BE897310A - Charges faconnees et leur fabrication - Google Patents
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Abstract
L'invention a trait à un revêtement (2) de charge façonnée fait d'une matière métallique massive présentant un grain fin de l'ordre de 25 um ou moins. La matière peut être, par exemple, le cuivre, l'uranium, le tantale ou un alliage présentant de la superplasticité et ayant une masse volumique supérieure à environ 5 g par cm3. On peut fabriquer le revêtement en soumettant la matière à des cycles répétés de travail à froid, de recuit à une température juste supérieure à la température de recristallisation et de trempe.
Description
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MÉMOIRE DESCRIPTIF
EMI1.1
DEPOSE A L'APPU ! D'UNE DEMANDE OE BREVET D'INVENTION
FORMÉE PAR THE SECRETARY OF STATE FOR DEFENCE IN HER BRITANNIC
MAJESTY'S GOVERNMENT OF THE UNITED KINGDOM OF
GREAT BRITAIN AND NORTHERN IRELAND. p o u r
Charges façonnées et leur fabrication.
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- ------ Demande de brevet anglais nO 8220767 du
22 juillet 1982 en sa faveur.
EMI1.3
- ------
La présente invention concerne des charges façonnées, c'est-à-dire des dispositifs explosifs du type comprenant une masse d'explosif présentant un creux façonné dans une face d'about, ce creux étant
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r revêtu d'une matière métallique.
La matière métallique eve e e
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est habituellement du cuivre, mais peut être faite d'autres métaux ou alliages adéquats comprenant ou non du cuivre. Le creux façonné est souvent de forme conique, mais d'autres formes peuvent être utilisées, comme des hémisphères, des trompettes ou des formes comprenant des sections de deux ou de plus de deux
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cônes dont les angles au sommet sont différents. Les e Les charges façonnées dans lesquelles le creux façonné ne presente pas de symétrie de révolution entrent également dans le cadre de l'invention, par exemple les charges comportant un creux ayant la forme d'une auge annulaire ou linéaire.
On sait que la charge façonnée est à même, moyennant une conception adéquate, de produire un jet ou dard présentant un pouvoir de pénétration énorme.
Cependant, l'etat actuel du développement des blindages de chars est tel que les meilleurs chars modernes peuvent, en pratique, être équipés d'un blindage qui soit juste à même d'arrêter la plupart des armes à charge façonnée. La plus faible amélioration des performances de la charge façonnée est donc d'une importance décisive lors d'une attaque visant un véhicule de combat blindé moderne. Dans d'autres domaines également, un pouvoir de pénétration amélioré est bien entendu hautement souhaitable.
Des facteurs dont on sait qu'ils affectent les performances d'une charge façonnée comprennent le contrôle soigné de la forme et des tolérances de dimensions du revêtement, les propriétés explosives et 1'uniformité de la matière explosive, ainsi que la conception et le fonctionnement adéquat du dispositif d'amorçage. Actuellement, on considère que ces trois facteurs ont été largement optimisés et des améliorations substantielles de ces facteurs ne sont pas à prévoir pour l'instant.
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Un quatrième facteur majeur qui affecte les performances est la composition de la matière de
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r eve revêtement et la présente invention procure une amélio- ration substantielle de ce facteur.
Cela étant, l'invention a pour objet un revêtement pour une charge façonnée comprenant une matière métallique massive présentant un grain fin d'un calibre de l'ordre de 25/um ou moins.
Par le terme "solide" utilisé dans le présent mémoire, on entend une matière en substance non poreuse ou exempte de vides, par opposition, par exemple, a une matière poreuse obtenue par frittage ou agglomération d'une matière particulaire.
Normalement, les avantages de l'invention ne sont obtenus qu'avec un grain d'un calibre de 22/um ou moins et habituellement, pour obtenir les meilleurs resultats ainsi qu'une facilite de fabrication relative, le calibre du grain est compris entre 10 et 15/um, mais on estime que les avantages de l'invention sont obtenus avec des grains encore plus fins.
Des matières pouvant se révéler adéquates pour le revetement comprennent le cuivre, l'uranium, le tantale et les alliages qui présentent de la superplasticité et ont des masses volumiques supérieures à environ 5 g par cm3, par exemple, des alliages superplastiques à base de bismuth, cadmium, iridium, plomb, étain, zinc, aluminium, argent, cuivre, fer, nickel, titane, cobalt, chrome, tungstène et uranium.
Le cuivre est cependant habituellement le métal préféré. Pour des munitions qui ne sont pas stabilisées par rotation gyroscopique, il est préférable que la matière métallique du revetement soit fortement isotrope.
La matière métallique peut comprendre des additions élémentaires qui servent à affiner le grain,
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par exemple elle peut être un alliage de cuivre avec 12% de chrome ou un alliage d'uranium avec 5% de molybdène.
L'invention comprend également une charge façonnée comportant un revêtement conforme a l'inven- tion et une masse explosive associée au revêtement.
Antérieurement, on s'est aperçu qu'une texture a grain tres grossier dans laquelle le calibre du grain est de l'ordre de 100/um ou plus, éventuellement proche de l'epaisseur de la paroi du revêtement lui-
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même, n'est pas souhaitable. Cependant, dans la pratique normale, un grain d'environ 50/um descendant éventuellement jusqu'à 30/um a été obtenu sans traitement très spécial. On a considéré que des revêtements ayant une telle texture métallographique assurent des performances satisfaisantes et on n'a entrevu aucune raison pour laquelle il serait intéressant de rechercher une texture plus fine que celle-ci.
Des lors, on n'a jamais proposé de réaliser un revêtement de charge façonnée présentant une texture a grain exceptionnellement fin conforme à 1'invention. Les techniques classiques pour former les revêtements de charge façonnée mènent essentiellement à un haut degré d'ani- sotropie, mais à nouveau l'importance de ce facteur n'a
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pas non plus été pleinement appréciée jusqu'à présent.
Un revêtement de charge façonnée comprenant de tres petites particules sphériques qui sont agglomérées par frittage, soudage, adhésion ou par des techniques analogues sans perdre leur forme sphérique, est décrit dans le brevet anglais nO 854. 043. La matière de revêtement résultante est poreuse et se divise en particules lors de la mise à feu, de sorte que ses performances deviennent de loin inférieures à celles d'un revêtement massif.
De plus, quoique les particules soient décrites comme étant de tres petit calibre, par
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exemple jusqu'à 5/um, elles sont sphériques et la forme cristalline du grain dans un revêtement massif diffère de celle d'un tel revêtement particulaire sous des aspects importants qui affectent le pouvoir de
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pénétration à la fois à cause des vides présents et à ene a a a p cause de la nature essentiellement particulaire et d'une forme cristalline différente du grain de cette matière.
Des essais ont démontré que des charges façonnées comportant des revêtements conformes a l'invention peuvent présenter dans un blindage homogène laminé (RHA) un pouvoir de pénétration de 10 à 15% plus élevé que celui de charges façonnées munies de revêtements classiques.
L'élaboration d'un revêtement de charge façonnée comportant une texture à grain fin équiaxe et des propriétés isotropes, en particulier en cuivre, est difficile et ceci peut au moins en partie expliquer la raison pour laquelle la présente invention n'a pas été réalisé plus tot, ni ses avantages entrevus.
Cela étant, suivant un autre aspect, l'invention a pour objet un procédé pour fabriquer un revêtement de charge façonnée à partir d'une matière
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me métallique, suivant lequel on soumet la matière, de manière répétée, à un processus consistant à travailler la matière à froid, déterminer la température de recristallisation de la matière travaillée à froid, recuire la matière travaillée à froid à une température juste supérieure à la température de recristallisation et tremper la matière recuite.
Au moins une opération de travail à froid implique avantageusement une réduction d'épaisseur substantielle de la matière, à savoir d'au moins 50%.
La limite supérieure du travail à froid est déterminée par l'apparition de fissures et 80% consti-
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tuent une limite supérieure raisonnable pour de nombreuses matières ductiles telles que du cuivre.
On détermine avantageusement la température de recristallisation après chaque opération de travail à froid en préparant plusieurs éprouvettes à partir de la matière travaillée à froid, en recuisant différentes éprouvettes à des températures différentes, en trempant chaque éprouvette et en soumettant chaque éprouvette à
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un examen me un examen métallographique.
Par température de recristallisation, on entend la température la plus basse à laquelle la texture déformée peut être complètement remplacée par de nouveaux grains equiaxes, en un laps de temps adéquat.
L'opération de recuit est de préférence effectuée à chaque stade pendant une durée juste suffisante pcur'assurer une recristallisation en substance complète de la matière travaillée à froid. La température de recuit à chaque stade est de préférence superieure de moins de 200C à la température de recristallisation.
Avantageusement, chaque opération de recuit s'effectue à une température comprise entre 5 et 15 C et de préférence à environ 10 C au-dessus de la température de recristallisation pendant environ 1 heure.
La trempe peut être effectuée à l'eau.
La matière métallique est avantageusement le cuivre.
Le procédé peut, en outre, comprendre un usinage après la dernière application du processus.
L'invention sera à présent décrite plus en détail à titre d'exemple uniquement avec référence aux dessins annexés dans lesquels : la Fig. 1 est une vue schématique d'une charge façonnée comportant un revêtement massif conforme à
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l'invention, et les Fig. 2 à 4 sont des vues schématiques faites d'après des photomicrographies montrant la microstructure d'éprouvettes prélevées dans la matière de revetement à divers stades de la fabrication du
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revêtement. eve r
Comme le montre la Fig. 1, une charge façonnée de configuration. dans l'ensemble classique, comprend une enveloppe cylindrique légère 1 en matière plastique ou en matière métallique et un revêtement en cuivre 2 de forme conique ayant typiquement une épaisseur de paroi de 2 mm.
Le revêtement 2 s'ajuste étroitement dans une extrémité de l'enveloppe cylindrique 1 et une masse 3 d'un explosif brisant est coulée dans le volume défini par l'enveloppe et le revêtement. En pratique, un dispositif détonateur (non représenté) doit être place sur la face d'extrémité postérieure 4 du corps coulé 3.
Le procédé pour la fabrication du revêtement conique 2 conforme a l'invention se déroule avantageusement de la manière suivante. Une matière de départ adéquate est une billette de 63, 5 mm + 0, 5 mm d'épais-
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seur en cuivre BS2874 C103 état H, c'est-a-dire un cuivre à haute conductivité exempt d'oxygène comprenant 99, 95% de cuivre (y compris de l'argent), 0, 005% au maximum de plomb, 0, 0010% au maximum de bismuth, le total des impuretés étant de 0, 03% au maximum (à l'exclusion de l'oxygène et de l'argent).
La microstructure de la matière de départ est illustrée sur la Fig. 2 qui est faite d'après la photomicrographie de la surface d'une éprouvette grossie 400 fois. La section représentée est une section longitudinale perpendiculaire'a la surface laminée de la billette de départ. Comme on peut le voir clairement sur la Fig. 2, la microstructure de la matière de
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départ est formée de grains 20 de calibre relativement gros qui sont allongés dans la direction (A) d'une opération de laminage précédente dont ils sont le resultat.
La température de cristallisation Trl de la matière de départ est déterminée de la manière suivante. Huit éprouvettes, chacune d'environ l cm3, sont prélevées dans la matière de départ et sont recuites pendant 1 heure à des intervalles de température de 10 C entre 310 C et 3800e (c'est-a-dire que
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la première éprouvette est à 310 C, la deuxième à 320 C, la troisieme a 330 C, etc.). Apres recuit, les éprouvettes sont trempées à l'eau et une section longitudinale perpendiculaire à la surface laminée est polie et décapée dans le chlorure ferrique alcoolique à 5% en vue de l'examen métallographique.
Les Fig. 3a, 3b et 3c illustrent la microstructure des sections transversales de trois eprou- vettes ainsi préparées. La Fig. 3a illustre la microstructure de la matière recuite à une température de 280 C qui est juste trop basse, la structure s'étant reconstituée, mais non pas recristallisée. La Fig. 3b illustre la microstructure de la matière recuite à une température de 360 C ou plus, qui est trop élevée, la structure s'étant recristallisée, mais le traitement thermique ayant entraîné une croissance du grain. La Fig. 3c illustre la microstructure de la matière recuite à la température correcte de 330 C.
La temperature de recristallisation Trl pour cette matière de départ est donc déterminée comme étant de 330 C. La billette de départ est alors recuite pendant une heure à une température de 330 C + 10 C ¯ 5 C dans un four à circulation d'air, la durée étant comptée du moment où la billette atteint la bande de température spécifiée. La billette est alors
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trempée a l'eau et laminée à froid avec 75% de réduction d'épaisseur jusqu'à 15,88 mm + 0, 15 mm.
La température de recristallisation Tr2 de la matière laminée à froid est alors déterminée par le même procédé que pour la température de recristallisation Trl de la matière de départ. Les Fig. 4a, 4b et 4c illustrent la microstructure des sections de trois éprouvettes préparées comme précédemment. La Fig. 4a illustre la microstructure de la matière recuite à une température de 260oC, qui est juste trop basse, la structure s'étant reconstituée mais non recristallisée. La Fig. 4b illustre la microstructure de la matière recuite a une température de 3400C ou plus qui est trop élevée, la structure s'étant recristallisée, mais le traitement thermique ayant entraîné une croissance du grain. La Fig. 4c illustre la microstructure de la matière recuite à la température correcte Tr2 de 290 C.
Comme on peut le voir, la forme generale de la structure est semblable à celle de la Fig. 3c, mais le grain est beaucoup plus fin. La tôle est à présent recuite dans un four à circulation d'air pendant 1 heure à une température Tr2 + 10"C 5"C et est trempée a l'eau.
La tôle est ensuite soumise à un nouveau laminage à froid qui effectue une nouvelle réduction d'épaisseur de l'ordre de 50%, la température de recristallisation Tr3 de la matière qui a subi ce nouveau laminage à froid est déterminée comme prece- demment pour Trl et Tr2 et la tôle est recuite pendant 1 heure à la température Tr3 + 10 C ! : 50C dans le four a circulation d'air, puis est trempée a l'eau. Une nouvelle réduction du grain est donc effectuée, ce qui donne une matière en substance isotrope ayant un grain de 0,015 mm. (15/um) ou moins, et de la forme générale représentée sur la Fig. 4c.
Dans d'autres cas, ce point
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pourrait être atteint par un nombre different de
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répétitions du cycle de travail à froid, de recuit et r epe a de trempe, suivant les besoins, et/ou par un affinage du grain au moyen d'additions élémentaires lors de la coulee.
La tole resultante est alors coupée en pièces de dimensions et de forme adéquates et chaque pièce est façonnée en une ébauche de revêtement conique par un travail a froid adéquat, par exemple sous cisaillement.
La température de recristallisation Tr4 des ébauches façonnées sous cisaillement à froid est alors determinée par le même procédé que pour Trl et les ébauches
EMI10.2
sont recuites pendant 1 heure a la temperature Tr4 + 10"C + 5 C dans le four'a circulation d'air, puis sont trempées à l'eau. Le grain des ébauches résu1- tantes est de 15/um ou moins, la matière étant à grain fin et en substance isotrope et présentant l'aspect general indiqué sur la Fig. 4c. Les ébauches de revêtement sont alors usinées si on le souhaite pour produire des revêtements finis aux tolerances finales requises et ayant un grain particulièrement fin de 15/um au moins, ainsi qu'une structure homogène continue en substance exempte de vides.
Des essais effectués sur des revêtements produits par le procédé décrit plus haut ont montré que des charges façonnées munies des revêtements conformes a l'invention sont à même, compares a des charges façonnées semblables munies de revetements en cuivre de fabrication classique, d'offrir des performances plus régulières et un accroissement allant jusqu'à 15% du pouvoir de pénétration dans une cible en RHA.
Le terme "calibre du grain" utilisé dans le present mémoire indique le diamètre moyen du grain déterminé suivant la désignation ASTM : Procédure El12 par interception (ou Heyn).
<Desc/Clms Page number 11>
Bien entendu, l'invention n'est en aucune manière limitée aux détails d'exécution décrits auxquels de nombreux changements et modifications peuvent être apportés sans sortir de son cadre. Par exemple, d'autres procédés pour produire - un revêtement à grain fin peuvent s'avérer souhaitables, par exemple par dépôt a partir d'un jet de plasma alimente de particules d'une finesse adéquate, sur un support approprié suivi d'un léger usinage si nécessaire.
Claims (1)
- EMI12.1R E V E N D I C A T 1 0 N S REVENDICATIONS - -------------------------- 1. - Revêtement pour une charge façonnée comprenant une matière métallique massive, caractérisé EMI12.2 en ce que la matière métallique a un grain fin de l'ordre de 25/um ou moins.2. - Revêtement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le calibre du grain est de 22/um ou moins.3. - Revêtement suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le calibre du grain est compris entre 10 et 15/um.4.-Revetement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière métallique est le cuivre.5.- Revêtement suivant l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que la matière EMI12.3 métallique est choisie dans le groupe comprenant m e l'uranium, le tantale et les alliages qui accusent des propriétés superplastiques et présentent des masses volumiques supérieures à 5 g par cm3.6. - Revêtement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la matière EMI12.4 métallique comprend des additions élémentaires qui me ein servent à affiner le grain.7. - Revêtement suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la matière métallique est choisie dans le groupe comprenant un alliage de cuivre avec 1% de chrome et un alliage d'uranium avec 5% de molybdène.8. - Revêtement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière métallique est en substance isotrope.9. - Charge façonnée comprenant un revêtement suivant l'une quelconque des revendications précédentes et une masse explosive associée au revêtement. <Desc/Clms Page number 13>10. - Procédé po ur fabriquer un revêtement de charge façonnée à partir d'une matière métallique, caractérisé en ce qu'on soumet de manière répétée la matière à un processus consistant à travailler la matière à froid, à déterminer la température de recristallisation pour la matière travaillée à froid, à recuire la matière travaillée à froid à une température juste supérieure à 1a température de recristallisation et à tremper la matière recuite.11. - Procédé suivant 1a revendication 10, caractérisé en ce qu'au moins une opération de travail a froid implique une réduction d'épaisseur de la matière d'au moins 50%.12.- Procédé suivant la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu'on détermine la température de recristallisation après chaque opération de travail à froid en préparant plusieurs éprouvettes de la matière travaillée à froid, en recuisant différentes éprouvettes a des températures différentes, en trempant chaque éprouvette et en soumettant chaque éprouvette à EMI13.1 un examen métallographique. un examen me 13. - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'on effectue une opération de recuit pendant une durée juste suffisante pour assurer une recristallisation en substance complete de la matière travaillée à froid.14.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce qu'une opération de recuit est effectuée à une température superieure de 5 à 15 C à la température de recristallisation.15. - Procédé suivant 1a revendication 14, caractérisé en ce qu'une opération de recuit est effectuée à une température supérieure d'environ 10 C a la température de recristallisation. <Desc/Clms Page number 14>16.-Procede suivant l'une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisé en ce qu'une EMI14.1 opération de recuit est effectuée pendant une durée allant jusqu'a l heure.17. - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 10 à 16, caractérisé en ce qu'une opération de trempe est effectuée à l'eau.18.-Procede suivant l'une quelconque des revendications 10. à 17, caractérisé en ce que la matière métallique est le cuivre.19. - Revêtement de charge façonnée fabriqué par un procede suivant l'une quelconque des revendica- EMI14.2 tions 10 à 20.20. - Charge façonnée comprenant un revêtement suivant la revendication 19 et une masse explosive associée à ce revetement.Bruxelles, le 18 juillet 1983.P. Pon. de THE SECRETARY OF STATE FOR DEFENCE IN HER BRITANNIC MAJESTY'S GOVERNMENT OF THE UNITED KINGDOM OF GREAT BRITAIN AND NORTHERN IRELAND.OFFICE KIRKPATRICK-G. C. PLUCKER.
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