Verfahren zur Herstellung von Waffenrohren

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Waffenrohren mit eingearbeiteten Zügen für Geschütze oder Handfeuerwaffen, wobei die Waffenrohre ein Seelenrohr und 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, andererseits 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 extrem 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 Innenrohres, 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 aufgrund der thermischen Empfindlichkeit des zwischen diesen beiden Rohren angeordneten Materials sehr beschränkt, da insbesondere im Ernstfall die thermische Beanspruchung des Laufes über das Projektil, nicht engen Grenzen unterworfen werden kann.

[0005] Nach DE-3 114 659 ist ein Verfahren beschrieben, das zum Auskleiden von Hohlräumen geeignet ist, worunter auch Rohre fallen. Dabei wird in einem Hüllenrohr, z.B. aus Stahl, ein Spalt durch Einbringen eines dünnwandigen Metallteiles erstellt, in den Metallpulver gefüllt wird, der Spalt sodann evakuiert und anschliessend der Körper mit dem darin enthaltenen Metallteil und Pulver bei ca. 1150°C und 103 N/mm² verdichtet wird. Eine abschliessende Nachbearbeitung ist möglich.

[0006] Aus US-4 327 154 ist ein Verfahren zur Herstellung von rohrförmigen Teilen zu entnehmen, wobei ein Verbundteil durch Aufbringen einer Pulverkomponente auf eine rohrförmige Metallschale mit heissisostatischem Verpressen zwischen 1000°C bis 1400°C und Drücken von 10 bis 1000 bar erzeugt wird.

[0007] Ferner ist aus US-3 753 704 bekannt, durch isostatisches Pressen hergestellte Verbundrohre vor der mechanischen Weiterverarbeitung einer Warmverformung durch Heissextrudieren zu unterwerfen.

[0008] Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Waffenrohren zu schaffen, die sowohl für Geschütze als auch für Hand- und Faustfeuerwaffen 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.

[0009] 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 in einem Kapselrohr angeordnet wird, aus einer zähfesten Legierung eine Füllung aus einem eine Schüttdichte von zumindest 60% der Dichte des kompakten Werkstoffes aufweisenden, pulverförmigen, hochverschleissfesten oder korrosionsbeständigen Werkstoff unter Aussparung eines zentralen Hohlbereiches durch einen Füllkörper aus Automatenstahl eingebracht und verdichtet wird, an den Hüllen- bzw. Kapselrohrenden verschlossen wird, worauf evakuiert und das verschlossene Rohr 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 nach einer Wärmebehandlung der so erhaltene Verbundkörper, welcher einen vollflächigen metallischen Verbund zwischen Hüllenrohr und verdichtetem Werkstoff aufweist, sodann einer zumindest 1,3-fachen Warmverformung unterworfen wird, mechanisch bearbeitet und Züge erstellt 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.

[0010] Wird als Füllkörper ein Rohr verwendet, so kann die Manipulation besonders einfach durchgeführt werden, da das Gewicht des Verbundkörpers besonders gering gehalten werden kann.

[0011] Wird als zähfestes Material Titan oder eine Titanlegierung verwendet, so kann ein besonders geringgewichtiges Waffenrohr erzeugt werden.

[0012] Für Waffenrohre für Geschütze od. dgl. mit einer besonders gestreckten Schussbahn wird als hochverschleissfeste Legierung eine Kobaltbasislegierung verwendet.

[0013] Bei Geschützen, in welchen besonders korrosive Treibladungen zur Verwendung kommen, wird als Werkstoff zur Füllung des Hüllenrohres eine Nickelbasislegierung verwendet.

[0014] 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.

[0015] Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1:

[0016] 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:

[0017] 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 hohlzylinderförmige Zwischenraum wurde mit einem Pulver einer Kobaltbasislegierung folgender Zusammensetzung in Gew.-% C 0,17, Si 0,35, Mn 0,65, Cr 28,9, 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:

[0018] 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:

[0019] 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, AI 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 350 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.

[0020] An Stelle des Kapselrohres kann auch das Hüllenrohr direkt mit den Deckel 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.

[0021] Es kann auch ein Hüllenrohr verwendet werden, das eine Innenbeschichtung, z. B. elektrolytisch abgeschieden aus Nickel od. dgl., aufweist, die als Haftvermittler zwischen dem Material des Hüllenrohres und dem Pulver auftreten kann.

[0022] 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 heissisostatisches Verpressen und Schmieden erreicht werden können.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Waffenrohren mit eingearbeiteten Zügen für Geschütze oder Handfeuerwaffen, wobei die Waffenrohre ein Seelenrohr und ein Mantelrohr aus unterschiedlichen, metallischen Werkstoffen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass in ein Hüllenrohr, welches in einem Kapselrohr angeordnet wird, aus einer zähfesten Legierung eine Füllung aus einem eine Schüttdichte von zumindest 60% der Dichte des kompakten Werkstoffes aufweisenden, pulverförmigen, hochverschleissfesten oder korrosionsbeständigen Werkstoff unter Aussparung eines zentralen Hohlbereiches durch einen Füllkörper aus Automatenstahl eingebracht und verdichtet wird, an den Hüllen- bzw. Kapselrohrenden verschlossen wird, worauf evakuiert und das verschlossene Rohr 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 nach einer Wärmebehandlung der so erhaltene Verbundkörper, welcher einen vollflächigen metallischen Verbund zwischen Hüllenrohr und verdichtetem Werkstoff aufweist, sodann einer zumindest 1,3-fachen Warmverformung unterworfen wird, mechanisch bearbeitet und Züge erstellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohr als Füllkörper verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als zähfeste Legierung Titan oder eine Titanlegierung verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als zähfeste Legierung Stahl verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als hochverschleissfeste Legierung eine Kobaltbasislegierung verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als hochverschleissfeste Legierung eine Nickelbasislegierung verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der pulverförmige Werkstoff vorgepresst und/oder vorgesintert wird.

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

Claims

1. A method for manufacturing weapon barrels with rifling for guns or manual firearms, the weapon barrels having a liner and a casing tube made of different metal materials, characterised in that a filler made of a highly-abrasion-resistant or corrosion-proof powdered material, which has a bulk density of at least 60% of the density of the compact material, is inserted and compressed in a casing, which is disposed in a capsule tube and is made of a tough alloy, by a filling body made of machining steel, hollowing out a central hollow region, the filling is sealed at the casing or capsule tube ends, then evacuated and the sealed tube is compressed in a protective gas atmosphere at a temperature of at least 900°C, but below the melting point of the metal materials, and at a pressure of at least 900 bar, and in that, after heat-treatment, the compound body thus obtained, which has a holohedral metallic connection between the casing tube and the compressed material, is subjected to at least a 1.3-fold hot-forming, machined, and riflings are provided.

2. A method according to claim 1, characterised in that a tube is used as a filling body.

3. A method according to claim 1 and 2, characterised in that titanium or a titanium alloy is used as a tough alloy.

4. A method according to one of claims 1 to 3, characterised in that steel is used as a tough alloy.

5. A method according to one of claims 1 to 4, characterised in that a cobalt-based alloy is used as a highly-abrasion-resistant alloy.

6. A method according to one of claims 1 to 5, characterised in that a nickel-based alloy is used as a highly-abrasion-resistant-alloy.

7. A method according to one of claims 1 to 6, characterised in that the powdered material is pre-compressed and/or pre-sintered.

8. A method according to one of claims 1 to 7, characterised in that the casing tube has a lining made of an ahesion agent, e.g. nickel.

Revendications

1. Procédé de fabrication de canons à rayures incorporées, pour pièces d'artillerie ou armes portatives, les canons présentant un tube d'âme et un tube enveloppe en matériaux métalliques différents, caractérisé en ce que dans un tube gaine en alliage résistant à la rupture, placé dans un tube capsule, tout en ménageant une zone creuse centrale au moyen d'un corps de remplissage en acier de décolletage, est introduit et comprimé un chargement d'un matériau très résistant à l'usure ou résistant à la corrosion, sous forme de poudre, présentant une densité en vrac d'au moins 60% de la densité du matériau compact, les extrémités du tube gaine et du tube capsule sont fermées, à la suite de quoi le vide est fait et le tube fermé est comprimé dans une atmosphère contrôlée, à au moins 900°C, en deçà cependant des points de fusion des matériaux métalliques et sous une pression d'au moins 900 bar et en ce qu'ensuite, après un traitement thermique, le corps composite ainsi obtenu, lequel présente une liaison mécanique sur toute la surface entre le tube gaine et le matériau comprimé, est soumis à un façonnage à chaud d'au moins 1,3 fois, usiné mécaniquement de que les rayures sont réalisées.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de remplissage utilisé est un tube.

3. Procédé selon la révendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'alliage résistant à la traction utilisé est du titane ou un alliage de titane.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'alliage résistant à la traction utilisé est de l'acier.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'alliage très résistant à l'usure utilisé est un alliage de cobalt.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'alliage très résistant à l'usure utilisé est un alliage à base de nickel.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau sous forme de poudre est précomprimé et/ou préfritté.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le tube gaine présente une enduction intérieure à base d'un agent d'adhérence, du nickel par exemple.