ES2230670T3

ES2230670T3 - Proyectil exento de plomo formado por enlace de fase liquida.

Info

Publication number: ES2230670T3
Application number: ES98902435T
Authority: ES
Inventors: Peter W. Robinson; Brian Mravic; Derek E. Tyler
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1998-01-15
Publication date: 2005-05-01
Anticipated expiration: 2018-01-15
Also published as: EP0953139B1; IL130946A; EP0953139A1; US5950064A; EP0953139A4; DE69828262T2; AU5910298A; IL130946A0; WO1998031981A1; DE69828262D1

Abstract

SE PROPORCIONA UN PROYECTIL SIN PLOMO (10), COMO UNA BALA O UN PROYECTIL BALISTICO, FORMADO POR SINTERIZACION O FIJACION EN FASE LIQUIDA DE UN PRIMER MATERIAL EN PARTICULAS (12) CON UNA DENSIDAD SUPERIOR A LA DEL PLOMO, UN SEGUNDO MATERIAL EN PARTICULAS DUCTIL (14) CON UNA TEMPERATURA DE FUSION SUPERIOR A LOS 400 C Y UN FIJADOR (16) CON UNA TEMPERATURA DE FLUIDEZ INFERIOR A LA TEMPERATURA DE FUSION DEL SEGUNDO MATERIAL EN PARTICULAS (14). CONTRARIAMENTE A LA SINTERIZACION EN FASE SOLIDA QUE TIENDE A PRODUCIR ARTICULOS CON UNA POROSIDAD DEL APROXIMADAMENTE EL 20% DEL VOLUMEN, LA SINTERIZACION Y LA FIJACION EN FASE LIQUIDA LOGRAN UNA POROSIDAD DE CASI EL 0%. LA REDUCCION DEL GRADO DE POROSIDAD DISMINUYE LA CANTIDAD NECESARIA DEL PRIMER MATERIAL EN PARTICULAS (12) DE ALTA DENSIDAD PARA OBTENER UNA DENSIDAD CERCANA A LA DEL PLOMO. UNA COMPOSICION ADECUADA PARA EL PROYECTIL ES LA DE FERROTUNGSTENO-HIERRO-ZINC.

Description

Proyectil exento de plomo formado por enlace de fase líquida.

Esta invención se refiere a proyectiles exentos de plomo, tales como proyectiles balísticos. Más particularmente, a proyectiles que tienen una densidad aproximada a la del plomo formados por la sinterización de una fase líquida o el enlace de una fase liquida.

El plomo es el material histórico elegido para proyectiles tales como balas y proyectiles balísticos. El plomo es un material muy denso que tiene una densidad a la temperatura ambiente de 11,35 gramos por centímetro cúbico, donde la temperatura ambiente es nominalmente de 20ºC. La alta densidad permite que proyectiles basados en el plomo mantengan una mayor energía cinética y un modelo de trayectoria más preciso a lo largo de mayores distancias que materiales menos densos.

El plomo es un material medioambientalmente indeseable, particularmente cuando el proyectil se dispara sobre zonas acuáticas y tierras húmedas. Existe una necesidad de un proyectil que esté exento de plomo y sea medioambientalmente aceptable.

Una bala exenta de plomo combina un material con una densidad mayor que la del plomo con un segundo material, de menor densidad, en una proporción eficaz para lograr una densidad que se aproxima a la del plomo. La Patente de EE.UU. Nº 5.399.187, de Mravic y otros, describe una mezcla sinterizada de polvos que tiene un componente de alta densidad seleccionado del grupo formado por el tungsteno, carburo de tungsteno y ferrotungsteno y un componente más dúctil, de menor densidad, seleccionado del grupo formado por el estaño, bismuto, cinc, hierro, aluminio y cobre, cuya descripción está de acuerdo con las características del preámbulo de las reivindicaciones 1 y 13. Los polvos se mezclan juntos, se configuran de una forma deseada, se compactan y sinterizan.

La sinterización de fase sólida, como es definida por la "American Society for Metals" (Sociedad Americana para Metales), implica el enlace de superficies adyacentes en una masa de partículas por atracción molecular o atómica al ser calentada a altas temperaturas por debajo de la temperatura de fusión de cualquier constituyente en el material. No importa lo grande que sea la presión de compactación que se aplique ni lo largo que sea el tiempo de sinterización, es difícil cuando el tungsteno o el ferrotungsteno es un constituyente de la mezcla de polvos, lograr el 100% de la densidad teórica por sinterización. Un volumen significativo, del orden del 20%, en volumen, de la masa compactada son huecos o porosidad, reduciendo de ese modo la densidad del proyectil sinteriza-
do.

Un modo de lograr el 100% de la densidad teórica consiste en formar una aleación fundida homogénea de un metal de mayor densidad y un metal de menor densidad. La Patente de EE.UU. Nº 5.264.022, de Haygarth y otros, describe una mezcla de hierro y del 30%-45%, en peso, de tungsteno, que es calentada a una temperatura comprendida entre 1650ºC y 1700ºC. La aleación fundida se vierte entonces en una torre de balas. Aunque es eficaz para generar un proyectil que tenga el 100% de la densidad teórica, la energía requerida para calentar la aleación de tungsteno y hierro hasta alcanzar el punto de fusión es prohibitiva.

Otra solución es suspender las partículas densas, que típicamente tienen una temperatura de fusión muy alta, en un baño fundido de un metal o aleación metálica de inferior temperatura de fusión. La Patente de EE.UU. Nº 4.881.465, de Hooper y otros, describe un proyectil formado suspendiendo partículas de hierro y ferrotungsteno, en un baño fundido de una aleación de plomo, estaño y antimonio de una baja temperatura de fusión (inferior a 300ºC). Aproximadamente del 25% al 50%, en peso, de la mezcla es la aleación de baja temperatura de
fusión.

La Patente de EE.UU. Nº 5.189.252, de Huffman y otros, describe un proyectil formado suspendiendo partículas densas, tales como de tungsteno o uranio agotado, en un baño de metal líquido que es típicamente estaño.

La Patente de EE.UU. Nº 5.279.787, de Oltrogge, describe un proyectil formado suspendiendo unas partículas densas, tales como de tungsteno o tántalo, en un baño de metal líquido que es estaño, bismuto o una aleación tal como de bismuto y estaño, bismuto y antimonio, bismuto y cinc, y estaño y cinc. De alrededor del 11% a más del 60%, en peso, del proyectil es el constituyente de punto de fusión inferior. La patente de Oltrogge describe un crisol de contracorriente para formar la suspensión fundida porque las partículas densas sedimentan en el baño fundido y tienden a formar proyectiles con una distribución de la densidad anisotrópica. Si el proyectil carece de una densidad uniforme, el resultado es un comportamiento imprevisible y unos modelos de proyectil irregulares.

También se sabe suspender partículas densas, tales como de tungsteno en una matriz polímera, tal como polietileno o caucho de silicona como se describe en la Patente de EE.UU. Nº 4.949.645, de Hayward y otros.

Existe, por lo tanto, una necesidad de balas exentas de plomo y de un método para fabricarlas que no tenga los problemas de fabricación de la técnica anterior.

El objeto principal de la invención es proporcionar un proyectil exento de plomo que tenga porosidad reducida en comparación con proyectiles sinterizados. Una característica de la invención radica en que la reducida porosidad sea lograda por medio de una sinterización de fase líquida o un enlace de fase líquida. Manteniendo el constituyente del proyectil que forma la fase líquida en menos del 10%, en peso, se evitan la sedimentación del constituyente denso y una distribución de la densidad anisotrópica.

Una ventaja de la invención radica en que proyectiles exentos de plomo, tales como balas y proyectiles balísticos, se fabrican con una densidad similar a la del plomo. Los proyectiles tienen reducida porosidad, una porosidad que se aproxima al 0% en volumen, cuando es comparada con la de proyectiles sinterizados. La reducida porosidad permite la inclusión de una mayor proporción de un constituyente dúctil en el proyectil, que incrementa tanto la maleabilidad durante la fabricación como la deformabilidad al impactar con un blanco. Una ventaja más de la reducida porosidad es que la cantidad requerida de constituyente denso se reduce. Puesto que el constituyente denso tiende a ser más costoso, esto reduce el coste del proyectil.

Otro objeto de la invención es proporcionar un método para la fabricación de proyectiles. Una característica de la invención es que una preforma del proyectil se configura mediante un procedimiento por tandas o continuo y luego se configura mecánicamente en la forma deseada. Otra característica de la invención es que el procedimiento emplea una sinterización de fase líquida que utiliza un volumen limitado de una fase líquida.

Una ventaja de la invención consiste en que estos procedimientos logran una dispersión homogénea de partículas y la densidad de los proyectiles permanece razonablemente constante. Una ventaja de la densidad uniforme de un proyectil con respecto al siguiente es que se logra un comportamiento más uniforme cuando se disparan los proyec-
tiles.

De acuerdo con la invención, se proporciona un proyectil para ser descargado desde un arma como se reivindica en la reivindicación 1, y un método para la fabricación de tal proyectil como se reivindica de la reivindicación 13. Las realizaciones preferidas se reivindican en las respectivas reivindicaciones dependientes. Un proyectil de la invención comprende una masa integral de partículas que tiene una forma deseada y una densidad que supera 9,8 g/cm^{3}. La masa integral contiene un primer componente en forma de partículas que tiene una densidad a la temperatura ambiente de 10 g/cm^{3}, un segundo componente en forma de partículas que tiene una temperatura de fusión que supera 400ºC, y un ligante. El ligante se dispone entre y ligando a los componentes primero y segundo en forma de partículas. El ligante es un tercer componente que tiene una temperatura de fluidez que es menor que la temperatura de fusión de ambos componentes primero y segundo. Por temperatura de fluidez, se ha de entender la temperatura por encima de la cual el tercer componente es suficientemente fluido para circular fácilmente entre los componentes primero y segundo. El tercer componente es un metal y por lo tanto la temperatura de fluidez es igual a la temperatura a la que pasa al estado líquido. Preferiblemente, la viscosidad del fluido, a una temperatura de tratamiento deseada, es menor que alrededor de 10 centipoises. Este tercer componente está presente en una cantidad eficaz para ligar el primer y el segundo componentes, pero menor que el 10% en peso, de la masa
integral.

Una primera realización del método para la fabricación del proyectil incluye las operaciones de mezclar unas primeras partículas, unas segundas partículas y unas terceras partículas, donde las primeras partículas tienen una densidad a la temperatura ambiente superior a 10 g/cm^{3}, las segundas partículas tienen una temperatura de fusión superior a 400ºC y las terceras partículas, que son de un metal, tienen una temperatura de fluidez, temperatura en estado líquido, menor que la temperatura de fusión de ambas, las primeras y segundas partículas. El tercer componente está presente en una cantidad eficaz para ligar las primeras y segundas partículas, pero inferior al 10% en peso, de la mezcla. La mezcla se compacta entonces en un molde de una forma deseada y entonces de caliente a una temperatura superior a la temperatura de fluidez de las terceras partículas, pero inferior a la temperatura de fusión de las segundas partículas, durante un tiempo suficiente para densificar y consolidar la mezcla en una preforma. Esta preforma se mecaniza entonces dándole una forma de proyectil deseada.

Una segunda realización del método de fabricación incluye la misma operación de mezclado, pero la mezcla se suministra entonces a una primera cámara que tiene un primer pasaje pasante con una sección transversal de una primera área y un extremo delantero abierto. La mezcla es extruida entonces de un modo continuo a través del extremo delantero abierto en una segunda cámara que tiene un segundo pasaje pasante con una sección transversal de una segunda área, siendo la segunda área de la sección transversal menor que la primer área de la sección transversal. La mezcla se calienta entonces a una temperatura superior a la temperatura de fluidez de las terceras partículas, pero inferior a la temperatura de fusión de las segundas partículas durante un periodo de tiempo eficaz para densificar y consolidar la mezcla en una barra. Esta barra se configura mecánicamente entonces en forma de proyec-
til.

Los objetos, características y ventajas especificados anteriormente resultarán evidentes a partir de la descripción y los dibujos siguientes:

la figura 1 muestra una representación en sección transversal de un proyectil balístico formado de acuerdo con la invención;

la figura 2 es un diagrama de bloques de un primer método para la fabricación de los proyectiles de la inven-
ción;

la figura 3 es un diagrama de bloques de un segundo método para la fabricación de los proyectiles de la inven-
ción;

la figura 4 es una representación en sección transversal de un aparato para la fabricación de proyectiles de acuerdo con el método ilustrado en la figura 3;

la figura 5 es una representación en sección transversal de una porción de la cámara del aparato de la figura 4;

la figura 6 ilustra en una vista plana delantera un troquel de corte para el aparato ilustrado en la figura 4;

las figuras 7 y 8 ilustran gráficamente una ventaja del método de la invención cuando un constituyente de las partículas es ferrotungsteno; y

las figuras 9 y 10 ilustran gráficamente una ventaja del método de la invención cuando un constituyente de las partículas es tungsteno.

El método de la invención es adecuado para la fabricación de cualquier proyectil que haya de ser descargado desde un arma. El proyectil está destinado a tener una densidad que sea al menos alrededor de igual a, o mayor que, 9,8 g/cm^{3}, la densidad del bismuto, y típicamente la densidad del plomo es de alrededor de 11,35 g/cm^{3}. En una realización, la densidad es mayor que la del plomo para mejorar la potencia de detención. En esta realización, la densidad está comprendida entre 12 g/cm^{3} y 14 g/cm^{3}.

Preferiblemente, los proyectiles de la invención tienen una densidad comprendida entre 10 g/cm^{3} y 13 g/cm^{3}, y con la máxima preferencia, la densidad está comprendida entre 11 g/cm^{3} y 13 g/cm^{3}, siendo todas las densidades a la temperatura ambiente. Los proyectiles típicos incluyen proyectiles balísticos, balas, barras penetradoras y
flechas.

La figura 1 ilustra en una representación de la sección transversal un proyectil balístico 10 configurado de acuerdo con la presente invención. El proyectil balístico 10 es una masa integral de partículas suficientemente ligadas entre sí para que se comporten como un dispositivo único. Aunque el proyectil balístico se deformará y puede fracturarse al chocar con un blanco, el proyectil balístico puede deformarse, pero permanece intacto cuando se descarga desde el arma.

El proyectil balístico 10 contiene unas primeras partículas 12 que tienen una densidad mayor de 10 g/cm^{3}. Materiales adecuados para las primeras partículas incluyen el ferrotungsteno, el carburo de tungsteno, el tungsteno y otras aleaciones de tungsteno. Otros materiales adecuados para las primeras partículas incluyen el tántalo, el uranio agotado, el molibdeno y aleaciones de los mismos. Materiales compuestos materialmente de estos metales, tales como óxidos, carburos y sulfuros pueden ser también usados.

El ferrotungsteno (típicamente 70%-80%, en peso, de tungsteno y el resto hierro) y otras aleaciones de hierro y tungsteno son las más preferidas debido a un coste relativamente bajo cuando son comparadas con aleaciones de metales y tungsteno y otras basadas en el tungsteno. El ferrotungsteno es también ferromagnético, facilitando la limpieza con electroimanes.

Dispersadas entre las primeras partículas 12 están unas segundas partículas 14 que tiene una temperatura de fusión que excede alrededor de 400ºC y preferiblemente excede alrededor de 500ºC, y es dúctil. Dúctil significa que a la temperatura ambiente las segundas partículas pueden ser deformadas (alargadas o comprimidas) sometidas a esfuerzos tensores o compresores más de un 20% en longitud, sin fracturarse. Materiales adecuados para las segundas partículas incluyen cinc, hierro, cobre y aleaciones de los mismos. Cuanto mayor sea la proporción de constituyentes dúctiles en el proyectil, menos probable será que el proyectil se fracture durante la descarga desde un arma y más probable será que el proyectil se deforme al chocar con un blanco. La deformación en el impacto con un blanco es conveniente para dispersar la energía cinética del proyectil y para evitar la penetración en un chaleco a prueba de balas. Preferiblemente, el proyectil incluye al menos un 40%, en peso, de componentes dúcti-
les.

Un ligante 16 está dispuesto entre, y ligando, las primeras partículas 12 y las segundas partículas 14. El ligante 16 es un tercer componente o una aleación de ese tercer componente y al menos uno cualquiera del componente de primeras partículas y el componente de segundas partículas. El tercer componente es un metal. "Metal" en el sentido de la presente invención ha de entenderse que incluye aleaciones metálicas.

El metal o la aleación metálica tiene una temperatura en estado líquido menor que la temperatura de fusión de cualquiera los componentes primero o segundo. Probablemente, la temperatura del tercer componente en estado líquido es menor de 500ºC. Terceros componente preferidos incluyen el estaño, el cinc, el bismuto, el antimonio o una aleación de los mismos.

Para minimizar la sedimentación de las primeras partículas 12 y las segunda partículas 14 en el tercer componente, cuando el tercer componente está en un estado líquido, el tercer componente está presente en una cantidad menor del 10%, en peso, de la masa integral. No obstante, una cantidad suficiente de tercer componente debe estar presente para ligar los componentes primero y segundo. Típicamente, el tercer componente está presente en una cantidad del 3% al 7%, en peso. Cuando esta en estado líquido, el tercer componente rodea y fija mecánicamente las primeras partículas 12 y las segundas partículas 14. Preferiblemente, cuando el tercer componente está en estado líquido reacciona químicamente con uno cualquiera del primer componente 12, el segundo componente 14 o con capas de óxido sobre los mismos para formar una aleación o un enlace químico entre ambos.

Como un ejemplo, el cinc se funde a 420ºC y debe disolver una porción de hierro de las partículas para formar una aleación compuesta intermetálica con el hierro que entonces se resolidificará.

Si una porción del ligante 16 permanece líquida a la temperatura de tratamiento, entonces el tratamiento es denominado una sinterización de fase líquida. Si todo el ligante tiene una temperatura de fusión superior a la temperatura de tratamiento y nada del ligante permanece fundido a la temperatura de tratamiento, entonces el tratamiento es denominado una sinterización de fase líquida transitoria. La "sinterización de fase líquida" como se reivindica en la presente invención incluye la sinterización de fase líquida transitoria.

La Tabla 1 ilustra una ventaja de la sinterización de fase líquida con cerca del volumen 0% de porosidad en comparación con la sinterización de fase sólida que típicamente tiene alrededor del 20% en volumen de porosidad. El porcentaje en peso de las primeras partículas, FeW o W, requerido para lograr una densidad igual a la del plomo se reduce de alrededor del 75% a alrededor del 50%. Puesto que las primeras partículas tienden a ser el constituyente más caro del proyectil, esta reducción constituye un ahorro significativo en el coste.

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(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 1 Composición para lograr la misma densidad que el plomo

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1

De la Tabla 1, las siguientes son las composiciones preferidas, en porcentajes en peso, cuando el proyectil ha de tener una densidad similar a la del plomo:

- ferrotungsteno alrededor de 45% a 70%

cobre alrededor de 35% a 50%; y

el equilibrio de un tercer componente eficaz como un ligante seleccionado del grupo compuesto de estaño, cinc, bismuto y aleaciones de los mismos.

- ferrotungsteno alrededor de 55% a 70%

cobre alrededor de 30% a 45%; y

- Tungsteno alrededor de 39% a 55%

cobre alrededor de 44% a 57%; y

- Tungsteno alrededor de 50% a 64%

hierro alrededor de 35% a 45%; y

Una primera realización del método para la fabricación de los proyectiles se ilustra en el diagrama de bloques de la figura 2. Una grupo de partículas de primer componente, segundo componente y tercer componente se mezclan 18 juntas para formar una mezcla homogénea. Típicamente, las primeras partículas tendrán una longitud axial máxima comprendida entre alrededor de 1 y 1000 micrómetros y preferiblemente entre alrededor de 3 y 500 micrómetros. Las segundas partículas tendrán una longitud axial máxima comprendida entre alrededor de 1 y 500 micrómetros y preferiblemente entre alrededor de 20 y 200 micrómetros y las terceras partículas tendrán una longitud axial máxima comprendida entre alrededor de 1 y 500 micrómetros y preferiblemente entre alrededor de 20 y 200 micrómetros.

La mezcla homogénea se compacta 20 entonces en un molde de una forma deseada. El molde puede tener la forma del proyectil, tal como una bala de forma ojival, una barra penetradora o un proyectil balístico esférico. Alternativamente, el molde tiene la forma de una preforma intermedia tal como un tocho cilíndrico.

La mezcla compactada se calienta 22 entonces a una temperatura mayor que la temperatura en estado líquido fluido de las terceras partículas, pero menor que la temperatura de fusión de las segundas partículas. Terceros componentes metálicos típicos y sus temperaturas de fusión son:

Estaño	232ºC
Cinc	420ºC
Bismuto	271ºC

Típicas temperaturas de fusión para las segundas partículas son:

Cobre	1085ºC
Hierro	1538ºC

Una temperatura comprendida entre alrededor de 300ºC y 500ºC es eficaz para calentar en la operación 22 cuando el tercer componente es estaño o bismuto. Un margen de temperaturas de alrededor de 450ºC a 600ºC es eficaz cuando el tercer componente es cinc.

La mezcla es mantenida a esa temperatura durante un periodo de tiempo eficaz para densificar y consolidar la mezcla en una preforma. Para sinterizar la fase líquida transitoria, este es un periodo de tiempo eficaz para que todo el tercer componente se alee con el primer o el segundo componente y solidifique. Para la sinterización de fase líquida o enlace, este es un periodo de tiempo eficaz para que el tercer componente fundido rodee y, si es aplicable, reaccione químicamente con el primer y el segundo componentes. Típicamente, este periodo de tiempo es del orden de alrededor de 0,1 a alrededor de 10 minutos.

La mezcla densificada es enfriada entonces y la preforma configurada 24 con la forma acabada de un proyectil. Si el molde tiene una forma deseada aproximada a la forma del proyectil, casi la forma neta, la operación de configuración puede requerir poco más que el pulido químico o mecánico para eliminar rebabas residuales y el redondeo de las esquinas afiladas. Si el molde configura una preforma intermedia, tal como una barra, la preforma es entonces cortada en piezas de una longitud deseada que son mecánicamente configuradas en forma de proyectiles. Por ejemplo, la barra es típicamente dividida en componentes cilíndricos que son deformados mecánicamente, tal como por estampación, en proyectiles balísticos esféricos.

En vez del procedimiento por lotes ilustrado en la figura 2, puede ser también usado un procedimiento continuo, como se ilustra en el diagrama de bloques en la figura 3. Las primeras partículas, las segundas partículas y las terceras partículas son mezcladas 18 juntas como se ha descrito anteriormente. La mezcla es suministrada entonces 26 a una primera cámara que tiene un primer pasaje pasante con una sección transversal de una primera área y un extremo delantero abierto. La mezcla es extruida 28 de modo continuo a través del extremo delantero abierto en una segunda cámara que tiene un segundo pasaje pasante con una sección transversal de una segunda área. La segunda área de la sección transversal es menor que la primer área de la sección transversal, siendo preferiblemente la reducción de alrededor del 20% al 80%, y con la máxima preferencia de alrededor del 40% al 60% del área. Esta reducción en el área de la sección transversal consolida eficazmente la mezcla de polvos.

En la segunda cámara, la mezcla es calentada 22 a una temperatura eficaz para hacer fluidas las terceras partículas, pero por debajo de la temperatura de fusión de cualquiera de las primeras o segundas partículas. La longitud de la segunda cámara es la necesaria para mantener la mezcla a una elevada temperatura durante un tiempo eficaz para densificar y consolidar la mezcla en forma de barra. Preferiblemente, este tiempo es de alrededor de 1 a alrededor de 15 segundos.

Si se utiliza la sinterización de fase líquida transitoria, la barra se corta entonces en preformas de un tamaño deseado y se configuran 24 entonces mecánicamente en forma de proyectiles. Si se emplea la sinterización de fase líquida o enlace, se interpone una operación 30 de enfriamiento entre la operación 22 de calentamiento y la operación 24 de configuración para garantizar que la barra se ha consolidado en una masa integral.

La figura 4 ilustra, representando la sección transversal, un aparato 40 para fabricar la barra utilizada en el procedimiento continuo ilustrado en la figura 3. El aparato 40 tiene una tolva 42 de polvos para introducir la masa mezclada de partículas en la primera cámara 44. Cuando se mira a lo largo del eje longitudinal 46, la primera cámara 44 tiene un pasaje pasante de una primera área 48 de la sección transversal. Aunque una primera área de la sección transversal se ilustra en la figura 5, otras formas de la sección transversal tales cuadrados, rectángulos u otros polígonos pueden ser también utilizadas. La forma 48 de la sección transversal se selecciona para minimizar el grado de configuración mecánica requerido para fabricar el proyectil.

Volviendo a la figura 4, la mezcla de polvos es extruida a través de un extremo delantero 50 abierto de la primera cámara 44 a una segunda cámara 52 que tiene un segundo pasaje pasante con un área de la sección transversal que es menor que el área 48 de la sección transversal de la primera cámara. Aunque el área de la segunda sección transversal puede ser de cualquier forma deseada, para facilitar la transferencia continua de los polvos mezclados, la forma de la sección transversal de la segunda cámara es preferiblemente la misma, aunque de menor tamaño, que la de la primera cámara. Adicionalmente, una zona 54 de transición cónica se dispone preferiblemente entre la primera cámara 44 y la segunda cámara 52.

La segunda cámara 52 incluye calentadores 56 para elevar la temperatura de la mezcla a una temperatura mayor que la temperatura de fluidificación de las terceras partículas, pero inferior a la temperatura de fusión de las segundas partículas, durante un periodo de tiempo eficaz para densificar y consolidar la mezcla en forma de barra. Si se emplea la sinterización de fase líquida transitoria, entonces la barra es extruida de modo continuo desde un extremo 57 del aparato 40 y la barra que se mueve es cortada en longitudes deseadas mediante una sierra oscilante.

Si se emplea la sinterización de fase líquida o enlace, una zona 58 de refrigeración tal como de tubos que contengan un refrigerante que circule tal como agua, se añade a la segunda cámara 52 para enfriar la mezcla consolidada a una temperatura eficaz para configurar la barra como una masa integral.

El movimiento de los polvos a través del aparato 40 se efectúa mediante cualquier medio adecuado. Como se ilustra en la figura 4, un émbolo accionador alternativo 60 se desplaza entre una posición trasera y una posición delantera 60', forzando los polvos hacia delante en la zona 54 de transición y en una segunda cámara 52. El émbolo 60 de movimiento alternativo retrocede entonces a la primera posición para permitir que caigan más polvos mezclados de la tolva 42 de polvos en la primera cámara 44. Típicamente, el émbolo se mueve alternativamente entre las posiciones 60 y 60' del orden de alrededor de 4 a 60 veces por minuto.

Alternativamente, en vez de la tolva 42 de polvos y el émbolo 60 de movimiento alternativo, puede ser también empleado un mecanismo de alimentación continua tal como un tornillo helicoidal, como típicamente se usa para extruir polímeros.

En otra solución alternativa, un troquel 61 de corte se monta en el extremo 57 del aparato 40. El troquel de corte, ilustrado en la vista en planta delantera en la figura 6, tiene un diafragma segmentado 63 que abre y cierra cíclicamente cortando la barra extruida en nódulos segmentados. El movimiento del diafragma segmentado puede ser originado de modo mecánico, eléctrico o electrónico. Particularmente, cuando el tercer constituyente es todavía parcialmente líquido, la fuerza necesaria para cortar la barra es mínima. Cualquier medio adecuado puede ser usado para cortar la barra con un tamaño y forma deseados. Tales medios incluyen la cizalladura con una hoja giratoria, unas tijeras y hacer pasar la barra a través de un conjunto de rodillos de metal texturizados.

Las ventajas de los métodos de sinterización de fase líquida de la invención resultarán evidentes a partir de los ejemplos que siguen.

Ejemplos

Basado en la hipótesis de que la sinterización de fase sólida da como resultado una porosidad de alrededor del 20% en volumen y de que la sinterización de fase líquida logra una porosidad del 0%, la densidad de una masa sinterizada en función de la cantidad de cobre necesaria para lograr una densidad igual a la del plomo en un material compuesto de cobre y ferrotungsteno fue calculada y se ilustra gráficamente en la figura 7. La línea 62 de referencia identifica la densidad del plomo, 11,35 g/cm^{3}. La línea 64 de referencia muestra que para Cu-FeW sinterizado de fase sólida, menos del 20% en peso, de la masa integral puede ser cobre mientras que el resto debe ser ferrotungsteno. Esta relación aumenta significativamente el coste del proyectil y reduce la ductilidad.

La línea 66 de referencia ilustra que para un proyectil sinterizado de fase líquida que contiene el 5% en peso, de cinc o estaño, se requiere un contenido de cobre de alrededor del 45% en peso, reduciendo la contribución en el porcentaje de peso del ferrotungsteno a menos del 50%. Incluso se requiere menos ferrotungsteno cuando las terceras partículas son de bismuto, como se ilustra mediante la línea de referencia 68. No obstante, puesto que el bismuto es quebradizo, a diferencia del estaño y el cinc, el bismuto no debe contribuir a la ductilidad del proyectil.

La figura 8 ilustra gráficamente que un incremento similar en la cantidad de hierro requerida se logra cuando el proyectil tiene ferrotungsteno como primer componente y hierro como segundo componente. Solamente alrededor del 15% en peso, de hierro puede estar presente cuando se emplea la sinterización de fase sólida como se ilustra mediante la línea 70 de referencia. Por otra parte, puede ser empleado el 30% de hierro cuando se utiliza la sinterización de fase líquida con el 5% de estaño o cinc como se ilustra mediante la línea 72 de referencia. Puede ser utilizado, en exceso, el 40% de hierro cuando se emplea la sinterización de fase líquida con el 5% de bismuto como se ilustra mediante la línea de referencia 74.

En la figura 9, la línea 76 de referencia muestra que para la sinterización de fase sólida de una mezcla de partículas de cobre/tungsteno el contenido máximo de cobre es de alrededor del 35%, en peso, para lograr una densidad igual a la del plomo. Con la sinterización de fase líquida, se obtiene un contenido de cobre superior a alrededor del 45% cuando el tercer componente es el 5% de estaño o cinc, línea 78 de referencia. El contenido de cobre se aproxima al 50%, en peso, cuando el tercer componente es bismuto, línea 80 de referencia.

La figura 10 ilustra gráficamente que el contenido de hierro para una mezcla de partículas de hierro/tungsteno alcanza un máximo de alrededor del 22% cuando se emplea la sinterización de fase sólida, línea 82 de referencia. El contenido de hierro excede el 35%, en peso, cuando se emplea la sinterización de fase líquida con el 5% de estaño o cinc, línea 84 de referencia, o el 5% de bismuto, línea 86 de referencia.

De las figuras 7 a 10 se deducen las siguientes composiciones preferidas, en porcentaje en peso, cuando el proyectil ha de tener una densidad superior a la del plomo para lograr una potencia de detención mejorada:

- Ferrotungsteno alrededor de 55% a 75%;

cobre alrededor de 20% a 40%; y

- Ferrotungsteno alrededor de 68% a 85%

hierro alrededor de 10% a 35%; y

- Tungsteno alrededor de 50% a 70%

cobre alrededor de 25% a 45%; y

- Tungsteno alrededor de 50% a 70%;

hierro alrededor de 20% a 40%; y

Aunque las primeras partículas y las segundas partículas han sido descritas como materiales diferentes, está dentro del alcance de la invención usar el mismo material tanto para las primeras partículas como para las segundas partículas si ese único componente satisface las exigencias de que la densidad sea mayor de 10 g/cm^{3} y la temperatura de fusión supere los 1000ºC. Tales materiales componentes únicos incluyen el molibdeno, el tungsteno y aleaciones de los mismos.

Es evidente que se ha proporcionado de acuerdo con la invención un proyectil exento de plomo que tiene una porosidad inferior a la lograda con la sinterización de estado sólido, que satisface completamente los objetos, medios y ventajas establecidos anteriormente en esta memoria.

Claims

1. Un proyectil (10) para ser descargado desde un arma, que comprende:

una masa integral de partículas que tiene una forma deseada, una densidad de al menos 9,8 g/cm^{3}, y que contiene:

un primer componente (12) de partículas que tiene una densidad a la temperatura ambiente que es mayor que alrededor de 10 g/cm^{3},

un segundo componente (14) de partículas que tiene una temperatura de fusión superior a alrededor de 400ºC, y

un tercer componente (16) que es un metal,

caracterizado porque

dicho tercer componente (16) está dispuesto entre, y sinterizado en fase líquida, dichos primer (12) y segundo (14) componentes de partículas, teniendo dicho tercer componente (16) en estado líquido una temperatura inferior a la temperatura de fusión de dicho segundo componente (14) de partículas en el que dicho tercer componente (16) está presente en una cantidad eficaz para ligar dichos primer (12) y segundo (14) componentes de partículas en alrededor de un 10%, en peso, de dicha masa integral.

2. El proyectil (10) de la reivindicación 1, caracterizado porque dicho proyectil (10) se compone esencialmente de:

alrededor de 45% a alrededor de 70%, en peso, de ferrotungsteno;

alrededor de 35% a alrededor de 50%, en peso, de cobre; y

una cantidad de un tercer componente (16) eficaz para ligar dicho ferrotungsteno y dicho cobre, siendo seleccionado dicho tercer componente (16) del grupo compuesto de estaño, cinc, bismuto, aleaciones y mezclas de los mismos.

3. El proyectil (10) de la reivindicación 1, caracterizado porque dicho proyectil (10) se compone esencialmente de:

alrededor de 55% a alrededor de 70%, en peso, de ferrotungsteno;

alrededor de 30% a alrededor de 45%, en peso, de hierro; y

una cantidad de un tercer componente (16) eficaz para ligar dicho ferrotungsteno y dicho hierro, siendo seleccionado dicho tercer componente (16) del grupo compuesto de estaño, cinc, bismuto, aleaciones y mezclas de los mismos.

4. El proyectil (10) de la reivindicación 1, caracterizado porque dicho proyectil (10) se compone esencialmente de:

alrededor de 39% a alrededor de 55%, en peso, de tungsteno;

alrededor de 44% a alrededor de 57%, en peso, de cobre; y

una cantidad de un tercer componente (16) eficaz para ligar dicho tungsteno y dicho cobre, siendo seleccionado dicho tercer componente (16) del grupo compuesto de estaño, cinc, bismuto, aleaciones y mezclas de los mismos.

5. El proyectil (10) de la reivindicación 1, caracterizado porque dicho proyectil (10) se compone esencialmente de:

alrededor de 50% a alrededor de 64%, en peso, de tungsteno;

alrededor de 35% a alrededor de 45%, en peso, de hierro; y

una cantidad de un tercer componente (16) eficaz para ligar dicho tungsteno y dicho hierro, siendo seleccionado dicho tercer componente (16) del grupo compuesto de estaño, cinc, bismuto, aleaciones y mezclas de los mismos.

6. El proyectil (10) de la reivindicación 1, caracterizado porque dicho proyectil (10) se compone esencialmente de:

alrededor de 55% a alrededor de 75%, en peso, de ferrotungsteno;

alrededor de 20% a alrededor de 40%, en peso, de cobre; y

7. El proyectil (10) de la reivindicación 1, caracterizado porque dicho proyectil (10) se compone esencialmente de:

alrededor de 68% a alrededor de 85%, en peso, de ferrotungsteno;

alrededor de 10% a alrededor de 35%, en peso, de hierro; y

8. El proyectil (10) de la reivindicación 1, caracterizado porque dicho proyectil (10) se compone esencialmente de:

alrededor de 50% a alrededor de 70%, en peso, de tungsteno;

alrededor de 25% a alrededor de 45%, en peso, de cobre; y

9. El proyectil (10) de la reivindicación 1, caracterizado porque dicho proyectil (10) se compone esencialmente de:

alrededor de 50% a alrededor de 70%, en peso, de tungsteno;

alrededor de 20% a alrededor de 40%, en peso, de hierro; y

10. El proyectil (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque dicho tercer componente está presente en una cantidad de alrededor de 3% a alrededor de 7%.

11. El proyectil (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que es un proyectil balístico.

12. El proyectil (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que es una bala.

13. Un método de fabricación de un proyectil (10) para que sea descargado desde un arma, que comprende las operaciones de:

mezclar (18) una masa de unas primeras partículas (12), unas segundas partículas (14) y unas terceras partículas (16) en la que dichas primeras partículas (12) tienen una primera densidad a la temperatura ambiente, dichas segundas partículas (14) tienen una segunda densidad a la temperatura ambiente que es menor que la densidad a la temperatura ambiente de las primeras y una temperatura de fusión superior a 400ºC y dichas terceras partículas (16) son de un metal;

compactar (20) dicha mezcla en un molde de una forma deseada;

caracterizado porque

dichas terceras partículas (16) tienen una temperatura en estado líquido inferior a la temperatura de fusión de dichas segundas partículas (14), en el que dichas terceras partículas (16) se añaden en una cantidad eficaz para ligar dichas primeras (12) y segundas (14) partículas, de alrededor del 10%, en peso, de dicha mezcla;

dicha mezcla es calentada (22) a una temperatura mayor que la temperatura en estado líquido de dichas terceras partículas (16), pero inferior a la temperatura de fusión de dichas segundas partículas (14) durante un periodo de tiempo eficaz para densificar y consolidar dicha mezcla en una preforma; y

dicha preforma es configurada (24) mecánicamente en la forma de dicho proyectil (10).

14. El método de la reivindicación 13, caracterizado porque dicho molde es eficaz para compactar (20) dicha mezcla en la forma de dicho proyectil (10).

15. El método de la reivindicación 13, caracterizado porque dicho molde es eficaz para compactar (20) dicha mezcla en la forma de un tocho cilíndrico.

16. El método de la reivindicación 15, caracterizado porque dicha operación de configuración mecánica (24) incluye dividir dicho tocho cilíndrico en componentes cilíndricos y entonces deformar mecánicamente dichos componentes cilíndricos para darles la forma de proyectiles balísticos esféricos.

17. El método de la reivindicación 13, caracterizado porque dicha operación (20) de compactar incluye

suministrar (26) dicha mezcla a una primera cámara (44) que tiene un primer pasaje pasante con una sección transversal de un primer área (48), teniendo dicha cámara (44) un extremo delantero (50) abierto; y

extruir (28) de modo continuo dicha mezcla a través de dicho extremo delantero (50) abierto en una segunda cámara (52) que tiene un segundo pasaje pasante con una sección transversal de una segunda área que es menor que dicha primer área (48) de la sección transversal;

y porque dicha preforma es una barra.

18. El método de la reivindicación 17, caracterizado porque dicha segunda área de la sección transversal se selecciona de modo que es del 20% al 80%, en área, menor que dicha primer área (48) de la sección transversal.

19. El método de la reivindicación 18, caracterizado porque dicha operación (24) de configuración mecánica incluye cortar dicha barra en componentes cilíndricos y entonces mecánicamente deformar dichos componentes cilíndricos para obtener proyectiles balísticos esféricos.

20. El método de la reivindicación 19, caracterizado porque un troquel de corte divide (61) la barra en dichos componentes cilíndricos mientras la barra está a una temperatura superior a la temperatura en estado líquido de dicho tercer componente (16).