Твердосплавные сердечники снарядов

Мысль об использовании высокого удельного веса вольфрама и вольфрамосвинцовых псевдосплавов для баллистических целей нашла свое отражение уже в патентных предложениях 1902 г. Позднее возникла мысль об использовании для той же цели карбидов вольфрама высокой твердости и прочности, а также достаточно высокого удельного- веса (монокарбида WC — 15,6 г/см3, W2C — 16,6 г/см3). Уже в 1929 г. в Германии, были с успехом испытаны первые сердечники снарядов из спеченного твердого сплава 94%, WC и 6% Co уд. веса 14,8 г/см3.

От сердечника снаряда требуются: высокая плотность, хорошая вязкость и твердость порядка 88—90 RА у головки снаряда, простота и дешевизна массового производства. Одновременно выполнить все эти требования трудно, так как они отчасти противоречивы. Высокую плотность можно получить при возможно малой добавке связующего металла, применении карбида вольфрама с содержанием углерода ниже расчетного и горячем прессовании смеси. Однако при низком содержании связующих металлов и высокой доле W2C или двойных карбидов получают весьма хрупкие твердые сплавы. Такие твердые, хрупкие и особоплотные твердые сплавы можно применять только для сравнительно небольших сердечников. Более крупные сердечники следует изготовлять из обычного монокарбида вольфрама с содержанием 6,1% С при содержании связующего металла не меньше 3%, лучше 9—12%.

При массовом производстве сердечников снарядов необходимо применять как можно более дешевые исходные материалы. Приходится мириться с более низкой степенью чистоты и применять, например, вольфрамовый порошок, восстановленный углеродом, с 99,5—99,7 % W. Вместо кобальта употребляют никель или кобальто-никелевые смеси, хотя известно, что эти связки ухудшают качество соответствующих твердых сплавов. Вместо дорогостоящего мокрого размола применяют более дешевый сухой размол исходных смесей.

В Германии в период второй мировой войны первоначально изготовляли сердечники диаметром 6,13 мм из карбида вольфрама с 4,5%, связанного углерода и 2% Ni. Снижением содержания углерода до 1,8% и связующего металла до ~1% удалось повысить удельный вес до 17,2—17,4 г/см3, получив при этом необычайно хрупкий твердый сплав. Для массового, производства сердечников диаметрами от 15 до 36 мм позднее применяли насыщенный монокарбид вольфрама с 3% Ni в качестве связки (уд. вес 15,1—15,4 г/см3, твердость 89,8—90,2 RА, сопротивление при ударной нагрузке 0,7—0,9 кгм/см2).

Все сплавы подвергали горячему прессованию, причем за один прием односторонним прессованием изготовляли несколько, чаще всего 6—8 сердечников малых калибров (рис. 199). Более крупные сердечники изготовляли в одногнездной прессформе (рис. 200) двусторонним прессованием. Расход графита был весьма значительный, так как рабочие детали прессформы, соприкасавшиеся непосредственно с сердечниками, употребляли только один раз. Благодаря применению графитовых втулок и графитовых пластинок (между пуансонами) стало возможным повторное использование матриц и пуансонов. Для науглероживания вольфрама применяли измельченный в порошок графитовый лом.

Горячепрессованные твердосплавные сердечники — заготовки требовали до монтирования в снаряды почти всесторонней шлифовки, что при их высокой твердости вызывало огромный расход шлифовальных кругов. Возможно шлифование алмазно-металлическими кругами или точение алмазными резцами, но это дорогостоящие операции.

Табл. 151 содержит данные о размерах и свойствах твердосплавных сердечников, изготовлявшихся в Германии во время войны.

Испытания на ударную вязкость производили по Изоду. Твердость сердечников не вполне однородна, что объясняется неравномерным распределением плотности. С усовершенствованием техники горячего прессования и прессформ удалось получить сравнительно однородные сердечники. При производстве сердечников методом холодного прессования, как это практикуется в США и Англии, необходимо учитывать неравномерную усадку в менее плотной нейтральной зоне, внося надлежащие коррективы в размеры матрицы.

Обстоятельно исследовано влияние содержания углерода на плотность, ударную вязкость, твердость и электрическое сопротивление WC-Ni твердых сплавов. Часть результатов представлена на рис. 201 в форме кривых. Свойства твердых сплавов WC-Co с 6—15% Co были показаны в табл. 99.

Твердосплавные сердечники снарядов, отличающиеся высокой пробивной силой, применяли преимущественно для противотанковой обороны. Большая их хрупкость не играет здесь существенной роли; эффективность таких сердечников определяется главным образом их способностью противостоять высоким давлениям и температурам, возникающим при пробивании броневой плиты. Тем не менее, для поражения более толстых броневых плит рекомендуется применять сердечники из твердых сплавов с повышенным содержанием кобальта.

Количество сердечников, произведенное в Германии в 1935—1943 гг., составило около 2600 т, в том числе максимально в 1940 г. около 700 т. В дальнейшем выпуск этой продукции снизился из-за нехватки вольфрама вследствие блокады. В 1943/44 г. производство было прекращено; имевшиеся запасы вольфрамовых руд и вольфрамовой кислоты использовали исключительно для производства твердосплавных режущих пластинок. Около 1000 т небольших сердечников, не использованных по прямому назначению, были переработаны на трехокись вольфрама; 250 т сердечников диаметром 11 и 12 мм были использованы для изготовления более крупных сердечников. Цена на горячепрессованные сердечники оставалась постоянной независимо от диаметра: в Англии, где сердечники производились обычным методом спекания, заготовительная стоимость 1 кг их уменьшалась с увеличением веса. О производстве твердосплавных сердечников в Англии, США и в Швеции в период второй мировой войны никаких сколько-нибудь точных данных не опубликовано; надо, однако, полагать, что размер продукции к концу войны достигал по меньшей мере уровня германской продукции в 1942 г.