DE2453881A1

DE2453881A1 - Weiches eisenschrot

Info

Publication number: DE2453881A1
Application number: DE19742453881
Authority: DE
Inventors: Robert Bingham Manning; Ernest Frederick Nippes
Original assignee: Arthur D Little Inc
Current assignee: Arthur D Little Inc
Priority date: 1973-12-13
Filing date: 1974-11-13
Publication date: 1975-06-19
Also published as: FR2254646A1; SE7415597L; IT1024806B

Description

MÜLLER-BORS · GROi=NlNG · DEUFEL SCHÖN - HERTEL

BRAUNSCHWEIG · MÜNCHEN ■ KÖLN

D/S/Bn - L 1026

Dr. W. Müller-Bore · Braunschwelg H. Groening, Dipl.-Itig. · München Dr. P. Deufel, Dipl.-Chem. · München Dr. A. Schön, Dipl.-Chem. · München Werner Hertel, Dipl.-Phys. · Köln

München

13. Nov. 1974

ARTHUR LITTLE, Inc.
25 Acorn Park, Cambridge, Massachusetts, U.S.A.

Weiches Eisenschrot

Die Erfindung betrifft Metallschrot für Schrotgewehrgeschosse und bezieht sich insbesondere auf Eisenschrot mit einem weichen Äußeren, das sich zum Ersatz des in üblicher Weise verwendeten Bleischrots eignet.

Von den Sportartikelherstellern werden seit vielen Jahren Schrotgewehrgeschosse hergestellt, die Bleischrot enthalten. Es wurde jedoch gefunden, daß verbrauchtes Bleischrot toxisch gegenüber Wasservögeln sein kann, da eine zufällige Aufnähme "von Bleikügelchen, die auf dem Boden von seichten Gewässern, Teichen sowie Wasserwegen liegen, durch derartige Vögel bewirken kann, daß diese erheblich gelähmt werden. In einigen Staaten werden daher bereits Gesetze diskutiert, welche die Verwendung von Schrotgewehrgeschossen, die Bleischrot enthalten, verbieten.

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Da aufgenommenes Eisen für Wasservögel nicht giftig ist, scheint der Ersatz des Bleischrotes durch Eisenschrot eine Lösung des vorstehend geschilderten Problems zu sein. Es ist bekannt, Schrot aus anderen Metallen, wie Eisen, Stahl, Aluminium etc. herzustellen (vgl. die US-PS 3 204 320). Damit jedoch Eisenschrot mit Bleischrot als Munition konkurrieren kann, muß es aus billigen Eisenchargen hergestellt werden, die solche Prozentmengen an Kohlenstoff enthalten, daß das Schrot eine mäßig harte Oberfläche besitzt. Eine derartige Härte der Oberfläche von Eisenschrot ist jedoch nicht annehmbar, da ein derartiges Schrot einen übermäßigen Abrieb bei den aus Stahl bestehenden Schrotgewehrlaufen verursachen würde. Infolge der Anforderungen bezüglich des Abriebes ist daher nur ein an der Oberfläche sehr weiches Eisen annehmbar. Das Sporting Arms und Ammunition Manufacturers Institute hat festgelegt, daß Metallschrot für Schrotgewehrgeschosse eine Oberflächenhärte nach der Verarbeitung und der Wärmebehandlung besitzen sollte, die folgenden Kriterien entspricht: Diamond PyramideHärte (10 kg Belastung) von 65 oder eine Knoop Härte (500 g) von 76. Härten, die unterhalb dieser Werte liegen, sind annehmbar, da die angegebenen Werte im wesentlichen die maximalen Härten darstellen. Da Eisen, das zur Herstellung von Schrot geeignet ist, eine Oberflächenhärte besitzt, die oberhalb dieser Werte liegt, ist der Ersatz von Bleischrot durch nicht-behandeltes Eisenschrot nicht möglich. Es besteht daher ein Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung von Eisenschrot, bei dessen Durchführung diese Anforderungen bezüglich der Oberflächenhärte erfüllt werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Eisenschrot mit einer Härte, welche die Verwendung von Eisenschrot als Schrotgewehrmunition ermöglicht, ohne daß dabei ein übermäßiger Abrieb des Schrotgewehrlaufes, in welchem das Schrot abgefeuert wird, erzeugt wird. Ferner sollte erfindungsgemäß ein Eisenschrot geschaffen werden, das als Schrotgewehrmunition geeignet ist und eine Oberflächenhärte besitzt, deren Grad einen direkten Ersatz des in üblicher Weise verwendeten Bleischrots ermöglicht.

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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, Eisenschrot nach irgendeiner bekannten Methode herzustellen und anschließend die Oberfläche des Schrots zur Entfernung von im wesentlichen des ganzen Kohlenstoffs bis zu einer Tiefe von wenigstens 0,025 mm (0,001 inch) unterhalb der Oberfläche zu entkohlen, wobei gegebenenfalls die Entkohlung bis zu einer Tiefe von ungefähr 0,5 ram (0,02 inch) unterhalb der Oberfläche durchgeführt wird, um ein Eisenschrot mit einer Oberflächenhärte von nicht mehr als 65, ausgedrückt als Diamond Pyramide Härte (10 kg Belastung), oder 76, ausgedrückt als Knoop Härte (500 g Belastung und darüber), zu erzeugen. Gegebenenfalls ist es möglich, im wesentlichen den ganzen Kohlenstoff aus allen Schrotkügelchen zu entfernen.

Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert, wobei auf die beigefügten Fig. 1 und 2 Bezug genommen wird, welche ■ Mikrophotographien von zwei verschiedenen Abschnitten von Eisenschrotkügelchen sind, die erfindungsgemäß hergestellt worden sind.

Verfahren zur Herstellung von Metallschrot sind bekannt (vgl. beispielsweise die US-PS 2 758 360, 2 816 466 und 3 204 320). Die Überführung von Eisen in eine kugelförmige Gestalt mit einer Größe und einem Rundungsgrad, wie er für eine Schrotgewehrmunition erforderlich ist, ist nicht Teil der Erfindung.

Eisen, das sich zur Durchführung der Erfindung eignet, kann im allgemeinen als kohlenstoffarmer Stahl definiert werden. Sogenanntes Armco-Eisen is ebenfalls geeignet. Insbesondere eignet sich ein Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen ungefähr 0,005 und ungefähr 0,25 Gewichtsprozent zur Herstellung von weichem Eisenschrot bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Stähle mit höherem Kohlenstoffgehalt können ebenfalls verwendet werden, dabei ist jedoch die Entfernung von weiterem Kohlenstoff von der Oberfläche während des Verfahrens notwendig.

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Die Entkohlung des Schrots kann oberhalb eines Temperaturbereichs von ungefähr 593 bis 982°C (1100 bis 1800°F) während einer solchen Zeitspanne durchgeführt werden, die dazu erforderlich ist, die gewünschte Dicke der entkohlten v/eichen Oberflächenschicht zu erzielen. Die Entkohlung des Schrots muß in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt werden, die so viel Wasserdampf enthält, daß ein Taupunktbereich zwischen ungefähr 21 und 49°c (70 und 120°F) oder sogar darüber eingestellt wird. Die reduzierende Atmosphäre kann neben dem erforderlichen Wasserdampf aus reinem Viasserstoff, aus Mischungen aus Wasserstoff und Stickstoff, wobei der Wasserstoffgehalt wenigstens 5 Volumen-% beträgt, oder aus anderen reduzierenden Atmosphären, wie beispielsweise den DEOX-Typen, bestehen, die ungefähr 15 % Viasserstoff, 10 % Kohlenmonoxyd, 5 % Kohlendioxyd sowie zum Rest Stickstoff enthalten. Da die chemische Grundreaktion, welche die Entkohlung bedingt, wie folgt wiedergegeben werden kann

C + H₂O ^ CO + H_{2 f}

ist ersichtlich, daß die Atmosphäre aus jeder Kombination bestehen kann, die bei einer jeweiligen Temperatur die Durchführung dieser Reaktion an der Eisenschrotoberfläche ermöglicht.

Die Entkohlung des Schrots kann in der Weise durchgeführt v/erden, daß das Schrot der erforderlichen reduzierenden Atmosphäre innerhalb des angegebenen Temperaturbereichs ausgenützt wird, wobei man zur Durchführung des Verfahrens einen Ofen mit einem sich bewegenden Bett, einen entsprechend ausgestalteten Ofen, ein Fließbett oder eine andere entsprechende im Handel erhältliche Anlage verwenden kann. Die Entkohlung des Stahlbleches als Vorbehandlungsstufe beim Emaillieren ist bekannt (vgl. beispielsweise J.A. Bauscher and J.K. Magor "Open Coil Annealing: Commercial Application and Current Developments" Recent Development in Annealing", eine Monographie, die Diskussionen einer Konferenz enthält, die im Jahre 1963 anläßlich des Annual General Meeting of the Iron and Steel Institute, London, England, durchgeführt worden ist. Diese Behandlung wird jedoch durchgeführt, um Email-

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defekte infolge von Wasserstoff auf einem Minimum zu halten, der in dem Eisen während des Emaillierens gelöst wird und anschließend an die Grenzfläche Stahl/Email diffundiert.

Um die erforderliche weiche Oberfläche des Eisenschrots gemäß vorliegender Erfindung zu erzielen, ist es erforderlich, daß sich die entkohlte Schicht bis zu einer Tiefe von wenigstens 0,025 mm (0,001 inch) unterhalb der Oberfläche erstreckt, d.h., daß diese Schicht eine Dicke von wenigstens 0,025 mm (0,001 inch) besitzen sollte. Sie kann natürlich um einige Größenordnungen dicker als diese Schicht sein, beispielsweise eine Dicke von 0,51 mm (0,02 inch) oder darüber besitzen. Schrot für eine Schrotgewehrmunition kann einen Durchmesser zwischen ungefähr 1,27 und 6,35 mm (0,05 bis 0,25 inch) besitzen. Es existiert jedoch keine direkte Beziehung zwischen der Dicke der entkohlten Schicht und dem Durchmesser des Schrots. Im allgemeinen ist es jedoch vorzuziehen, wenn Schrot mit größerem Durchmesser etwas tiefer gehende entkohlte Oberflächenschichten aufweist.

Anschließend an die Oberflächenschichtbehandlüng kann das entkohlte Eisenschrot behandelt werden, um es mit Graphit oder mit einem Wachs zu überziehen, wobei man auf bekannte Methoden zurückgreifen kann, beispielsweise durch eine Behandlung in einer sich drehenden Trommel mit einer Graphitaufschlämmung oder mit einer Lösung des Wachses.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Schrot (Standard Nr. 4) mit einem Durchmesser von 3,3 mm wird aus AISI 1008 Stahl (Analysenwert: maximal 0,1 % C, 0,25 bis 0,50 % Mn, maximal 0,04 % P und maximal 0,05 % S) unter Anwendung eines Kugelerzeugungsverfahrens hergestellt. Diese Schrotpellets werden in einem Röhrenofen bei einer Temperatur von 760⁰C während einer Zeitspanne von 15 Minuten in einer Wasserstoffatmosphäre mit einem Taupunkt von 40°C behandelt. Die Mikrophotographie eines Teils eines typischen Abschnitts eines entkohlten Schrotkorns, das auf diese Weise hergestellt worden ist, wird durch Fig. 1 wiedergegeben,. Die Vergrößerung

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ist hundertfach. Die Schrotkugeloberfläche ist mit Picral (technische Bezeichnung für Lösung von Pikrinsäure· in- Alkohol) angeätzt. Dieses Schrot besitzt eine v/eiche entkohlte Schicht, die ' eine Dicke von ungefähr 0,029 ram besitzt. Die Knoophärte (100 g) bei 0,038 mm beträgt 57 (50 korrigiert auf 150 g Belastung) und bei 0,089 mm '67 (60 korrigiert auf 5G8 g Belastung). Diese Härtewerte liegen unterhalb 76, so daß den vorstehend definierten Härteanforderungen für weiches Eisenschrot genügt wird.

Bei der Durchführung eines anderen Beispiels werden Schrotkügelchen (Standard Nr. 4) aus AISI 1008 Stahl in einem Röhrenofen bei einer Temperatur von 773 C während einer Zeitspanne von 30 Minuten in einer Wasserstoffatmosphäre mit einem Taupunkt von 40°C behandelt. Dieses Schrot besitzt eine weiche entkohlte Schicht mit einer Dicke· von ungefähr 0,381 mm. Eine Mikrophotographie eines Teils eines Abschnitts eines auf diese Weise hergestellten entkohlten Schrotkornes wird durch die Fig. 2 wiedergegeben. Es wird in diesem Falle eine etwas längere Ätzzeit als im Falle der Schrotkugel gemäß der Fig. 1 angewendet, so daß die Struktur gemäß Fig. 2 etwas deutlicher ist.

Zur Durchführung eines anderen Beispiels werden Schrotkugeln (Standard Nr. 4) aus AISI 1008 Stahl in einem Röhrenofen bei einer Temperatur von 760⁰C während einer Zeitspanne von 15 Minuten in einer Atmosphäre aus 25 % Wasserstoff und 75 % Stickstoff mit einem Taupunkt von 38°C behandelt. Dieses Schrot besitzt eine weiche entkohlte Schicht mit einer Dicke von ungefähr 0,127 mm. Die Knoophärte der Schrotoberfläche, umgerechnet auf 500 g Belastung, liegt unterhalb 76, so daß den vorstehend angegebenen Härteerfordernissen für Weicheisenschrot genügt wird.

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Claims

Patentansprüche

1.) Weiches Eisenschrot, das zur Herstellung einer Schrotgewehrmunition geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß es eine entkohlte Oberflächenschicht aufweist.

2. Schrot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entkohlte Oberflächenschicht eine Tiefe von wenigstens 0,025 ram (0,001 inch) besitzt und eine Knoophärte, korrigiert auf eine 500 g Belastung, von nicht mehr als 76 aufweist.

3. Schrot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Eisen erhältlich ist, das vor dem Entkohlen einen Kohlenstoffgehalt zwischen ungefähr 0,005 und 0,25 Gew.-% aufweist.

4. Verfahren zur Herstellung eines weichen Eisenschrots, das zur Herstellung von Schrotgewehrmunition geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche von Eisenschrot zur Herabsetzung der Härte der Oberfläche entkohlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die

- Knoophärte der Oberfläche, korrigiert auf eine 500 g Belastung, auf einen Wert von nicht mehr als 76 eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß die Entkohlungsstufe unter Ausbildung einer entkohlten Oberflächenschicht durchgeführt wird, die eine Dicke von wenigstens 0,025 mm (0,001 inch) besitzt.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkohlungsstufe bei einer Temperatur zwischen ungefähr 593 und 982°C (1100 und 1800°F) in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt wird, in welcher so viel Wasser-

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dampf vorliegt, daß ein Taupunkt von wenigstens 21⁰C {70 F) erhalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete reduziernde Atmosphäre aus Wasserstoff besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete reduzierende Atmosphäre aus einer Mischung aus Wasserstoff und Stickstoff besteht.

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