СЕРДЕЧНИК БРОНЕБОЙНОЙ ПУЛИ Российский патент 2018 года по МПК F42B12/06 F42B12/30 

Изобретение относится к боеприпасам, в частности, к пулям автоматным и винтовочным, имеющим сердечник из твердого сплава с высокой пробивной способностью.

Как известно из уровня техники, основными факторами, рассматриваемыми для повышения пробивной способности сердечника бронебойной пули, далее сердечника, являются следующие: достижение высокой плотности, снижение аэродинамического сопротивления и повышение стойкости к разрушению. Эти факторы определяются и геометрическими параметрами, и характеристиками материала, из которого выполнен сердечник.

Известно, что выполнение сердечника из твердого сплава WC-Co позволяет достичь более высокой пробивной способности при пробитии брони, по сравнению с другими вариантами бронебойных материалов, такими как тяжелый сплав и закаленная сталь. Такие сердечники могут обеспечивать пробитие бронеплиты марки 2П толщиной 10 мм на расстоянии 100 м (RU 2438092 C1, F42B 5/02, F42B 30/02, дата публикации 27.12.2011).

Известно, что для оптимизации характеристик сердечника его головная и хвостовая части могут быть выполнены из разных материалов. Например, хвостовая часть сердечника может быть выполнена из закаленной стали или тяжелого вольфрамового сплава состава 80-97 мас. % W-Ni/Fe/Co, а головная часть - из твердого сплава WC-Co или WC-Ni. Твердость вершины может быть дополнительно повышена за счет использования в конструкции вершины стержнеобразной вставки из карбида вольфрама или WC-покрытия (US 6845719 B1, F42B 10/00, F42B 12/08, дата публикации 25.01.2005).

В повышении пробивной способности сердечника также важную роль играют геометрические факторы, такие как форма головной и хвостовой части сердечника. Известно (RU 2473042 C1, F42B 12/02, F42B 12/04, F42B 30/00, F42B 30/02, дата публикации 20.01.2013), что при выполнении головной части в форме усеченного конуса вершина сердечника имеет контактную площадку (меньшее основание усеченного конуса), благодаря которой реализуется смешанный механизм разрушения брони. На первом этапе действуют энергоемкие механизмы пробития (как и при ударе остроконечного сердечника). При дальнейшем внедрении контактная площадка формирует впереди себя кольцевые трещины. В момент выхода кольцевых трещин на поверхность образуется выходной кратер, и потенциальная энергия деформаций переходит в кинетическую энергию фрагментов брони, вызывая их отрыв, фрагментацию и отлет. Эти процессы повышают пробивную способность и предохраняют сам сердечник от разрушения.

Известно техническое решение, принятое в качестве прототипа (RU 2468332 С2, F42B 12/04, F42B 12/06, F42B 30/00, дата публикации 27.11.2012), в котором повышенная пробивная способность, кучность и точность стрельбы достигаются за счет использования конструкции сердечника, предполагающей прямой контакт его поверхности с ведущей частью внутренней поверхности оболочки пули. Такой контакт является альтернативой контакту сердечника с рубашкой в зоне ведущей части, который повышает эксцентриситет центра массы и тем самым снижает пробивную способность, кучность и точность стрельбы. В указанном выше техническом решении сердечник по форме выполнен в виде сочетания, по меньшей мере, двух усеченных конусов головной и хвостовой частей, при этом образующие усеченного конуса головной части выполнены под углом 20,0-65,0 градусов с диаметром меньшего основания 0,02-0,3 калибра, а образующие усеченного конуса хвостовой части выполнены с углом от 15 минут до 1 градуса. В одном из вариантов сочетание усеченных конусов выполнено в виде примыкания большего основания усеченного конуса головной части к большему основанию усеченного конуса хвостовой части сердечника. Длина сердечника может соответствовать 1,5-4,5 калибра пули. В качестве материала сердечника может быть использован твердый сплав. Указанный сердечник обеспечивает пробитие бронеплиты марки 2П толщиной 10 мм на дальности 450 м.

Вышеуказанные сердечники на основе материалов из твердых сплавов обеспечивают эффективные дальности пробития стальных бронеплит ввиду существенного превышения твердости материала сердечника (12-13 ГПа) над твердостью материала преграды (менее 8 ГПа).

Недостатками указанных выше технических решений, в том числе прототипа, является недостаточная пробивная способность по керамической защите на основе оксида алюминия (Al₂O₃) с твердостью 16-19 ГПа, карбида кремния (SiC) с твердостью 20-28 ГПа, карбида бора (В₄С) с твердостью 28-34 ГПа, используемой в современных средствах индивидуальной бронезащиты и легкобронированной техники. В процессе пробития керамических материалов сердечник, имеющий существенно меньшую твердость, чем преграда, теряет энергию в процессе разрушения и, соответственно, уменьшается пробивная способность пули. В соответствии с современными тенденциями усиления пулестойкости бронезащиты и общим развитием средств вооружений ставится задача достижения более высокой пробивной способности по вышеуказанным преградам.

Задачей настоящего изобретения является разработка сердечника бронебойной пули с повышенной пробивной способностью, позволяющего обеспечить пробитие керамической защиты.

Технический результат, достижение которого обеспечивается при реализации настоящего изобретения, заключается в повышении характеристик бронепробиваемости пули, использующей заявленный сердечник. Дополнительный технический результат заключается в значительном повышении характеристик бронепробиваемости при использовании против керамических бронеплит или бронепластин.

Указанная задача решается путем создания сердечника бронебойной пули, содержащего твердый сплав, который имеет градиентный состав по длине и, помимо твердого сплава, содержит дополнительно: в головной и хвостовой частях сверхтвердый материал (далее - СТМ), а в хвостовой части - тяжелый сплав. Хвостовая часть сердечника предпочтительно имеет две области: А - (переднюю - смежную с головной частью) и Б (заднюю), при этом область Б состоит только из твердого сплава и тяжелого сплава, а область А - из твердого сплава и сверхтвердого материала, причем, сверхтвердый материал состоит из электрокорунда или диоксида циркония, или карбида кремния, или карбида бора, или кубического нитрида бора, или диборида рения, или алмаза или любых комбинаций данных материалов. В свою очередь тяжелый сплав может включать в себя комбинацию материалов или сплавов материалов, при этом в качестве таких материалов могут быть использованы, например, вольфрам, или никель, или свинец, или обедненный уран, или латунь, или железо. Содержание сверхтвердого материала предпочтительно изменяется постепенно по длине сердечника от 10-50 об. % (на вершине) до 0-10 об. % (на границе между упомянутыми областями А и Б), а содержание тяжелого сплава предпочтительно изменяется постепенно по длине от 0-10 об. % на границе между упомянутыми областями А и Б до 70-100 мас. % на конце хвостовой части. При этом твердый сплав может быть представлен составом: WC-80-95 мас. %, остальное Со. Также тяжелый сплав может быть представлен составом: 80-98 мас. % W, а остальное - Ni и Fe.

Отдельно стоит отметить, что в контексте настоящей заявки, под сверхтвердыми материалами понимаются материалы типа алмаза или кубического нитрида бора (см., например, Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др.; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. - 2-е изд., испр. и доп. - М: Машиностроение, 1986, 384 с.; стр. 368, абзац 4 и далее). Таким образом, в соответствии с современными представлениями в данной области, в контексте настоящей заявки СТМ материалы - это не просто материалы высокой твердости, но вполне определенная группа материалов.

В предлагаемом техническом решении технический эффект достигается в первую очередь за счет повышения твердости материала сердечника до значений свыше 21 ГПа при введении в его состав сверхтвердого материала. За счет этого происходит изменение физической модели пробития керамической защиты, при которой энергия сердечника не уменьшается в процессе разрушения и, соответственно, повышается пробивная способность пули. При этом повышение твердости целесообразно именно для тех областей сердечника, где вероятность разрушения наиболее высокая: его вершины и области, прилегающей к границе головной и хвостовой частей. Повышенная твердость в хвостовой части, предпочтительно в ее передней части, смежной с головной (т.е. в упомянутой области А) уменьшает вероятность отрыва головной части сердечника от хвостовой при проникновении в броню.

Кроме того, технический эффект достигается за счет повышения плотности сердечника (а следовательно, его кинетической энергии) при введении в его хвостовую часть тяжелого сплава.

Градиентный состав по длине сердечника позволяет изменять показатели свойств различных частей сердечника, обеспечивающих определенные функции этих частей. Указанные выше диапазоны содержания СТМ и тяжелый сплав, с учетом их изменения по длине, соответствуют оптимальному балансу свойств материала сердечника, таких как твердость, прочность и плотность, изменяющемуся по длине и, следовательно, наиболее высокому уровню пробивной способности.

Содержание СТМ на вершине головной части сердечника менее 10 об. % может быть недостаточным для достижения требуемого уровня пробивной способности из-за недостаточной твердости. Содержание СТМ более 50 об. % на вершине и более 10 об. % на границе между упомянутыми областями А и Б является нецелесообразным и приводит к чрезмерному снижению плотности материала, т.к. плотность СТМ ниже плотности твердого сплава.

При содержании тяжелого сплава менее 70 об. % на конце хвостовой части указанный эффект повышения пробивной способности не достигается из-за недостаточной средней плотности материала в упомянутой области Б. Содержание ТС более 10 об. % на границе между упомянутыми областями А и Б сопровождается снижением содержания твердого сплава как более твердого и прочного компонента.

Упомянутые предпочтительные составы твердого сплава и тяжелого сплава обеспечивают оптимальный баланс свойств материала сердечника по прочности, твердости и плотности для достижения наиболее высокой пробивной способности.

Стоит отметить, что в уровне техники детально описаны, а специалисту в данной области хорошо известны средства и методы для получения используемого в настоящем изобретении градиентного сплава. Одним из таких методов может быть, например, метод, заключающийся в послойной загрузке и прессовании. Также существует множество других методов.

Предлагаемое изобретение является новым, имеет изобретательский уровень.

Также для специалиста в данной области будет являться очевидной принципиальная возможность реализации настоящего изобретения, а также хорошо известны все, описанные в уровне техники, средства и методы для такой реализации. Это позволяет сделать вывод о том, что настоящее изобретение является промышленно-применимым.

Изобретение относится к боеприпасам и, в частности, к пулям автоматным и винтовочным, имеющим сердечник из твердого сплава с высокой пробивной способностью. Технический результат - повышение характеристик бронепробиваемости и, в том числе, возможности пробивания бронеплит на керамической основе. Сердечник имеет градиентный состав по длине и помимо твердого сплава содержит дополнительно в головной и хвостовой частях сверхтвердый материал. В хвостовой части он имеет тяжелый сплав. Хвостовая часть имеет переднюю часть, смежную с головной частью, и заднюю часть. Содержание сверхтвердого материала изменяется постепенно по длине сердечника от 10-50 об. % в головной части до 0-10 об. % на границе между упомянутыми передней и задней частями. Содержание тяжелого вольфрамового сплава изменяется постепенно по длине от 0-10 об. % на границе между упомянутыми передней и задней частями до 70-100 об. % на конце хвостовой части. 5 з.п. ф-лы.

1. Сердечник бронебойной пули, содержащий твердый сплав, отличающийся тем, что он имеет градиентный состав по длине и помимо твердого сплава содержит дополнительно в головной и хвостовой частях сверхтвердый материал, а в хвостовой части - тяжелый сплав, при этом хвостовая часть имеет переднюю часть, смежную с головной частью, и заднюю часть, а содержание сверхтвердого материала изменяется постепенно по длине сердечника от 10-50 об. % в головной части до 0-10 об. % на границе между упомянутыми передней и задней частями, а содержание тяжелого вольфрамового сплава изменяется постепенно по длине от 0-10 об. % на границе между упомянутыми передней и задней частями до 70-100 об. % на конце хвостовой части.

2. Сердечник по п. 1, в котором тяжелый сплав включает металлы и сплавы, такие как вольфрам, свинец, обедненный уран, латунь, железо, никель, молибден.

3. Сердечник по п. 1, в котором сверхтвердый материал выбран из одного или комбинации нескольких материалов, таких как электрокорунд или кубический нитрид бора, или диоксид циркония, или карбид кремния, или карбид бора, или диборид рения, или алмаз.

4. Сердечник по п. 1, в котором задняя область хвостовой части состоит только из твердого сплава и тяжелого вольфрамового сплава.

5. Сердечник по п. 4, в котором упомянутая передняя часть состоит только из твердого сплава и сверхтвердого материала.

6. Сердечник по пп. 1-5, в котором твердый сплав представлен составом:

WC - 80-95 мас. %;

Со - остальное,

а тяжелый сплав - составом:

W - 80-98 мас. %;

Ni и Fe - остальное.