CN1089432C - 无铅的锡弹心射弹 - Google Patents
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Abstract
一种适用作手枪或步枪发射的子弹的无铅射弹(10,30,40,42,44),该射弹具有一个包住金属弹心(16)的金属弹壳(12,46),上述的弹心由高纯度的锡制成,并具有类似于铅基合金射弹心的形变性能,但没有与铅有关的环境公害。
Description
技术领域
本发明涉及一种由步枪和手枪发射的无铅的锡弹心射弹,更具体地说,涉及一种装有基本上为纯锡的弹心的铜弹壳子弹,该子弹具有类似于铅的形变特性,但没有铅的环境公害。
背景技术
绝大多数由手枪和步枪发射的子弹都装有铅基合金的弹心,这就是说,弹心是全部为铅或含50(wt)%以上的铅。铅的环境公害是众所周知的,都觉得含铅子弹射入地里会使地下水通过浸析作用而受到污染。另一个射手所面临的问题是,在发射具有外露的铅的子弹时,射弹会发出含铅的烟尘,这种含铅烟雾是有毒的,如果被吸入,就会危害射手。另外还有一种危害是,铅会从未回收的子弹渗入地下水中,造成污染。
已经出现许多替代铅心子弹的替换品。美国专利No.5399187(Mravic等人)公开了一种用密度比铅小的材料与密度比铅大的第二种材料组合制成的烧结子弹心。所公开的一种组合材料是锡和钨的混合物。
美国专利No.5500183(Noordegraaf等人)公开了一种用锡基合金制的无壳子弹,所述的锡基合金含有铜、锑、铋和锌中的一种或多种作为合金化元素。
美国专利No.5679920(Hallis等人)公开了装有由编织的和挤压的锌丝绳制成的弹心的带壳子弹。
虽然上述美国专利公开的子弹是无铅的,但是这些子弹的弹心都比铅硬,这就使子弹的跳弹度不合格。另外,含锌弹心也可造成环境公害,在美国金属学会(ASM)手册第2卷中已注明锌的烟雾对人体健康有害。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种既无铅又无锌且其性能特征类似于装有铅基合金弹心的子弹且消除了铅对环境公害的射弹。
为实现本发明的上述目的,本发明提供了一种无铅射弹,其特征在于,一个具有一个构成空气动力学外形的外表面和一个形成至少一个内腔的内表面的金属弹壳;和上述的至少一个内腔装填入一种其屈服强度小于20MPa的纯的锡。
本发明的优点之一是,射弹具有类似于含有铅弹心的射弹的性能特征,并由于无铅,可减少对环境的危害。上述射弹适合于所有类型的带壳的子弹包括手枪和步枪用的子弹。本发明的射弹可用于软尖弹、带隔板的子弹和空心尖端子弹以及其他结构的子弹。
附图说明
从下面的说明和附图将会对本发明的上述目的、特征和优点更加了解,附图中:
图1和2示出本发明的步枪子弹的剖视图;
图3~5示出本发明的手枪子弹的剖视图。
具体实施方式
参看图1,本发明的射弹10具有一个金属弹壳12。该金属弹壳12的内表面14形成至少一个装填无铅弹心材料的内腔。这里说的“无铅”是指不故意添加铅作为合金化元素。虽然从保护环境的观点看,希望铅的含量为零,但是,含量≤0.05%(wt)的伴随杂质铅,是本发明允许的。最好的弹心材料16是基本上纯的锡。
金属弹壳12的外表面18具有空气动力学外形,该外表面18通常为大致的圆筒形,它具有一个向内呈逐渐缩小的锥形前部20、一个直径基本上恒定的中部22和一个大致垂直于中部22的尾部24。中部22与尾部24之间的过渡部分26可以是小半径的倒圆,或者,如图1所示,可以是一个用作弹尾的锥形部分。
上述的金属弹壳12可用任何合适的材料如:铜、铝、铜合金、铝合金或钢制成。含锌的铜基合金最好用一种镀铜的合金,其公称成分是:95(wt)%铜,和5(wt)%锌。
弹心16由具有类似于铅的可变形特性的金属制成。L50042铅合金(公称成分为:≥99.94(wt)%铅)的屈服强度为12~14MPa。A级纯锡(公称成分:≥99.85(wt)%锡)的屈服强度为11.0MPa。本发明的金属弹心的屈服强度较好为<20MPa,最好约为8~15MPa。其硬度为<20HB,最好约为3~5HB。上述的屈服强度和硬度的值都是指室温(约20~23℃)下的值。
如图1所示,少量添加各种合金化元素可提高锡基合金弹心的屈服强度和硬度。弹心的可变形性越小,跳弹的危险性越大。
表1
通用名称 | 成分,(wt%) | 屈服强度(MPa)和硬度(HB) |
A级纯锡 | ≥99.85%Sn | 11.0 MPa/3.9HB |
锑-锡焊料 | 4.5~5.5%Sb其余为Sn | 40.7 MPa |
锡-银焊料 | 4.4~4.8%Ag其余为Sn | 31.7MPa |
锡基合金 | 1~8%Sb,0.25~3%Cu其余为Sn | 55MPa/8.7HB |
白色金属 | 92%Sn,8%Sb | 48MPa/18.5HB |
硬锡 | 99.6%Sn.0.4%Cr | 23MPa |
锡箔 | 92%Sn,8%Zn | 60MPa |
最佳的金属弹心16是基本上纯的锡。锡基合金弹心含有的合金化元素总量不超过0.5(wt)%,其中任一种合金化元素的含量不多于0.25%。更好是,合金化元素的总量小于0.2(wt)%,任一种合金化元素的加入量不大于0.1(wt.)%。某些被认为会产生毒气或会引起环境公害的元素应控制到更低含量。正如ASM手册第二卷所规定的,上述的有害添加元素包括砷、铅、镉、和锌,每种有害元素的含量较好低于0.005(wt)%,最好为低于0.002(wt)%。
美国材料试验学会(ASTM)规定的最好的金属弹心材料是A级锡。这种锡的纯度为:≥99.85(wt)%Sn,残留杂质含量(wt)低于:0.04%Sb,0.05%As,0.030%Bi,0.001%Cd,0.04%Cu,0.015%Fe,0.05%Pb,0.01%S,0.005%Zn,和0.01%(Ni+Co)。
不会显著改变锡基合金的屈服强度或硬度的合金化添加元素可以加入较多的量,例如,据认为加入不大于0.5(wt)%(最好约为1.5~2.5(wt)%)的镁是合适的。
将基本上是纯的锡加热到其熔化温度以上,然后将熔融金属浇成一个杯状弹壳的坯件,再将弹壳坯件机械挤压成所需的弹壳形状。图1示出一种适合于作带壳的软尖端步枪子弹的射弹10,锡的密度(7.17g/cm3)约为铅的密度(11.35g/cm3)的63%,所以,本发明的射弹10的重量低于同样直径的铅弹心射弹的重量。减少射弹重量不会明显降低短距射击用的手枪子弹的性能。对于步枪子弹来说,子弹长度的微量增加可使子弹重量达到相当于铅弹心射弹的重量。例如,图1所示形状的5.56mm铜壳软尖端射弹的公称长度为0.675英寸(1.7cm),如果用铅制造弹心时,其总重为55格令(3.56g),若将长度增至0.825英寸(2.10cm),用基本上是纯锡做弹心的射弹将达到相同的重量。
图2示出一种可用作步枪子弹的第二种射弹30,该射弹30具有一种带有由金属弹壳12形成的空心尖端32的分隔结构。金属弹壳12形成一个装填基本上是纯锡16的后内腔。将一个封闭盘件(通常用黄铜制成)34压配入射弹30的尾部24,以防止射弹发射时快速加速而将锡挤出来。
在基本上为纯锡16与空心尖端32之间任意设置一个或多个杯状插入件36。正如Corzine等人在美国专利No.5385101中所公开的那样,杯状插入件36(或多个插入件)可使从上述内腔挤入被射弹30击中的受伤动物中的金属材料最少。金属弹壳12的完整性可能由于与骨架或其他硬质结构碰撞而破坏,或由于上述空心尖端变成瓣状而破坏。上述的杯状插入件36可提供额外的强度,以防止弹心材料的损失。
图3~5示出本发明的几种适用于手枪发射的射弹。图3示出称为带壳软尖手枪子弹的射弹40,其弹头41由基本上纯的锡制成,射弹40的典型弹径是:9mm Luger带壳软尖射弹;0.38特殊带壳软尖射弹;0.40S&W带壳软尖射弹;0.45铜壳软尖自动射弹;5.56mm带壳软尖射弹和10mm带壳软尖自动射弹。图3~5中所示的与图1和2所示构件相同的构件用相同的标号标注之。
图4所示的射弹42是一种带壳的空心尖端射弹。其弹头41具有一个向后延伸并向前敞开的圆形内腔43。金属弹壳12的弹头部分32可任意地延伸入敞开的圆形内腔43,这种射弹的典型弹径是9mm Luger铜壳空心尖端子弹。
图5示出一种带隔板的手枪射弹44。大致为H形的带隔板的金属弹壳46的中部设有一个将内腔分隔成后腔48和前腔50的隔板47。其前腔50和后腔48都装有金属弹心料16,在金属弹壳46的尾部24可压配入一个封闭盘件34,将金属弹心料16保持在后腔48内。
本发明的射弹适用于任何使用常规子弹的枪支,包括(但不限于):中央击发的手枪、中央击发的步枪、中央击发的左轮手枪、和边缘发火的枪支。上述射弹也不限于具体的弹径,本发明的基本上是纯锡的弹心适用于任何现有的带有铅弹心的带壳射弹。
用手枪中央击发子弹的射弹有效弹径尺寸约为0.25~0.48,用步枪中央击发子弹的射弹有效弹径尺寸约为0.22~0.50,而边缘发火子弹无论是手枪还是步枪其弹径通常都是0.22。
虽然本发明的射弹具体地设计成至少部分地封闭在金属壳体内,但是,用上述的基本上纯的锡料制成的不带壳的射弹(尤其是手枪发射的射弹)也应包含在本发明范围之内。
从下面所列的实例将更明白本发明的优点。
实例
实例1
用基本上是纯锡的弹心制造出图3所示那种9mm Luger铜壳软尖射弹,并用9mm Luger的体育器械与弹药制造者学会(SAAMI)的标准试验枪管进行发射试验。发现,所有试验的子弹除了具有可预测的子弹飞行性、精度和低的跳弹可能性以外都具有最佳的内部和外部弹道性能。由于锡的密度低于铅的密度,本发明的9mm Luger射弹的重量平均为105格令(6.80克),与之相比,相同结构的常规的铅弹心的9mmLuger子弹的平均重量为147格令(9.53克)。
实例2
用基本上是纯锡的弹心制成0.40 Smith&Wesson(S&W)铜壳软尖射弹,用0.40 S&W SAAMI标准试验枪管对上述子弹进行射击试验。试验结果表明,所有的子弹除了具有可预测的子弹飞行特性、精确性和低的跳弹可能性之外,都具有最佳的内部和外部的弹道性能。由于锡的密度比铅的密度低,本发明的上述0.40 S&W射弹的平均子弹重量为140格令(9.07克),与之相比较,尺寸相同的常规的0.40 S&W射弹的平均子弹重量为180格令(11.66克)。
实例3
用基本上是纯锡的弹心制成图4所示那种9mm Luger铜壳空心尖端射弹。用9mm Luger标准试验枪管发射上述射弹证实所有的子弹除了具有可预测的子弹飞行特性,精确度和低的跳弹可能性之外都具有最佳的内部和外部的弹道性能。本发明的9mm带壳空心尖端射弹的平均重量为104格令(6.74克),与之相比较,常规的标准生产材料的9mmLuger带壳空心尖端射弹的平均重量为147格令(9.53克)。
将10发本发明的子弹装入一种标准的具有Ball Powder发射药的9mm Luger子弹室内,发射药装载的总长度为1.115英寸(2.832cm)±0.010英寸(0.025cm),上述的Ball Powder是Primex技术公司(佛罗里达州,Petersburg街)的商标,而发射药可从0lin公司(伊利诺斯州,East Alton)购得。发射时的射弹速度为1100英尺/秒(335m/s)±20英尺/秒(6m/s)。
按联邦调查局弹药试验规约,将本发明的5发子弹从10英尺(3.05米)距离射入胶块内,子弹的平均速度为1.144英尺/秒(348.7m/s),穿入胶块中的平均深度为11.15英寸(28.3cm)。
另5发子弹射入盖有一层带绒毛的粗斜纹布的胶块,子弹从10英尺(3.05m)的距离发射,平均速度为1.160英尺/秒(353.6m/s),平均穿入深度为11.375英寸(28.9cm)。
与现有标准的铅弹心射弹相比,本发明的子弹无论在速度上还是穿入深度上都是十分令人满意的。其他的性能包括加粗直径和保持重量的性能则与常规的铅弹心射弹相当。
实例4
用基本上是纯锡的弹心制出如实例1所述那种9mm Luger铜壳软尖射弹,将它像实例3那样装在标准的9mm弹盒内,并与美国专利No.5679920所公开的那种9mm Luger锌弹心子弹进行比较。本发明的子弹的平均重量为105格令(6.80克),而锌基子弹的平均重量为100格令(6.48克),当在温度71°F(21℃)下发射时,本发明的子弹的平均速度为1,155~1,245英尺/秒(352~379m/s),而锌基子弹的平均速度为1,226~1,252英尺/秒(374~382m/s)。
评价了子弹的精度,5发子弹分别由3种不同的9mm Luger试验枪管向50码(45.7m)远的目标发射。每种试验重复进行5次,各5发子弹组之间的结果(英寸)十分分散,见表2。本发明的射弹的十分高的精度接近于比赛级。
表2
BBL=9mm Luger试验枪管。
锡弹心9mm带壳软尖弹 | |||||
试验号 | BBL#1 | BBL#2 | BBL#3 | ||
1 | 0.94 (2.39cm) | 1.22 (3.10cm) | 1.02 (2.59cm) | ||
2 | 2.29 (5.82cm) | 1.96 (4.98cm) | 0.59 (1.50cm) | ||
3 | 1.40 (3.56cm) | 0.92 (2.34cm) | 0.87 (2.21cm) | ||
4 | 1.40 (3.56cm) | 1.64 (4.17cm) | 0.72 (1.83cm) | ||
5 | 0.88 (2.24cm) | 0.74 (1.88cm) | 0.84 (2.13cm) | ||
平均值 | 1.38 (3.51cm) | 1.30 (3.30cm) | 0.81 (2.06cm) | ||
锌弹心9mm带壳软尖弹 | |||||
试验号 | BBL#1 | BBL#2 | BBL#3 | ||
1 | 2.41 (6.12cm) | 1.93 (4.90cm) | 0.98 (2.49cm) | ||
2 | 2.34 (5.94cm) | 1.30 (3.30cm) | 1.55 (3.94cm) | ||
3 | 1.30 (3.30cm) | 1. 23 (3.12cm) | 1.72 (4.37cm) | ||
4 | 0.82 (2.08cm) | 1.38 (3.51cm) | 1.06 (2.69cm) | ||
5 | 1.52 (3.86cm) | 1.34 (3.40cm) | 1.41 (3.58cm) | ||
平均值 | 1.68 (4.27cm) | 1.44 (3.66cm) | 1.34 (3.40cm) |
通过向布氏硬度为55~60HB、厚度为1/4英寸的软钢板发射5发基本上为纯锡的弹心的射弹和5发锌弹心射弹来评价跳弹的可能性。目标置于9mm Luger试验枪管之前方50英尺(15.24m)处,偏角为0度。表3列出射弹命中目标的情况。
表3
基本上是纯锡弹心的射弹 | |
子弹号 | 射击后的情况 |
1 | 离钢板10英尺(3.05m)处发现子弹壳;在钢板前方5英尺(2.52m)处发现锡弹心;离钢板约25英尺(7.62m)处发现小的锡碎片。 |
2 | 离钢板11英尺(3.35m)处发现子弹壳;离钢板7英尺(2.13m)处发现锡弹心;小的碎片全部位于离钢板20英尺(6.10m)之内。 |
3 | 离钢板10英尺(3.05m)处发现子弹壳;离钢板9英尺(2.74m)处发现锡弹心;20英尺(6.10m)距离内未发现碎片。 |
4 | 离钢板10.5英尺(3.20m)处发现子弹壳;离钢板10英尺(3.05m)处发现锡弹心;所有碎片都位于离钢板25英尺(7.62m)之内。 |
5 | 离钢板10英尺(3.05m)处发现子弹壳;离钢板12英尺(3.66m)处发现锡弹心;所有碎片都位于离钢板25英尺(7.62m)之内。 |
锌弹心射弹 | |
1 | 离钢板44英尺(13.41m)处发现两块小的锌碎片;离钢板26英尺(7.92m)处发现子弹壳;离钢板20英尺(6.10m)处有许多颗粒。 |
2 | 离钢板18英尺(5.49m)处发现子弹壳;离钢板约40英尺(12.19m)处发现小碎片。 |
3 | 离钢板27英尺(8.23m)处发现子弹壳;离钢板约40英尺(12.19m)处发现小碎片。 |
4 | 未发现子弹壳;离钢板约40英尺(12.19m)处发现小的子弹壳片和锌的颗粒。 |
5 | 未发现子弹壳;离钢板约40英尺(12.19m)处发现小的子弹壳片和锌的颗粒。 |
显然,按照本发明已提出了一种充分满足上面所述的目的、方法和优点的无铅射弹。虽然上面结合实施例说明了本发明,但是,很显然,熟悉本技术的人们根据上面的说明会明白许多的替换方案、改进和改变,因此,上述的所有替换方案、改进和改变都应包含在所附权利要求的精神和广义范围内。
Claims (11)
1.一种无铅射弹(10,30,40,42,44),其特征在于,
一个具有一个构成空气动力学外形的外表面(18)和一个形成至少一个内腔的内表面(14)的金属弹壳(12,46);和
上述的至少一个内腔装填入一种其屈服强度小于20MPa的纯的锡(16)。
2.根据权利要求1的无铅射弹,其特征在于,上述的纯的锡含有的合金化元素的总量不超过0.5%wt,任何一种合金化元素的含量不超过0.25%wt。
3.根据权利要求1的无铅射弹,其特征在于,上述的纯的锡含有的合金化元素的总量不超过0.2%wt,任何一种合金化元素的含量不超过0.1%wt。
4.根据权利要求3的无铅射弹,其特征在于,上述的纯的锡的最高锌含量小于0.005%wt。
5.根据权利要求4的无铅射弹,其特征在于,上述的纯的锡中的含锡量至少为99.85%wt,并含有:≤0.04%wt锑;
≤0.05%wt砷;≤0.030%wt铋;
≤0.001%wt镉;≤0.04%wt铜;
≤0.015%wt铁;≤0.05%wt铅;
≤0.01%wt硫;和≤0.01%wt(镍+钴)。
6.根据权利要求1的无铅射弹,其特征在于,制造上述金属弹壳的材料从铜、铝、铜合金、铝合金和钢中选择。
7.根据权利要求1的无铅射弹,其特征在于,上述的金属弹壳用铜-锌合金制造。
8.根据权利要求1-7中任一项的无铅射弹,其特征在于,上述的射弹可有效地由手枪发射。
9.根据权利要求1-7中任一项的无铅射弹,其特征在于,上述的射弹可有效地由步枪发射。
10.根据权利要求1-7中任一项的无铅射弹,其特征在于,上述金属弹壳内设置一个中央隔板,将其内腔分隔成后腔和前腔,在该后腔和前腔内都装有纯的锡。
11.根据权利要求1-7中任一项的无铅射弹,其特征还在于,在位于上述的纯的锡与弹头部分之间的上述至少一个内腔内设置至少一个杯状的插入件。
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