снаряд с корпусом из высокоосколочной кремнистой стали одинцова-ботвиной
Классы МПК: | C22C38/02 содержащие кремний F42B12/20 осколочно-фугасного типа F42B12/74 сердечника или корпуса |
Автор(ы): | Одинцов Владимир Алексеевич (RU), Ботвина Людмила Рафаиловна (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-03-21 публикация патента:
27.09.2009 |
Изобретение относится к осколочно-фугасным боеприпасам. Снаряд содержит корпус, изготовленный из высокоосколочной кремнистой стали горячей штамповкой с последующей термообработкой, которая содержит 0,7-0,9% углерода и 2% кремния, при этом ее относительное сужение при разрыве составляет не менее 15%, а при испытании подрывом изготовленных из нее осколочных цилиндров RSFC № 12, снаряженных THT и составом A-IX-2, относительная масса средней фракции осколков 1<m 4 г составляет соответственно не менее 0,4 и 0,45, а число осколков с массой более 0,25 г соответственно не менее 1500 и 2000. Повышается эффективность дробления корпуса на осколки. 2 ил., 3 табл.
Формула изобретения
Снаряд, содержащий корпус, изготовленный из высокоосколочной кремнистой стали горячей штамповкой с последующей термообработкой, отличающийся тем, что высокоосколочная кремнистая сталь содержит 0,7-0,9% углерода и 2% кремния, при этом ее относительное сужение при разрыве составляет не менее 15%, а при испытании подрывом изготовленных из нее осколочных цилиндров RSFC № 12, снаряженных ТНТ и составом A-IX-2, относительная масса средней фракции осколков 1<m 4 г составляет соответственно не менее 0,4 и 0,45, а число осколков с массой более 0,25 г соответственно не менее 1500 и 2000.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к боеприпасам, а более конкретно к материалу корпусов осколочно-фугасных снарядов.
Основная отечественная снарядная сталь С-60, по химическому составу соответствующая конструкционной стали ст.60, но имеющая расширенные пределы по фосфору и сере, обладает неудовлетворительными осколочными характеристиками. Это объясняется как низкокачественным крупным спектром, так и плохой формой осколков. Из классификационной диаграммы для результатов испытаний стандартных осколочных цилиндров RSFC (Russian Standard Fragmenting Cylinder) № 12 по пат. № 2025646 РФ следует, что комбинация С-60/ТНТ попадает в область неудовлетворительного дробления (класс IV) («Физика взрыва». Т.2, изд. третье, исправленное./ Под ред. Л.П.Орленко. М.: Физматлит, 2004, стр.151, рис.16.59), а основная штатная комбинация C-60/A-IX-2 (A-IX-2 - алюминизированный гексоген) находится вблизи нижних границ удовлетворительного дробления (класс III). Очень велики относительные массы крупной фракции m>4 г (для ТНТ и A-IX-2 соответственно 0,59 и 0,47).
Низкокачественная форма осколков выявляется как по данным выборки крупных (основных) осколков (аномально высокое значение удлинения max=16 для A-IX-2, соответствующее классу сверхдлинных осколков), так и по характеристикам формы осколков мелкой фракции 1-2 г (параметр формы Ф=1,96, отношение миделей mm=6,6).
Одними из перспективных высокоосколочных сталей являются кремнистые стали. Они относятся к классу рессорно-пружинных сталей и содержат 2-3% кремния, снижающего пластичность и повышающего хрупкость сталей.
Использование кремнистой стали 60С2 в осколочных боеприпасах защищено патентами № № 2079099, 2095740 РФ. В США для производства осколочно-фугасных снарядов используется кремнистая сталь того же состава AISI-9260. Использование этой стали при изготовлении 155-мм ОФ снаряда ERFB позволило обеспечить примерно вдвое большую эффективность, чем у штатного снаряда М107 того же калибра (см. В.А.Одинцов. «Конструкции осколочных боеприпасов». Ч.II. Артиллерийские снаряды. Изд-во МГТУ им. Баумана, 2002, стр.16).
По данным испытаний стандартных осколочных цилиндров кремнистая сталь 60С2 обеспечивает стабильное, хотя и не очень высокое преимущество перед сталью С-60. Обеспечивается прирост числа осколков N0,25 для ТНТ, A-IX-2 и окфола соответственно на 17, 20 и 14%, а относительного содержания фракции (1<m 4 г) соответственно на 23, 20 и 12%.
Тем не менее обе комбинации: 60С2/ТНТ (N0,25=1039, µ c=0,32) и 60С2/А-IX-2 (N0,25=1358, µ c=0,42) попадают только в класс III удовлетворительного дробления (N0,25 1000, µc 0,3), т.е. не являются перспективными для применения во вновь разрабатываемых боеприпасах.
Учитывая, что кремний является недефицитным и недорогим легирующим элементом и, следовательно, кремнистые стали остаются по прежнему объектом внимания разработчиков осколочных снарядов, настоящее изобретение ставит задачу улучшить осколочные свойства кремнистой стали.
Техническое решение состоит в том, что снаряд содержит корпус, изготовленный из высокоосколочной кремнистой стали горячей штамповкой с последующей термообработкой, которая содержит 0,7-0,9% углерода и 2% кремния, при этом ее относительное сужение при разрыве составляет не менее 15%, а при испытании подрывом изготовленных из нее осколочных цилиндров RSFC № 12, снаряженных ТНТ и составом A-IX-2, относительная масса средней фракции осколков 1<m 4 г составляет соответственно не менее 0,4 и 0,45, а число осколков с массой более 0,25 г соответственно не менее 1500 и 2000.
Выбор содержания углерода, соответствующего эвтектоидному составу, определяется тем, что при этом создается перлитная структура, обеспечивающая отсутствие как перлитной сетки, ухудшающей дробление, так и цементитной сетки, приводящей к дроблению на чрезмерно мелкие осколки (образованию «пыли»).
Изготовление корпусов из предлагаемой стали производится методом горячей штамповки. Рекомендуемые способы термообработки охраняются в режиме «секрет производства» («ноу хау»). (Федеральный закон от 18 декабря 2006 года № 230-ФЗ, глава 75). Основным контрольным параметром свойств стали является относительное сужение материала при разрыве, которое должно составлять не менее 15%.
Определение характеристик дробления стали 80С2 производилось путем подрыва стандартных осколочных цилиндров RSFC № 12 (фиг.1) в камере с улавливающей средой (опилки). Цилиндры были изготовлены с помощью механической обработки. Объем заряда ВВ 200 см3, номинальная масса корпуса 2660 г. Подробное описание методики испытаний приведено в пособии «Моделирование процессов фрагментации с помощью унифицированных цилиндров». В.А.Одинцов. Изд-во МГТУ, 1991. Испытания проводились для двух видов ВВ - ТНТ (тринитротолуол) и A-IX-2 (алюминизированный гексоген). Результаты испытаний представлены в табл.1 (N0,25 - число осколков с массой, большей 0,25 г; µм - относительное содержание мелкой фракции (m 1 г, m - масса осколка), µc - относительное содержание средней фракции (1<m 4 г), µк - относительное содержание крупной фракции (m>4 г), l20 - средняя длина осколка в выборке 20 наиболее длинных осколков, max - максимальное удлинение осколка ( ,
0 - плотность стали, l, m - соответственно длина и масса осколка).
Таблица 1 | ||||||
Сталь 80С2 | ||||||
ВВ | N0,25 | µм | µс | µк | l20, мм | max |
ТНТ | 1610 | 0,41 | 0,43 | 0,16 | 41 | 8,3 |
A-IX-2 | 2016 | 0,46 | 0,47 | 0,07 | 38 | 7,7 |
Сравнение результатов с данными прототипа 60С2 представлено в табл.2, 3 (здесь
QF=µcN0,25 - однопараметрический критерий хорошего дробления QF QF*. Согласно вышеуказанному изданию МГТУ Q F*=900.)
Таблица 2 | |||
Снаряжение ТНТ | |||
Сталь | N0,25 | µc | QF |
60С2 | 1039 | 0,32 | 332 |
80С2 | 1610 | 0,43 | 692 |
Отнош. | 1,55 | 1,34 | 2,08 |
Таблица 3 | |||
Снаряжение A-IX-2 | |||
Сталь | N0,25 | µc | QF |
60С2 | 1358 | 0,42 | 570 |
80С2 | 2016 | 0,47 | 947 |
Отнош. | 1,48 | 1,12 | 1,66 |
Положение экспериментальных точек на классификационной диаграмме показано на фиг.2 (обозначения: - сталь 60С2, - сталь 80С2, - ТНТ, - А-IX-2).
Из вышеприведенных данных следует, что технический результат, т.е. улучшение качества дробления, достигнут. По критерию QF предлагаемая сталь превосходит прототип при снаряжении ТНТ и A-IX-2 соответственно в 2,08 и 1,66 раза. При этом комбинация 80С2/ТНТ попадает в класс II (качественное дробление), а комбинация 80C2/A-IX-2 - в класс I (высококачественное дробление). Особо следует отметить, что комбинация 80С2/ТНТ обеспечивает лучшие результаты (QF=692), чем комбинация 60C2/A-IX-2 (QF=570). Переход на снаряжение низкочувствительным ТНТ позволил бы решить весьма актуальную задачу повышения безопасности боеприпасов. Здесь уместно отметить, что в настоящее время в США происходит замена 155-мм снарядов М107, снаряженных составом «В» (сплав тротила с гексогеном) и находящихся на вооружении более 40 лет, снарядом М795, изготавливаемым из высокоосколочной стали (состав не указан) и снаряжаемым ТНТ.
Предлагаемая сталь является дешевой, не содержит дефицитных легирующих элементов, в том числе марганца, технологична в массовом производстве.
Заявленный диапазон содержания углерода позволяет обеспечить использование стали в широком диапазоне условий эксплуатации боеприпасов, в том числе условий нагружения при выстреле (пуске). Для снарядов дальнобойных форсированных орудий целесообразно изготовление корпусов с содержанием углерода на нижней границе диапазона (С=0,7%). Для снарядов орудий невысокой баллистики целесообразно изготовление корпусов с содержанием углерода на верхнем пределе диапазона (С=0,9%). Весьма перспективно использование стали с этим показателем для снарядов штурмовых орудий «Тверь» мобильных сил (пат. № 2213315 РФ).
Широкое применение новая сталь может найти для производства осколочных пластин естественного дробления, применяемых в осколочных боеприпасах направленного действия.
Класс C22C38/02 содержащие кремний
Класс F42B12/20 осколочно-фугасного типа
Класс F42B12/74 сердечника или корпуса