EP0114591A1 - Verfahren zur Herstellung von Waffenrohren - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing gun barrels, which have a core barrel and at least one jacket barrel made of different metallic materials.
- Gun barrels are subject to two completely different stresses: on the one hand, the explosion of the propellant charge of a projectile creates a high pressure inside the barrel, which the gun barrel must be able to withstand, and on the other hand the projectile is driven through the barrel at high speed, thereby stabilizing the bullet trajectory the projectile is rotated by the cables in the gun barrel, which creates an extreme abrasive load on the barrel interior.
- these two loads place different demands on the material.
- One way to meet these different requirements is to provide a correspondingly large dimensioning of the weapon barrel, which means that the mobility of the weapons suffers and an extremely high amount of material is required.
- a method for the manufacture of gun barrels has already become known, wherein a core tube is fitted into a tubular casing.
- the disadvantage of this method is that particularly precise machining of both the inner hollow of the casing tube and the outer casing of the core tube is required.
- damage to the inner tube such as that caused by cracks, which can be attributed to the pressure load, a significant change in the caliber can occur, which can result in the gun barrel being destroyed by a projectile.
- the present invention has set itself the goal of providing a method for producing gun barrels that are suitable for guns as well as handguns and handguns that have a core barrel and at least one jacket barrel made of different metallic materials, which allows a to produce a particularly light and resistant weapon barrel.
- the method according to the invention for the manufacture of weapon tubes which have a core tube and at least one jacket tube made of different metallic materials, consists essentially in the fact that in a sleeve tube, which is optionally arranged in a capsule tube, made of a tough alloy, e.g.
- a weapon barrel manufactured according to this method has the advantage that it takes into account both the high pressure and the abrasive stresses in a particularly favorable manner, a particularly advantageous combination of a melt metallurgical
- the central hollow area is filled with a filler, preferably made of an easily machinable material, e.g. Free cutting steel, so an unnecessary loss of the complex metal powder can be saved, while at the same time particularly easy mechanical processing can take place.
- a filler preferably made of an easily machinable material, e.g. Free cutting steel
- the manipulation can be very easily carried out because the G-e weight of the composite body can be kept particularly low.
- the composite body is subjected to a hot deformation, in particular forging, with a deformation of at least 1.3 times, in particular at least 2 times, before it is mechanically processed into a weapon barrel, a particularly homogeneous structure of the core tube portion obtained by powder metallurgy can be achieved, with a longer service life of the Gun barrel enters.
- Is as zähfestes material is titanium or a Titanle g IE coding is used, a particularly low-weight weapon barrel may be generated.
- a cobalt-based alloy is used as the highly wear-resistant alloy for gun barrels for guns or the like with a particularly elongated weft track,
- a nickel-based alloy is used as the material for filling the casing tube.
- a cladding tube which has a coating of an adhesion promoter, e.g. Nickel or the like.
- a composite metal tube part was produced by using X40CrMoV51 (with 0.38% C, 1.1% Si, 0.38% Mn, 5.20% Cr, 1.30% Mo and 1.2% V, rest essentially iron) of the dimension: 46 mm outer diameter, 15 mm wall thickness and 650 mm length, a rod of the same length made of free - cutting steel - inserted centrally and in the remaining cavity a metal powder made of a heat-resistant nickel-based alloy with the composition 0 , 12% C, 20.0% Cr, 18.1% Co, 2.5% Ti, 1.5% Al, 1.5% Fe, the rest essentially nickel.
- the tube ends were sealed gas-tight by welding circular sheet metal washers onto the jacket tube and the hot isostatic pressing process was carried out at 1080 ° C. and a gas pressure of 1100 bar for 3 hours.
- the central core made of free-cutting steel was completely drilled out and then the further mechanical processing was carried out to produce the trains and to complete the barrel.
- a sleeve tube made of an alloy of the following composition in wt .-% C 0.33, Si 0.28, Mn 0.50, Cr 3.0, Mo 1.2, V 0.27 and remainder iron with an outer diameter of 60 mm and an inner diameter of 40 mm and a length of 800 mm.
- the hollow cylindrical intermediate space was coated with a powder of a cobalt-based alloy with the following composition in% by weight C 0.17, Si 0.35, Mn 0.65, Cr 28.0, Mo'5.6, Ni max. 0.5, Co 66.0 and Fe max. 0.5 filled, a density of 6.5 g / cm 3 was achieved by shaking. Degassing was carried out at 350 ° C., whereupon an upper cover with a suction opening was welded onto the capsule tube. Then it was evacuated and the suction opening was closed. The encapsulated body was hot-isostatically pressed for 3 hours in an argon atmosphere at 1150 ° C. and at a pressure of 1000 bar.
- This composite body was then forged on a long forging machine to an outer diameter of approximately 35 mm, which corresponds to approximately three times the deformation.
- solution annealing was carried out at 1100 ° C for one hour, after which a barrel for a heavy machine gun was made by mechanical processing and cold forging the trains.
- a cylindrical rod made of free-cutting steel with an outside diameter of 45 mm and a length of 900 mm was inserted in the center of the casing tube.
- the hollow cylindrical space was filled with a powder of a cobalt-based alloy with the following composition in% by weight C 0.17, Si 0.35, Mn 0.65, Cr 28.0, Mo 5.5, Ni max. 0.5, Co 66.0 and Fe max. 0.5 filled, a density of 6.7 g / cm 3 was achieved by shaking. Degassing was carried out at 340 ° C., whereupon an upper cover with a suction opening was welded on. The mixture was then evacuated and hot-isostatically pressed in accordance with Example 2. The composite body thus obtained was forged on a long forging machine to a diameter of 105 mm or 35 mm or 23 mm and a length of 3500 mm, which corresponds to a fourfold deformation.
- the further processing was carried out analogously to Example 2, except that a tensile strength of 900-1100 N / m 2 was set by tempering the jacket tube.
- the tube obtained had a caliber of 1 "and was used for a rapid-fire cannon.
- a casing tube made of TiA16V4 with an outer diameter of 210 mm and an inner diameter of 160 mm and a length of 900 mm was introduced into a capsule tube provided with a base.
- a core rod made of free-cutting steel with a diameter of 45 mm and a length of 900 mm was then introduced into this casing tube.
- the intermediate space was filled with a powder of the following composition in% by weight C 0.34, Cr 1.2, Mo 0.2, A1 0.95, the rest Fe. It was compressed to 70% of the density.
- the procedure was then as in Example 3 and the composite body was forged to a diameter of 105 mm or 35 mm and a length of 3500 mm, which corresponds to a fourfold deformation.
- This composite was a hour at 940 ° C de heated and then cooled in oil and tempered at 520 ° C for four hours. After processing, the inner surface was nitrided in a manner known per se to a depth of 0.3 to 0.4 mm.
- the sleeve tube can also be welded directly to the lids, since there is no pressure on the powder in the radial direction due to the material thickness. of the cladding tube can occur.
- the core can also be formed by a hollow cylinder, in which case, which is particularly suitable for larger calibers, forging can be carried out using a mandrel.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Waffenrohren, die ein Seelenrohr und zumindest ein Mantelrohr aus unterschiedlichen,metallischen Werkstoffen aufweisen.
- Waffenrohre unterliegen zwei vollkommen unterschiedlichen Beanspruchungen, und zwar wird einerseits durch die Explosion der Treibladung eines Geschosses im Laufinneren ein hoher Druck aufgebaut, welchem das Waffenrohr gewachsen sein muß, anderseits wird das Projektil mit einer hohen Geschwindigkeit durch den Lauf getrieben, wobei zur Stabilisierung der Geschoßbahn das Projektil durch die Züge im Waffenrohr in Rotation versetzt wird, wodurch eine extreme abrasive Beanspruchung des Laufinneren gegeben ist. Diese beiden Beanspruchungen stellen jedoch unterschiedliche Anforderungen an den Werkstoff. Eine Möglichkeit,diesen unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden, besteht darin,eine entsprechend große Dimensionierung der Waffenrohre vorzusehen, wodurch die Mobilität der Waffen leidet und ein überaus hoher Materialeinsatz erforderlich wird.
- Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Waffenrohren bekannt geworden, wobei in ein Mantelrohr ein Seelenrohr im Paßsitz eingebracht wird. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß eine besonders genaue Bearbeitung sowohl des Innenhohls des Mantelrohres als auch des äußeren Mantels des Seelenrohrs erforderlich ist. Bei Beschädigungen des Innenrohrs, wie sie beispielsweise durch Risse, welche auf die Druckbeanspruchung zurückzuführen sind, entstehen, kann eine wesentliche Veränderung des Kalibers eintreten, womit es zur Zerstörung des Geschützrohres durch ein Projektil kommen kann.
- Es ist auch bereits bekannt geworden, zwischen einem Seelenrohr aus Stahl und einem Außenrohr aus Stahl eine faserverstärkte Schicht als Verbindungsrohr vorzusehen. Derartige Konstruktionen sind sowohl für ein Geschützrohr als auch für Handfeuerwaffen bekannt geworden, wobei mit einer derartigen Konstruktion zwar ein Waffenrohr mit geringem Gewicht erzeugt werden kann; die Einsatzfähigkeit eines derartigen Rohres wird jedoch auf Grund der thermischen Empfindlichkeit des zwischen diesen beiden Rohren angeordneten Materials sehr beschränkt, da insbesondere im Ernstfall die thermische Beanspruchung eines Waffenrohres, und zwar bedingt sowohl durch die Temperatur der Treibgase als auch durch die abrasive Beanspruchung des Laufes über das Projektil, nicht engen Grenzen unterworfen werden kann.
- Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren zur Herstellung von Waffenrohren zu schaffen, die sowohl für Geschütze als auch Hand- und Faüstfeuerwaffen geeignet sind, die ein Seelenrohr und zumindest ein Mantelrohr aus unterschiedlichen, metallischen Werkstoffen aufweisen, das es erlaubt, ein besonders leichtes und widerstandsfähiges Waffenrohr zu erzeugen.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Waffenrohren, die ein Seelenrohr und zumindest ein Mantelrohr aus unterschiedlichen,metallischen Werkstoffen aufweisen, besteht im wesentlichen darin, daß in ein Hüllenrohr, welches gegebenenfalls in einem Kapselrohr angeordnet wird, aus- einer zähfesten Legierung, z.B. Stahl, eine Füllung aus einem eine Schüttdichte von zumindest 60 % der Dichte des kompakten Werkstoffes aufweisenden, pulverförmigen, hochverschleißfesten, insbesondere hochwarmverschleißfesten und/oder korrosionsbeständigen Werkstoff, gegebenenfalls im vorgepreßten und/oder vorgesinterten Zustand und vorzugsweise unter Aussparung eines, insbesondere zentralen, Hohlbereiches des Hüllenrohres, eingebracht wird, gegebenenfalls verdichtet, und an den Hüllenrohrenden bzw. Kapselrohrenden verschlossen, worauf oder bevor evakuiert wird und das so verschlossene Rohr, z.B. in einer Schutzgasatmosphäre,bei zumindest 900 °C, jedoch unterhalb der Schmelzpunkte der metallischen Werkstoffe und einem Druck von zumindest 900 bar verpreßt wird, und daß gegebenenfalls nach einer Wärmebehandlung der so erhaltene Verbundkörper, welcher einen vollflächigen metallischen Verbund zwischen Hüllenrohr und verdichtetem Werkstoff aufweist, mechanisch bearbeitet wird und gegebenenfalls Züge eingearbeitete z.B. geschmiedet,werden. Ein nach diesem Verfahren hergestelltes Waffenrohr weist den Vorteil auf, daß es sowohl den Hochdruckbeanspruchungen als auch den abrasiven Beanspruchungen besonders günstig Rechnung trägt, wobei eine besonders vorteilhafte Kombination eines schmelzmetallurgischen und pulvermetallurgischen Verfahrens gegeben ist.
- Wird der zentrale Hohlbereich durch einen Füllkörper, vorzugsweise aus einem leicht zerspanbaren Material,z.B. Automatenstahl,ausgespart, so kann ein unnötiger Verlust des aufwendigen Metallpulvers erspart werden, wobei gleichzeitig eine besonders leichte mechanische Bearbeitung erfolgen kann.
- Wird als Füllkörper ein Rohr verwendet, so kann die Manipulation besonders einfach durchgeführt werden, da das Ge-wicht des Verbundkörpers besonders gering gehalten werden kann.
- Wird der Verbundkörper vor seiner mechanischen Weiterverarbeitung zu einem Waffenrohr einer Warmverformung, insbesondere Schmiedung, mit einer zumindest 1,3fachen, insbesondere zumindest 2fachen,Verformung,unterworfen, so kann eine besonders homogene Struktur des pulvermetallurgisch gewonnenen Seelenrohranteils erreicht werden, wobei gleichzeitig eine höhere Lebenszeit des Waffenrohres eintritt.
- Wird als zähfestes Material Titan oder eine Titanlegie- rung verwendet, so kann ein besonders geringgewichtiges Waffenrohr erzeugt werden.
- Für Waffenrohre für Geschütze od. dgl. mit einer besonders gestreckten Schußbahn wird als hochverschleißfeste Legierung eine Kobaltbasislegierung verwendet,
- Bei Geschützen, in welchen besonders korrosive Treibladungen zur Verwendung kommen, wird als Werkstoff zur Füllung des Hüllenrohres eine Nickelbasislegierung verwendet.
- Gemäß einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Hüllenrohr verwendet, das auf seiner inneren Zylinderfläche eine Beschichtung aus einem Haftvermittler, z.B. Nickel od. dgl., aufweist.
- Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Beispiele näher erläutert.
- Zur Weiterverarbeitung als Gewehrlauf eines Maschinengewehres wurde ein Verbundmetall-Rohrteil hergestellt, indem in einem Hüllenrohr aus X40CrMoV51 (mit 0,38 % C, 1,1 % Si, 0,38 % Mn, 5,20 % Cr, 1,30 % Mo und 1,2 % V, Rest im wesentlichen Eisen) der Abmessung: 46 mm Außendurchmesser, 15 mm Wandstärke und 650 mm Länge, ein Stab gleicher Länge aus Automatenstahl-zentrisch eingesetzt und in den verbleibenden Hohlraum ein Metallpulver aus einer warmfesten Nickelbasislegierung der Zusammensetzung 0,12 % C, 20,0 % Cr, 18,1 % Co, 2,5 % Ti, 1,5 % Al, 1,5 % Fe, Rest im wesentlichen Nickel eingebracht wurde. Nach dem durch Evakuieren vorgenommenen Verdichten des Pulvers wurden die Rohrenden durch Aufschweißen von kreisförmigen Blechscheiben auf das Hüllenrohr gasdicht verschlossen und der Vorgang des heißisostatischen Pressens bei 1080 °C und einem Gasdruck von 1100 bar 3 Stunden lang vorgenommen. Nach dem Abkühlen wurde der aus Automatenstahl bestehende zentrale Kern zur Gänze ausgebohrt und sodann die weitere mechanische Bearbeitung zur Herstellung der Züge und zur Fertigstellung des Laufes vorgenommen.
- In ein Kapselrohr mit einem Bodenblech aus unlegiertem Baustahl mit einem Außendurchmesser von 68 mm, einem Innendurchmesser von 62 mm und einer Länge von 800 mm wurde ein Hüllenrohr aus einer Legierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 0,33, Si 0,28, Mn 0,50, Cr 3,0, Mo 1,2, V 0,27 und Rest Eisen mit einem Außendurchmesser von 60 mm und einem Innendurchmesser von 40 mm und einer Länge von 800 mm eingebracht. In dieses Rohr wurde ein Kernzylinder aus Automatenstahl mit einem Außendurchmesser von 18 mm und einer Länge von 800 mm zentrisch eingesetzt. Der höhlzylinderförmige Zwischenräum wurde mit einem Pulver einer Kobaltbasislegierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 0,17, Si 0,35, Mn 0,65, Cr 28,0, Mo'5,6, Ni max. 0,5, Co 66,0 und Fe max. 0,5 gefüllt, wobei durch Rütteln eine Dichte von 6,5 g/cm3 erreicht wurde. Bei 350 °C wurde entgast, worauf ein oberer Deckel mit Absaugöffnung an das Kapselrohr angeschweißt wurde. Sodann wurde evakuiert und die Absaugöffnung verschlossen. Der eingekapselte Körper wurde in einer Argonatmosphäre bei 1150 °C und bei einem Druck von 1000 bar 3 Stunden lang heiß-isostatisch verpreßt. Dieser Verbundkörper wurde sodann auf einer Langschmiedemaschine auf einen Außendurchmesser von ca. 35 mm geschmiedet, was einer ca. dreifachen Verformung entspricht. Nach dem Schmieden wurde bei 1100 °C eine Stunde-lang lösungsgeglüht, worauf durch mechanische Bearbeitung und Kaltschmieden der Züge ein Lauf für ein schweres Maschinengewehr gefertigt wurde.
- In ein Kapselrohr mit einem Bodenblech aus unlegiertem Baustahl mit einem Außendurchmesser 215 mm, einem Innendurchmesser von 210 mm und einer Länge von 900 mm wurde ein Hohlzylinder aus Vergütungsstahl folgender Zusammensetzung C 0,41, Si 0,3, Mn 0,7, Cr 1,1, Mo 0,2 mit einem Außendurchmesser von 210 mm und einem Innendurchmesser von 160 mm und einer Länge von 900 mm eingebracht. Im Zentrum des Hüllenrohres wurde ein zylindrischer Stab aus Automatenstahl mit einem Außendurchmesser von 45 mm und einer Länge von 900 mm eingebracht. Der hohlzylinderförmige Zwischenraum wurde mit einem Pulver einer Kobaltbasislegierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 0,17, Si 0,35, Mn 0,65, Cr 28,0, Mo 5,5, Ni max. 0,5, Co 66,0 und Fe max. 0,5 gefüllt, wobei durch Rütteln eine Dichte von 6,7 g/cm3 erreicht wurde. Bei 340 °C wurde entgast, worauf ein oberer Deckel mit Absaugöffnung angeschweißt wurde. Sodann wurde evakuiert und gemäß Beispiel 2 heiß-isostatisch verpreßt. Der so erhaltene Verbundkörper wurde auf einer Langschmiedemaschine auf einen Durchmesser von 105 mm bzw. 35 mm bzw. 23 mm und einer Länge von 3500 mm geschmiedet, was einer vierfachen Verformung entspricht. Die Weiterverarbeitung erfolgte analog Beispiel 2, wobei jedoch durch Vergüten des Hüllenrohres eine Zugfestigkeit von 900 - 1100 N/m2 eingestellt wurde. Das erhaltene Rohr wies ein Kaliber von 1" auf und fand Einsatz für eine Schnellfeuerkanone.
- In ein mit einem Boden versehenes Kapselrohr wurde ein Hüllenrohr aus TiA16V4 mit einem Außendurchmesser von 210 mm und einem Innendurchmesser von 160 mm sowie einer Länge von 900 mm eingebracht. In dieses Hüllenrohr wurde sodann ein Kernstab aus Automatenstahl mit einem Durchmesser von 45 mm und einer Länge von 900 mm eingebracht. Der Zwischenraum wurde mit einem Pulver folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 0,34, Cr 1,2, Mo 0,2, A1 0,95, Rest Fe gefüllt. Es wurde auf 70 % der Dichte verdichtet. Sodann wurde gemäß Beispiel 3 verfahren und der Verbundkörper auf einen Durchmesser von 105 mm bzw. 35 mm und einer Länge von 3500 mm geschmiedet, was einer vierfachen Verformung entspricht. Dieser Verbundkörper wurde bei 940 °C eine Stunde erhitzt und sodann in Öl abgekühlt und vier Stunden bei 520 °C angelassen. Nach erfolgter Bearbeitung wurde die innere Oberfläche in an sich bekannter Weise bis zu einer Tiefe von 0,3 bis 0,4 mm nitriert.
- An Stelle des Kapselrohres kann auch das Hüllenrohr direkt mit den Deckeln verschweißt werden, da keine Druckeinwirkung auf das Pulver in radialer Richtung auf Grund der Materialstärke. des Hüllenrohres eintreten kann. Der Kern kann auch durch einen Hohlzylinder gebildet sein, wobei in diesem Falle, der sich insbesondere für größere Kaliber anbietet, über einen Dorn geschmiedet werden kann.
- Es kann auch ein Hüllenrohr verwendet werden, das eine Innenbeschichtung, z.B. elektrolytisch abgeschieden aus Nik- kel od. dgl., aufweist, die als Haftvermittler zwischen dem Material des Hüllenrohres und dem Pulver auftreten kann.
- Bei allen angeführten Beispielen war ein vollflächiger Verbund zwischen dem Hüllenrohr und dem Seelenrohr eingetreten, wobei beispielsweise bei der Kobalthartlegierung gemäß Beispiel 2 folgende Eigenschaftsverbesserungen durch das heiß-isostatische Verpressen bzw. durch heiß-isostatisches Verpressen und Schmieden erreicht werden können.
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