4. Твердосплавные сердечники снарядов

Идея об использовании высокой плотности вольфра­ма (19,3 г/см3) и псевдосплавов вольфрам — свинец для баллистических целей высказывалась уже в патентах 1902 г.[25] В дальнейшем возникла мысль об использова­нии для этих целей значительной твердости и прочно­сти карбида вольфрама, обладающего одновременно достаточной высокой плотностью2. Уже в 1929 г. в Гер­мании успешно испытали первые сердечники снарядов из металлокерамического твердого сплава (94% WC и 6% Со) плотностью 14,8 г/см3 [107].

Сердечник снаряда должен обладать высокой плот­ностью, хорошей вязкостью и твердостью -—88—90 HRA (у головки снаряда). Выдержать эти условия одновре­менно довольно трудно, так как они в известной мере исключают друг друга. Высокую плотность можно по­лучить при возможно низком содержании связки, ис­пользовании карбида вольфрама с значительным содер­жанием углерода и путем горячего прессования детали. Однако при малом содержании связки и высоком со­держании W2C, а также двойных карбидов твердый сплав оказывается очень хрупким. Такие твердые, хруп­кие и обладающие особо высокой плотностью твердые сплавы можно применять только для малогабаритных сердечников. Сердечники более крупных размеров нуж­но изготовлять из обычного WC с 6% С и с содержани­ем связки не менее 3% (желательно 9—13%).

При серийном изготовлении сердечников снарядов приходится пользоваться более дешевыми сырьевыми материалами, чем при обычном изготовлении твердо­сплавных изделий. Так, приходится мириться с мень­шей чистотой и применять вольфрамовый порошок уг­леродного восстановления, содержащий 99,5—99,7% W.

Вместо кобальта в качестве связки используют никель, а также смеси никель — железо и кобальт — никель, хотя известно, что эти связи могут сильно ухудшить ка­чество используемых твердых сплавов. Вместо дорого­стоящего мокрого размола применяют по возможности более дешевый сухой размол.

В Германии во время второй мировой войны фирма «Фридрих Крупп» [107] изготовляла сердечники диамет­ром 6,13 мм из карбида вольфрама с 4,5% связанного углерода. В качестве связки добавляли 2% Ni. Умень­шая содержание углерода примерно до 1,8% и содер­жание связки до 1%, удалось повысить плотность спла­ва с 17,2 до 17,4 г/см3. Полученный таким путем твер­дый сплав оказывался, однако, чрезвычайно хрупким. Для массового изготовления сердечников диаметром 15—36 мм позднее стали использовать спла^ на основе насыщенного монокарбида вольфрама с 3% Ni в каче­стве связки. Этот сплав имел плотность 15,1 —15,4 г/см3, твердость 89,8—90,2 HRA и ударную вязкость 0,7— 0,9 кГм/см2.

Все сплавы подвергали горячему прессованию. При этом для снарядов меньшего калибра за один прием односторонним прессованием изготовляли большее ко­личество (4—6) сердечников (рис. 56). Сердечники бо­лее тяжелых снарядов изготовляли двусторонним прес­сованием в прессформе, показанной на рис. 57 [107, 302]. Расход графита был велик, так как непосредствен­но соприкасавшиеся с сердечником графитовые пресс – формы использовали только один раз. Применение гра­фитовых втулок и пластинок позволило многократно использовать пуансоны и матрицы. Измельченный в по­рошок графитовый лом применяли для карбидизации вольфрама [107].

Отпрессованные сердечники — заготовки до их мон­тирования в снаряды требовалось подвергать почти все­стороннему шлифованию. Из-за высокой твердости и массовости производства деталей это требовало значи­тельного расхода шлифовальных дисков. Шлифование алмазными дисками или заточка алмазными резцами являются дорогостоящими операциями.

11*

163

Размеры изготовлявшихся в Германии сердечников снарядов и их физико-механические характеристики приведены в табл. 51 [107, 302].

Химический состав и физические свойства твердосплавных сердечников снарядов [фирма «Ф. Крупп»)

-15,9

•17,4

-14

-15,6

-15,6

-15,4

-15,6

-15,4

-15,4

-15,6

-15,4

-15,4

-15,4

15,7-

17.2-

15.3- 15,5- 15,5- 15,3- 15,5- 15,3- 15,3- 15,5- 15,3- 15,3- 15,3-

2 2 3

2,5 2,5 3,0 2,5 3,0 3,0 2,5 3,0 3,0 3,0

4,5 1,8 6,1 5,5 5,5 6,1 5,5 6,1 6,1 5,5 6,1 6,1 6,1

Диаметр

22,7 22,7 40,0 41,0 42,0 58,0 58,0 58,0 65,5 75,0 110,0 120,0 130,0

Состав, %

Ni

Размеры сердечников,

MM

Плотность, г/см3

Ударная вязкость по Изоду, кГсм/см3

Твердость, HRA

4-6

90,8—91,2

0,8—2

87,8-88,3

60—90

89,8—90,2

30—35

92,2—92,8

30—35

92,2—92,8

60—90

89,8—90,2

30-35

92,2—92,8

70—90

89,8—90,2

70—90

89,8—90,2

30—35

92,2—92,8

70—90

89,8—90,2

70—90

89,8—90,2

70—90

89,8—90,2

Рис. 56. Многогиездиая пресс- форма для горячего прессова­ния небольших сердечников снарядов:

Рис. 57. Прессформа для горя­чего прессования больших сер­дечников снарядов:

/ — верхннн пуансон; 2 — коиусное кольцо; 3 — сердечник; 4 — гильза; 5 — матрица; 6 — нижний пуансон

Значения твердости, замеренные на одной и той же детали, оказались не вполне совпадающими из-за не­равномерного распределения плотности. Тем не менее путем усовершенствования технологии горячего прес­сования и улучшения прессформ удалось изготовить сравнительно однородные сердечники. При производст­ве сердечников обыч­ным (т. е. холодным) прессованием из твер­дых сплавов WC—Со, как это принято в США и в Англии, не­обходимо избегать усадки по конусу в ме­нее плотной зоне пу­тем соответствующих коррективов в устрой­ство прессформы.

При изготовлении сердечников снарядов [303, 304] из твердых сплавов WC—Ni де­тально изучали влия­ние содержания угле­рода на их плотность, ударную вязкость, твердость и удельное электрическое сопро­тивление. Некоторые данные приведены на графике (рис. 58). Свойства же твердых сплавов типа WC—Со с 6—15% Со приведены выше.

Содертамие С. °А

Рис. 58. Плотность, твердость и ударная вязкость сердечников снарядов из твердых сплавов WC-Ni в зависимости от содер­жания углерода в WC:

1– плотность; 2 — твердость 1IRA-, 3 — ударная вязкость

Твердосплавные сердечники снарядов вследствие их высокой пробойной силы [107, 302, 305] особенно широ­ко применяли для стрельбы по танкам. Их сравнитель­но высокая хрупкость при этом не играла существенной роли. В то же время их значительная эффективность определялась и способностью противостоять высоким давлению и температуре, возникающим при пробива­нии броневой плиты [306]. Для пробивания броневых плит большой толщины рекомендовалось применять твердые сплавы с более высоким содержанием ко­бальта.

Всего в Германии с 1935 по 1943 г. было изготовле­но сердечников массой до 2600 английских тонн (1 ан­глийская тонна равна 1016 кг). Больше всего их было изготовлено в 1940 г. (680 т). Сильный спад производ­ства сердечников в 1942—1943 гг. был вызван нехват­кой в Германии вольфрама. В 1943—1944 гг. производ­ство сердечников было полностью прекращено, а имев­шиеся в наличии резервы вольфрамовой руды и вольфрамовой кислоты использовали только для рез­цовых пластинок. Хрупкие сердечники диаметром 6,13 мм в количестве 1000 т не удалось использо­вать по прямому назначению и они были перерабо­таны на трехокись вольфрама, а из сердечников диа­метром 11 и 12 мм в количестве 250 т изготовили горя­чим прессованием сердечники более крупного ка­либра.

Сердечники для шведских противотанковых снаря­дов изготовляли горячим прессованием из сплавов WC-Co. Английские и американские сердечники, пред­назначенные для поражения бронированных танков «тигр», изготовляли обычным спеканием твердых спла – лов WC-Co (марки G2 и G3). Необходимости приме­нять в качестве связки наряду с кобальтом никель или железо по мотивам, связанным с наличием сырьевых ресурсов, не было. Точных данных о выпуске твердо­сплавных сердечников в Англии и в США в 1944— 1945 гг. нет. Известно только, что общий масштаб их производства в несколько раз превысил выпуск в одной Англии за 1944 г.

Альтгольц [303] подробно описывает процесс изго­товления фирмой «Карболой» сердечников снарядов. Тонко размолотую смесь WC—Со прессовали с добав­кой парафина в качестве пластификатора в цилиндри­ческих вертикальных матрицах под давлением около 60 г. Диаметр прессовок составлял около 60 мм, дли­на •—около 230 мм, масса — около 4 кг. Загрузка порош­ка при изготовлении сердечника для 76-мм снаряда составляла около 5 кг. Прессовки загружали в графи­товых лодочках в асбестовый порошок и подвергали предварительному спеканию, во время которого уда­лялся парафцн. На предварительно спеченные цилин­дры с помощью дисков из карбида кремния наносили конус; после этого их снова погружали в графитовые лодочки в засыпке из окиси алюминия и подвергали окончательному спеканию. Линейная усадка составля­ла при этом 18%, а окончательная твердость — около 83 HRA. После этого проверяли массу и размеры сер­дечников, а также определяли предел прочности при сжатии. В случае необходимости производили дополни-

Pik’. 59. Устройство противотанкового снаряда твердосплавным сердечником

Тельное шлифование конуса алмазным диском. На рис. 59 показан противотанковый снаряд с твердосплав­ным сердечником и алюминиевым наконечником.