Verfahren zur Herstellung von Waffenrohren

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Waffenrohren, die ein Seelenrohr und zumindest ein Mantelrohr aus unterschiedlichen, metallischen Werkstoffen aufweisen, wobei 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 hochverschlei- ßfesten Werkstoff eingebracht wird und an den Hüllenrohrenden bzw. Kapselrohrenden verschlossen und das so verschlossene Rohr, z.B. in einer Schutzgasatmosphäre, bei zumindest 900 °C, jedoch unterhalb der Schmelzpunkte der metallischen Werkstoff 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 eingearbeitet, z.B. geschmiedet, werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Waffenrohren, die ein Seelenrohr und zumindest ein Mantelrohr aus unterschiedlichen,metallischen Werkstoffen aufweisen.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] Wird als zähfestes Material Titan oder eine Titanle^gie- rung verwendet, so kann ein besonders geringgewichtiges Waffenrohr erzeugt werden.

[0011] Für Waffenrohre für Geschütze od. dgl. mit einer besonders gestreckten Schußbahn wird als hochverschleißfeste Legierung eine Kobaltbasislegierung verwendet,

[0012] Bei Geschützen, in welchen besonders korrosive Treibladungen zur Verwendung kommen, wird als Werkstoff zur Füllung des Hüllenrohres eine Nickelbasislegierung verwendet.

[0013] 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.

[0014] Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1:

[0015] 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.

Beispiel 2:

[0016] 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.

Beispiel 3:

[0017] 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.

Beispiel 4:

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] 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.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Waffenrohren, die ein Seelenrohr und zumindest ein Mantelrohr aus unterschiedlichen, metallischen Werkstoffen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, 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 eingearbeitet, z.B. geschmiedet, werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Hohlbereich durch einen Füllkörper, vorzugsweise aus einem leicht zerspanbaren Material, z.B. Automatenstahl, ausgespart wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohr als Füllkörper verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundkörper vor seiner mechanischen Weiterverarbeitung zu einem Waffenrohr einer Warmverformung, insbesondere Schmiedung, mit einer zumindest 1,3fachen, insbesondere zumindest 2fachen Verformung, unterworfen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als zähfeste Legierung Titan oder eine Titanlegierung verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als hochverschleißfeste Legierung eine Kobaltbasislegierung verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als hochverschleißfeste Legierung eine Nickelbasislegierung verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllenrohr eine Innenbeschichtung aus einem Haftvermittler, z.B. Nickel, aufweist.