnet. daß auf die Innenwand des kons, Niobs, Molybdäns, Hafniums, Tantals, Wolframs, Rohrs bei der Herstellung eine zusammenhängende, Urans, Zinks oder Thoriums oder diese Elemente selbst abriebfeste, hochschmelzende, gering wärmeleiten- enthält. Beim Abfeuern der Kartusche soll daraus eine de Schicht aufgebracht wird und daß diese Schicht 10 kühl gasförmige Isolierschicht gebildet werden, die die beim Beschüß durch Zusätze zur Treibladung in ei- Iunenwandung des Rohrs gegen die erodierenden ner Dicke aufrechterhalten wird, die das darunterlie- Treibladungsgase abschirmt. Eine derartige gasförmige gende Rohrmaterial vollständig vor Hitzeschäden Isolierschicht ist kritisch hinsichtlich einer reproduzierschützt baren Bildung und hält gesteigerten Anforderungen

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 15 nicht stand.

zeichnet, daß die Menge des Zusatzes bei der oder Im Rahmen der Leistungssteigerung von Rohrwaffen den ersten Beanspruchungen höher liegt als bei der durch Verwendung höherer Gasdrücke, heißerer Pulspäteren bestimmungsgemäßen Benutzung, vergase, größerer Ladung und höherer Feuerfolgen

3. Verfahren nach einem der vorstehenden An- werden jedoch immer höhere Anforderungen an die spräche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz im 20 Verschleiß- und Erosionsbeständigkeit gestellt, so daß wesentlichen aus Titandioxyd besteht die Lebensdauer von Waffenrohren trotz der bekannten

4. Verfahren nach einem der vorstehenden An- Schutzmaßnahmen nicht mehr ausreichend ist.
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz für Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß die Oberflädie erste(-n) Beanspruchung(-en) aus 10% bis 25% chen einerseits durch die thermische Kurzzeitbelastung Titandioxyd in feinverteilter Form besteht und daß 25 und andererseits durch die mechanische Belastung andieser Anteil je nach Beanspruchung bis auf 5% bis gegriffen werden, wobei Oberflächentemperaturen in 15% herabsetzbar ist der Größenordnung bis 2000⁰C beobachtet werden.

Derartige Temperaturen werden nur noch von wenigen

Werkstoffen ohne Schmelzen ertragen.

30 Neben dem hohen Schmelzpunkt ist ein weiteres Kriterium für die ausreichende Lebensdauer eines Waffen-

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur rohres die Warmfestigkeit bei hohen Temperaturen unGewährleistung einer vorbestimmten Lebensdauer ei- terhalb des Schmelzpunktes und die Trägheit bezüglich nes Waffenrohrs nach dem Oberbegriff des Patentan- unerwünschter Gefügeumwandlungen. Von Bedeutung spruchs 1. 35 ist ferner die chemische Beständigkeit des Rohrwerk-Aus der DE-AS 14 53 837 ist es bereits bekannt, der stoffes bzw. des Beschichtungswerkstoffes gegen die Treibladung rohrschonende Stoffe, wie beispielsweise heißen Pulvergase.

Aluminiumfluorid, Chromfluorid, Tantaloxid usw. beizu- Aufgabe der Erfindung ist es, die Lebensdauer eines

mischen, die beim Abbrand des Treibladungspulvers Waffenrohrs bei den vorstehend angegebenen BeIafein zerstäubt werden. Dabei wird allerdings erwähnt, 40 stungen für eine vorgeschriebene Schußzahl zu gewähr-

daß ein wesentlicher Nachteil des Zusetzens von Stof- leisten.

fen der genannten Art zur Pulvertreibladung darin be- Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 steht, daß nur in begrenztem Maße ein Zusatz möglich angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestalist, da durch einen hohen Zusatz solcher Stoffe die Ab- tungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen brandeigenschaften der Pulvertreibladung ungünstig 45 hervor.

beeinflußt werden. Entsprechend ist man gemäß den Zur Durchführung des Verfahrens werden der die

Ausführungen dieser Druckschrift gezwungen, sorgfäl- thermische und/oder mechanische Beanspruchung er-

tig zwischen der Wirkung dieser Stoffe und ihrem den zeugenden Pulvertreibladung Zusätze in einer solchen

Abbrand der Pulvertreibladung verschlechternden Ein- Art und Menge beigefügt, daß sich eine zusammenhän-

fluß abzuwägen, weshalb man in bezug auf die Beimen- 50 gende, abriebfeste, hochschmelzende, gering wärmelei-

gung solcher Stoffe zur Pulvertreibladung nur verhält- tende Schicht bildet, deren Schichtdicke durch einen

nismäßig wenig Spielraum hat. Gleichgewichtszustand zwischen der Abtragung auf-

Hieraus ergibt sich, daß die bekannte Beimengung grund der thermischen jnd mechanischen Beanspru-

von rohrschonend wirkenden Stoffen zur Pulvertreibla- chung und der Neubildung bestimmt ist.

dung nur in geringem Maße die erhoffte Wirkung zu 55 Das Verfahren nach der Erfindung geht dabei von der

erreichen gestattet, so daß zur Beschichtung der Ober- überraschenden Feststellung aus, daß von einer be-

fläche durch Ionitrieren, Gasnitrieren, Hartverchromen stimmten Menge des Zusatzes an nicht mehr nur eine

usw. geschritten werden muß, um eine angemessene Beeinflussung der Grenzschicht zwischen den heißen

Verschleiß- und Erosionsbeständigkeit der Innenober- Pulvergasen und der Rohrinnenwandung erreicht wird,

flächen von Waffenrohren zu erreichen. 60 wie es bei den Zusätzen gemäß dem Stand der Technik

Metallische oder mit Metallen als Hauptbestandteil angestrebt wird, sondern daß sich auf der Rohrinnen-

hergestellte Oberflächenschutzschichten haben jedoch wandung eine Schutzschicht niederschlägt, die stark

den Nachteil, daß sie hohe Wärmeleitzahlen besitzen, so erosionshemmende Eigenschaften aufweist,

daß der Temperaturschutzeffekt für den Rohrgrund- Die mit der Zugabe der nicht verbrennbaren Zusätze

werkstoff nur begrenzt ist. Versuche mit nichtmetall!- 65 entstehenden Verluste an innenballistischer Leistung m

schem Beschichten ergaben vorzeitiges Abschmelzen, können dadurch ausgeglichen werden, daß der Heiz- |

Verdampfen bzw. Abrieb infolge der durch Wärmestau wert der Pulvertreibladung angehoben wird, ohne daß

verursachten extrem hohen Oberflächentemperaturen. dadurch die wesentlich verbesserte erosionshemmende |