Verfahren zur Herstellung eines Feuerwaffenrohres und/oder Geschosses Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Feuerwaffenrohres und/oder Geschosses, das einen verminderten Ver schleiss der Rohrinnenwand beim Durchgang des Geschosses bewirkt, und bei dem die Rohrinnen wand und/oder beim Schuss die Rohrinnenwand berührende Oberflächenteile des Geschosses an Fremdstoffen angereichert werden.
Es ist allgemein bekannt, dass Feuerwaffenrohre beim Beschuss eine Gewichtsverminderung erfahren, die dadurch verursacht wird, dass bei jedem Schuss aus dem Lauf eine bestimmte Menge flüssigen oder dampfförmigen Rohrmaterials herausgeschleudert wird. Diese Gewichtsverminderung trägt massgeblich zum Verschleiss des Feuerwaffenrohres bei. Der beim Abschuss eines Geschosses aus einem Feuerwaffen rohr sich abspielende Vorgang ist dabei etwa fol gendermassen zu erklären.
Beim Abschuss eines Ge schosses wird der Führungsring nach kurzem Frei flug des Geschosses in die an der Innenwand des Feuerwaffenrohres vorgesehenen Züge (Führungsril len) gepresst und derart verformt, dass sich die Züge in den Führungsring eindrücken und damit der Drall der Züge in Rohrlängsrichtung auf den Füh rungsring und damit auf das Geschoss übertragen wird. Bei der Reibung und Verformung des Füh rungsringes an den Zügen entsteht an der Grenz- schicht zwischen dem Führungsring und den Zügen bzw. der Innenwand eine sehr hohe Temperatur T.
Dabei wird pro Wegdifferential d s des Geschosses eine bestimmte Energiemenge<I>d W</I> in Wärme um gesetzt, und da die Wärmeableitung während der relativ kurzen Zeit des Geschossdurchganges durch das Rohr praktisch vernachlässigbar ist, steigt daher die Grenzschichttemperatur T zunächst pro Wegdif ferential d s des Geschosses um ein der Energie zufuhr A W entsprechendes Temperaturdifferential <I>d T</I> an, und zwar so lange, bis einer der beiden die Grenzschicht bildenden Stoffe seine Schmelztempera tur erreicht hat.
Von diesem Zeitpunkt an schmilzt dieser Stoff und verbraucht dabei die laufende Ener giezufuhr<I>d W</I> als Schmelzwärme, so dass die Grenz- schichttemperatur T von diesem Zeitpunkt an etwa konstant gleich der Schmelztemperatur desjenigen der beiden die Grenzschicht bildenden Stoffe bleibt, wel cher die niedrigere Schmelztemperatur aufweist.
In der Regel ist aber nun der Schmelzpunkt des Feuerwaffenrohres niedriger als der Schmelzpunkt der beim Schuss die Rohrinnenwand berührenden Oberflächenteile des Geschosses, insbesondere der führenden Geschosspartien, weil aus Festigkeitsgrün den für das Feuerwaffenrohr legierte Stähle verwen det werden müssen und weil ferner die Innenwand des Feuerwaffenrohres zur Vermeidung von Aus splitterungen der Oberfläche derselben meist mit Fremdstoffen angereichert, beispielsweise durch eine Nitrierung gehärtet ist.
Durch diese Legierungsbe standteile und die Anreicherung der Rohrinnenwan- dung mit Fremdstoffen wird aber der Schmelzpunkt der Innenwand in der Regel herabgesetzt.
Aus diesem Grunde entstand die besagte Ge wichtsverminderung bisher immer an dem Feuer waffenrohr, wodurch sich zwangläufig ein erhöhter Verschleiss des Rohres ergab.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundelie- gende Aufgabenstellung war es nun, diese Gewichts verminderung an dem Feuerwaffenrohr zu vermei den.
Die vorliegende Erfindung betrifft deshalb ein Verfahren zur Herstellung eines Feuerwaffenrohres und/oder Geschosses, das einen verminderten Ver schleiss der Rohrinnenwand beim Durchgang des Geschosses bewirkt, und bei dem die Rohrinnen wand und/oder beim Schuss die Rohrinnenwand berührende Oberflächenteile des Geschosses an Fremdstoffen angereichert werden, gekennzeichnet durch eine Verwendung derartiger Fremdstoffe und eine derartige Bemessung des Anreicherungsgrades, dass der Schmelzpunkt dieser Oberflächenteile des Geschosses niedriger als der Schmelzpunkt der Rohr innenwand lieb oder diesem höchstens gleich ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Feuerwaffenrohr und Geschoss, hergestellt nach dem erfindungsgemä ssen Verfahren. Weiter betrifft die Erfindung die Verwendung von nach dem erfindungsgemässen Ver fahren hergestellten Feuerwaffenrohren und/oder Ge schossen für Schnellfeuerwaffen, insbesondere für automatische Schnellfeuerwaffen.
Diese Lehre beruht auf der obengenannten Er kenntnis, dass die Grenzschichttemperatur T vom Zeitpunkt des Erreichens der Schmelztemperatur desjenigen der beiden die Grenzschicht bildenden Stoffe, welcher die niedrigere Schmelztemperatur auf weist, etwa konstant gleich dieser niedrigeren Schmelztemperatur bleibt. Wenn nun die die Rohr innenwand berührenden Oberflächenteile des Ge schosses den niedrigeren Schmelzpunkt aufweisen, so wird die Schmelztemperatur der Innenwand des Feuerwaffenrohres nie überschritten, so dass also nur diese Oberflächenteile des Geschosses einen Ge wichtsverlust erfahren.
Es tritt also bei Anwendung des vorliegenden Verfahrens die Gewichtsverminde rung nicht mehr an dem Feuerwaffenrohr, sondern stattdessen an den führenden Geschosspartien auf. Dort wirkt sich diese Verminderung jedoch nicht zum Nachteil aus.
Anhand der Fig. 1 ist das Verfahren im folgen den näher erläutert: Bei neuzeitlichen Feuerwaffen ist die Innenwan dung der Rohre sehr hoch beansprucht und nimmt besonders bei automatischen Schnellfeuerwaffen eine Temperatur in der Nähe des Schmelzpunktes des Rohrmaterials an. Dies hat zur Folge, dass beim Schiessvorgang mit dem Geschoss auch eine mess bare Menge geschmolzenen oder dampfförmigen Materials das Rohr verlässt. Soweit solches Material von den Führungsringen der Geschosse stammt, sind Nachteile nicht zu befürchten. Stammt das aus gestossene Material aber von der Rohrinnenwand, so ist unweigerlich ein höchst unerwünschter Verschleiss des Rohres damit verbunden, jedenfalls an jener Stelle, von der das betreffende Material abgetragen wurde.
Durch Gewichtsbestimmung an Rohren vor und nach dem Beschuss wurden bei Schnellfeuerwaffen Ge wichtsverluste bis zu 100 g festgestellt.
Im Bestreben, die hochbeanspruchten Rohre von Feuerwaffen in ihrer Lebensdauer zu steigern, wird eine Vergütung der Innenwandung solcher Rohre vorgenommen, vorzugsweise eine Nitrierung gemäss dem Hauptpatent Nr. 364 522. Die hierdurch er zielte Verbesserung der Lebensdauer um mehr als 100. .. 200% wird durch die Härtesteigerung und Split terfestigkeit der nitrierten Innenwandung bewirkt, nicht aber durch eine wesentliche Verminderung des in geschmolzenem Zustand von der Innenwan dung abgetragenen Materials.
Dies dürfte schon des halb nicht der Fall sein, weil bekanntlich die An reicherung der Innenwandung mit Stickstoff oder anderen Vergütungsstoffen eine Erniedrigung des Schmelzpunktes der vergüteten gegenüber der un- vergüteten Oberflächenzone zur Folge hat. Es ist klar, dass eine weitere Steigerung der Lebensdauer von derartigen an der Innenwandung vergüteten Feuerwaffenrohren erzielbar ist, wenn es gelingt, den durch Materialabschmelzung verursachten Ver schleiss zu verringern.
Es ist in diesem Zusammenhang von Bedeutung, dass bei Versuchen mit unterschiedlich behandelten Geschossen eine Verringerung der Materialabschmel- zung von der Rohrinnenwand festgestellt wurde. Eine solche Verminderung des Verschleisses trat immer dann in Erscheinung, wenn der Schmelzpunkt des Materials der Führungsringe höchstens gleich dem Schmelzpunkt der Rohrinnenwand oder niedriger als dieser gemacht wurde.
Anschliessend ist beim Durchgang der Geschosse durch solche Feuerwaf- fenrohre eine gewisse Menge geschmolzen bzw. ver dampften Materials erforderlich - ist der Schmelz punkt wenigstens der geführten Geschosspartien nied riger als der Schmelzpunkt der Rohrinnenwandung, so wird das geschmolzene Material weitgehend von diesen Geschosspartien und nicht von der Rohrinnen wandung geliefert. Diese Schonung der Rohrinnen wandung ergibt anscheinend die beobachtete Erhö hung der Verschleissfestigkeit und Lebensdauer.
Es ist natürlich nicht erforderlich, dass der Schmelzpunkt der geführten Geschosspartien wesent lich niedriger als der Schmelzpunkt der führenden Teile der Rohrinnenwandung gemacht wird, da be reits eine angenäherte 1:Jbereinstimmung der Schmelz punkte eine merkliche Erhöhung der Lebensdauer ergibt. Beispielsweise wurde für Geschützrohre, die nach dem Verfahren gemäss dem Hauptpatent Num mer 364 522 an ihrer Innenwandung nitriert wor den waren, unter Verwendung von Stahlgeschossen mit ebenfalls nitrierten Stahlführungsringen wesent lich grössere Lebensdauer erzielt, als mit den gleichen Geschossen ohne nitrierte Stahlführungsringe.
Es ist besonders zweckmässig, den Schmelzpunkt der führenden Geschosspartien dadurch dem Schmelz punkt der Rohrinnenwand anzupassen, dass wenig stens diese Geschosspartien aus Stahl hergestellt wer den und durch Eindiffundierung von geeigneten Fremdstoffen in ihrem Schmelzpunkt entsprechend herabgesetzt werden. Sollen beispielsweise an Stahl geschossen die ebenfalls aus Stahl bestehenden Füh rungsringe ausgeglüht und gleichzeitig mit Stickstoff angereichert werden, so kann eine Anordnung nach Fig.l verwendet werden.
Hierzu wird in einem evakuierbaren, doppelwandigen und kühlbaren Gas entladungsgefäss 1 mit abnehmbarem Deckel 2 eine metallische Halteplatte 3 auf Isolatoren 4 befestigt, die mit federnden Metallbolzen 5 zum Aufstecken der zu behandelnden Stahlgeschosse 6 versehen ist.
Parallel zur Halteplatte 3 und mit dieser leitend verbunden, ist eine metallische Blende 7 angebracht, die mit den Führungsringen 8 der Geschosse 6 in einer Ebene gelagert ist, und runde Ausnehmungen 9 aufweist, durch welche die Geschosse 6 hindurch ragen. Die Dicke der Blende 7 ist derart gewählt, dass die Innenseite der Ausnehmungen 9 gerade bei den Führungsringen 8 gegenübersteht. Die Innenseite der Ausnehmungen 9 soll die beiden Führungsringe 8 konzentrisch umschliessen und einen überall gleich breiten Ringspalt mit denselben bilden.
Die Halteplatte 3 und die Blende 7 sind über eine isolierte Stromdurchführung 10 mit dem nega tiven Anschluss des Klemmenpaars 11 verbunden, während der positive Anschluss am metallischen Ent ladungsgefäss 1 angeschlossen ist. Im Entladungs gefäss 1,2 wird über geeignete Mittel (nicht gezeich net) eine Gasatmosphäre aus 30% N, und 70% Hz bei einem Druck von 5 .<B>..</B> 10 mm Hg hergestellt und während des Betriebes aufrechterhalten.
Nach Been digung eines Anlaufvorganges wird bei einer Span nung von 400<B>...</B> 500 Volt zwischen dem Entladungs gefäss 1 und den Geschossen 6 sowie der auf glei chem Potential liegenden Blende 7 eine Glimment- ladung hergestellt, die bei geeigneter Breite des Ring spaltes zwischen den Führungsringen 8 und der Innenwand der Ausnehmungen 9 in diesem eine be sondere hohe Energiekonzentration von 0,1<B>...</B> 10 Watt/cm' Oberfläche der Führungsringe liefert. Die ser als Hohlkathodeneffekt bezeichnete Betriebs zustand ist im Hauptpatent Nr. 314 340 ausführlich beschrieben.
Die Führungsringe 8 erreichen bei dieser Betriebsweise innerhalb kurzer Zeit, beispielsweise 0,5...2 Minuten, die erwünschte Glühtemperatur und reichern sich durch das Ionenbombardement mit Stickstoff an. Die hohe Energiedichte im Ringspalt gewährleistet ein relativ rasches Eindiffundieren des hier atomaren Stickstoffs in die Führungsringe, so dass nach erfolgtem Weichglühen die erforderliche Eindringtiefe erreicht ist und die Behandlung been det werden kann. Innerhalb der relativ kurzen Be handlungsdauer erfährt das Geschoss 6 in seinen übrigen Teilen nur eine so geringe Temperaturer höhung, dass die Festigkeit nicht beeinflusst wird.
Bei dem Eindiffundieren der Behandlungsgase in die Metalloberfläche, im oben beschriebenen Bei spiel also des Stickstoffs, entstehen in einer gewissen Tiefe sogenannte Mischkörper, die chemische und physikalische Bindungen Metall/Gas darstellen. Er fahrungsgemäss bewirken solche Mischkörper auch bei den extremen Druckverhältnissen während des Schiessvorganges, eine Erniedrigung des Schmelz punktes der Stahlführungsringe auf einen Wert, der geringer als der Schmelzpunkt der Innenwandung von gemäss dem obengenannten Hauptpatent nitrier ten Geschützrohren ist.
Die Umwandlung von Geschosspartien nach dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist natürlich nicht auf Stahlteile beschränkt, sondern kann, meist mit unterschiedlichen Behandlungszeiten, auch an allen Buntmetallen und Legierungen durchgeführt werden. Insbesondere können auch sehr harte metallische Werkstoffe in bezug auf ihren Schmelzpunkt durch Anreicherung mit Fremdstoffen beeinflusst werden.
Als solche Fremdstoffe sind natürlich je nach Verwendungszweck ausser dem oben erwähnten Stick stoff auch zahlreiche andere Stoffe geeignet. Bei spielsweise können die Geschosspartien mit Phosphor oder mit Schwefel angereichert werden, entweder in elementarer Form, gelöst im betreffenden Metall, als Mischkörper oder in Form geeigneter Verbin dungen.
Schliesslich lassen sich auch andere Gase, etwa Wasserstoff, Sauerstoff, und unter gewissen Umstän den sogar Edelgase, in den betreffenden Geschoss- partien in solcher Form anreichern, dass dieselben zur Anpassung des Schmelzpunktes beizutragen ver mögen. Die in Geschosspartien anzureichernden Stoffe können, wie in den oben beschriebenen Beispielen, vor allem aus dem Gas im Entladungsgefäss gewon nen werden. Natürlich lassen sich derartige Fremd stoffe auch auf andere Weise in der Glimmentladung an zu behandelnden Geschossflächen einbringen.
Bei spielsweise kann eine entsprechende Substanz im Entladungsgefäss verdampft und mit der Gasatmo sphäre vermischt werden, oder es wird ein entspre chender Nebel aus derartigen Stoffpartikeln in das Entladungsgefäss eingespritzt. Ferner kann die be kannte Technik der Kathodenzerstäubung oder der Lichtbogenabstäubung benützt werden, um Fremd stoffpartikel mit der Gasatmosphäre zu vermengen.
Das vorliegende Verfahren ist natürlich keines wegs auf Geschosse beschränkt, die mittels einer elektrischen Gas- oder Glimmentladung, durch An reicherung mit Fremdstoffen, in bezug auf den Schmelzpunkt wenigstens der führenden Geschoss- partien dem Feuerwaffenrohr angepasst sind. Die Anreicherung mit Fremdstoffen kann auch auf an dere Weise erfolgen, beispielsweise durch Eindiffun- dierung in heizbaren Öfen oder durch Behandlung in fremdstoffhaltigen Schmelzen.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Geschosse oder zumindest deren führende Partien aus solchen Materialien herzu stellen, deren Schmelzpunkt ohne weitere Behand lung bereits niedriger als der der zugehörigen an Fremdstoffen angereicherten Feuerwaffenrohre ist.