ES2240143T3 - Un proyectil de polvo metalico sinterizado. - Google Patents

Abstract

Un proyectil que incluye un cuerpo comprendido de polvo metálico sinterizado, caracterizado porque el cuerpo tiene una superficie de polvo metálico sinterizado que se enfrenta hacia el estriado en el ánima de un arma de fuego y con ello actúa conjuntamente con dicho estriado; porque al menos la capa superficial exterior del cuerpo deformado por dicho estriado tiene una porosidad en la zona de 5-25%, y porque al cuerpo poroso sinterizado se le da un grosor radial de tal magnitud que permite que la interferencia radial entre el proyectil y el estriado en el ánima del arma de fuego se adapte hasta un grado sustancial por reducción de la porosidad de dicho cuerpo con el paso del proyectil a través del ánima del arma de fuego.

Description

Un proyectil de polvo metálico sinterizado.

La presente invención se refiere a un proyectil de la clase definida en el preámbulo de la reivindicación 1, cuyas características han sido tomadas del documento EP-A-0 626 557.

Es bien conocido proteger el ánima del cañón de un arma de fuego contra el efecto del material expuesto del proyectil (por ejemplo, plomo), dotando al cartucho de una superficie exterior de, p. ej., una aleación de cobre, minimizando de este modo los problemas de revestimiento que resultan del contacto directo entre el núcleo del proyectil y la pared del ánima y/o el estriado del ánima, a la vez que se retienen las ventajas que están relacionadas con una alta densidad del núcleo del proyectil (plomo).

Sin embargo, en los últimos años se ha comprendido que puede ser conveniente evitar el uso de plomo en proyectiles para munición de rifles, munición de revólveres, etc., por razones medioambientales, particularmente cuando la munición se use en un campo de prácticas de tiro, y también cuando la munición se use para fines de caza.

En consecuencia, en los últimos años se han propuesto proyectiles que consisten en un material menos dañino para el medioambiente, tal como acero, por ejemplo. También se sabe, a este respecto, producir el cuerpo del proyectil a partir de un polvo metálico sinterizado. Un problema con muchos de tales materiales de proyectiles, sin embargo, es que pueden revestir, arañar y/o dañar las superficies del ánima de otras maneras. A causa de esto, se conoce, p. ej., del documento EP-A-0 626 557, infradimensionar el cuerpo real del proyectil en relación con el ánima del arma de fuego, y producir el cuerpo real del proyectil de polvo metálico sinterizado con una cubierta plástica cuyo grosor es, preferiblemente, mayor que la profundidad de penetración del estriado del ánima, para que la superficie del cuerpo real del proyectil, cuyo material (hierro) tiene tendencia a arañar o rayar el cañón, no entre en contacto con la pared del ánima. Esta solución conocida requiere, entre otras cosas, una etapa adicional de fabricación, es decir, una etapa en la que el cuerpo del polvo metálico sinterizado se cubre con plástico. Con el fin de conseguir una buena precisión de tiro, es decir, un patrón de tiros certeros coherente cuando se usan tales proyectiles, es necesario que la cubierta plástica sea uniforme y lisa en todos los proyectiles. Esto es difícil de conseguir con una cubierta plástica externa cuando se aplica la tecnología conocida. Además, si el plástico tiende a revestir las paredes del cañón, pueden producirse problemas con respecto a la precisión.

El documento US-A-5877437 revela proyectiles formados combinando una matriz de bajo punto de fusión y partículas de alta densidad y alto punto de fusión. Para algunas realizaciones, no se dice nada acerca de la porosidad de los proyectiles. En otras realizaciones, para las que la porosidad de los proyectiles puede ser evaluada, la porosidad está cerca de 0%.

El documento US-A-5950064 revela un proyectil con una porosidad cercana al 0%, formado por sinterización en fase líquida o aglomeración en fase líquida.

También se saben producir proyectiles a partir de cobre o una aleación de cobre de densidad completa. Las ventajas obtenidas en esta consideración son que el material se considera respetuoso con el medio ambiente, tiene una densidad relativamente alta, una rigidez alta y una dureza relativamente baja, permitiendo con ello que el proyectil de cobre sea dotado de una punta hueca, para que pueda ser usado para fines de caza y con ello se expandan tras el impacto.

Un problema con el uso de tales proyectiles de cobre o proyectiles de aleación de cobre de densidad completa, sin embargo, es que se ha encontrado que el material es relativamente duro a pesar de todo, y que la zona de tolerancia para el emparejamiento entre proyectiles de un calibre nominal dado y la zona de tolerancia para las ánimas de las armas relacionadas pueden superponerse las unas con las otras hasta un grado tal que causa que la presión gaseosa en el arma se hace inaceptablemente alta y con ello promueve el riesgo de estallido del cañón cuando se usan tales proyectiles de cobre. Además, la precisión del arma sufre cuando la presión gaseosa varía.

Los autores de la invención han descubierto ahora que este problema se puede evitar sin necesidad de reducir el diámetro de la parte metálica del proyectil ni de revestir el proyectil con una cubierta de plástico, diseñando el proyectil de acuerdo con la reivindicación 1.

Se exponen realizaciones adicionales del proyectil inventivo en las reivindicaciones dependientes acompañantes.

De acuerdo con la invención, el cuerpo de polvo metálico sinterizado del proyectil tiene una porosidad tal que permite que el cuerpo sea comprimido radialmente con una resistencia relativamente leve durante el paso del proyectil a través del cañón del arma si la interferencia/tolerancias requieren tal compresión, a fin de que la interferencia radial, potencialmente peligrosa, entre el ánima del cañón y el proyectil puede ser reducida o evitada por la reducción o eliminación consiguientes de dicha porosidad. Como esta compactación radial de un proyectil que tiene tal porosidad puede ser realizada con una fuerza más baja que si el proyectil comprendiera el mismo material pero con densidad completa, es posible restringir la fricción del proyectil a través del ánima del cañón, y con ello también la presión gaseosa en el arma.

En particular, cuando el cuerpo del proyectil está comprendido de cobre o una aleación de cobre, el cuerpo sinterizado del proyectil puede tener una porosidad del orden de 10%, o, de manera general, entre 5 y 25%. El proyectil puede comprender, de manera conveniente, 90-95% en peso de cobre y 5-10% en peso de cinc y/o estaño, preferiblemente alrededor de 95% en peso de cobre y 5% en peso de cinc/estaño. Esto minimiza el revestimiento de las paredes del ánima.

Esta porosidad puede conseguirse fácilmente produciendo el proyectil con la ayuda de una técnica de sinterización convencional, en la que se compacta un polvo para formar un cuerpo de la forma deseada y de las dimensiones deseadas, y también con la porosidad deseada, y después de eso sinterizar el cuerpo del polvo compactado hasta la resistencia mecánica deseada, por ejemplo hasta un grado tal que el material del proyectil tenga una rigidez esencialmente completa. Es posible también, de esta manera, obtener la ventaja por la cual el proyectil no se astillará normalmente tras el impacto. Esto permite que el proyectil se deforme como un cojín tras el impacto, permitiendo con ello que el proyectil sea usado para fines de caza con un resultado totalmente satisfactorio. Además, los proyectiles pueden recogerse fácilmente de, p. ej., la arena usada en la construcción de un campo de prácticas de tiro, y reutilizarse cuando estén aún sustancialmente de una pieza después de chocar contra el terraplén del campo de tiro. Se entenderá, no obstante, que la invención también incluye proyectiles que se astillan, bien completamente o bien parcialmente, tras el impacto con la superficie de una diana, lo que puede ser deseable con respecto a, p. ej., la munición de prácticas, para que la penetración del proyectil pueda ser reducida. Particularmente, cuando el proyectil sea usado como munición de prácticas, se puede producir una pieza volumétrica principal del proyectil a partir de un polvo metálico, p. ej., hierro o acero, que da como resultado unos costes más bajos.

Naturalmente, el proyectil inventivo puede ser desarrollado adicionalmente dentro del alcance de la invención. Por ejemplo, se le puede dar al proyectil un núcleo de algún otro material, por ejemplo metal duro, o un material pesado, tal como tungsteno, con el fin de dar al proyectil una densidad relativamente alta y/o ciertas propiedades balísticas determinadas.

En una realización de la invención, el núcleo del proyectil puede estar formado a partir de un material de densidad completa. En otra realización, el núcleo puede estar formado a partir de un polvo diferente a sus partes periféricas, con lo que el polvo del núcleo puede ser compactado opcionalmente, por ejemplo en una cavidad axialmente expuesta en esa parte del proyectil que forma dichas partes externas. De manera similar, la composición del polvo del proyectil puede variarse a lo largo de su eje longitudinal.

Es importante que el proyectil tenga una capa externa de material poroso, por ejemplo estaño o una aleación de estaño, que pueda compactarse radialmente, esencialmente por elimición o reducción de dicha porosidad mientras el proyectil pasa a través del ánima del cañón, incluso en el caso de una superposición problemática de tolerancias, con objeto de permitir que el cuerpo del proyectil se prepare a partir de un material que, en un diseño sólido, causaría daño a la pared del ánima, por ejemplo debido a la dureza, o sería susceptible de promover una presión gaseosa peligrosa en el arma. En esta consideración, también se puede elegir el material con el objeto de que no revista las superficies del estriado en el cañón, o sólo en un grado muy pequeño.

La porosidad inventiva del proyectil, al menos en sus partes radialmente más externas, también permite el uso de material en polvo que, además de incluir una proporción relativamente grande de un material básico relativamente blando (cobre, aleación de cobre), también contiene una proporción menor de partículas duras que pueden ser prensadas dentro de la capa del material poroso, relativamente blando, tras un contacto temporal con la pared del ánima.

Cuando el proyectil se forma a partir de cobre o aleaciones que tienen propiedades de resistencia mecánica similares a las del cobre y las aleaciones de cobre, y densidades del mismo orden de magnitud que la del cobre, la porosidad del proyectil puede estar en la zona de 5-25%, preferiblemente alrededor de 10%. Por otra parte, la porosidad del proyectil será lo suficientemente alta para permitir que el proyectil se compacte radialmente con poca resistencia, particularmente sus partes radialmente externas, tras la interferencia entre el proyectil y la pared del cañón. Por otra parte, la porosidad del proyectil será tan pequeña que la disminución en densidad del proyectil debida a la porosidad será tan pequeña como sea posible.

A modo de ejemplo, se puede suponer que el proyectil tiene un núcleo sólido, completamente rígido, con una capa externa porosa que contacta directamente con la pared del ánima y se ajusta al estriado del cañón, en cuyo caso el grosor de la cubierta externa porosa del proyectil será, preferiblemente, tal que se pueda conseguir la compactación radial del proyectil requerida para evitar la generación de presiones gaseosas peligrosas, por eliminación de dicha porosidad.

El proyectil puede producirse a partir de una aleación en polvo unitaria, que se compacta para formar el
cuerpo del proyectil, que es después sinterizado y preferiblemente prensado hasta la calibración deseada.

Sin embargo, puede ser deseable, en algunos casos, formar el proyectil a partir de dos o más piezas del proyectil complementarias, prefabricadas, que son unidas y conectadas, preferiblemente, por prensado, y adecuadamente, junto con un procedimiento de prensado por calibración. Estas partes pueden tener diferentes composiciones/aleaciones, tales que doten al proyectil de una cubierta externa de actuación conjunta con el ánima, que tenga las propiedades ventajosas mencionadas anteriormente, a saber, una densidad relativamente alta, una compresividad radial que es reducida por dicha porosidad, una selección del material que da como resultado un mínimo revestimiento de las superficies de acero del ánima. Las partes restantes del proyectil que no actúan conjuntamente así con el estriado del ánima, se pueden seleccionar para comunicar otras propiedades deseadas al proyectil. Por ejemplo, dichas otras partes pueden estar comprendidas de tungsteno o aleaciones de tungsteno cuando se desea una alta densidad. Cuando se desea un coste bajo, se puede usar polvo de hierro, que también tiene una densidad relativamente alta. El bismuto y el estaño son también materiales concebibles, que dan como resultado una carga relativamente baja sobre el medioambiente.

En otros respectos, el procedimiento de fabricación es el mismo que el que se aplica de manera convencional en la fabricación de objetos metálicos por técnicas de sinterización de polvo metálico, con lo cual el polvo se compacta de manera convencional, en un estado en frío, hasta una forma deseada del cuerpo, después de lo cual dicho cuerpo es sinterizado a una temperatura elegida para promover las propiedades de resistencia mecánica deseadas. Si se desea, el cuerpo sinterizado puede ser sometido a un procedimiento de prensado por calibración para dar al cuerpo una forma externa más precisa.

El proyectil inventivo se produce, de manera conveniente, a partir de un polvo que consiste principalmente en una aleación de cobre, por ejemplo 95% en peso de cobre y 5% en peso de cinc. Tal aleación se ha encontrado particularmente favorable con respecto al revestimiento mínimo de las superficies del ánima. El polvo también puede incluir proporciones menores de otro polvo que comunique otras propiedades al proyectil, por ejemplo una densidad más alta. Si bien tales partículas duras implican, en sí mismas, un riesgo de arañado o rayado, o el riesgo de un desgaste elevado del ánima, la invención proporciona la ventaja de que la porosidad del cuerpo permite que las partículas duras sean prensadas más fácilmente en las partes más resilientes del cuerpo sinterizado.

El proyectil inventivo puede, por ejemplo, ser producido en un calibre de hasta 1,27 cm de diámetro (armas pesadas) o 20 mm de diámetro (cañón automático), en el que también se puede usar la elección del material y de la porosidad para limitar el alcance de disparo del arma, lo que puede ser beneficioso en relación a las prácticas de tiro.

La invención será descrita ahora con referencia a un ejemplo de una realización suya, y también con referencia al dibujo acompañante.

La Fig. 1 es una vista en sección axial de un proyectil inventivo.

El proyectil mostrado en la Fig. 1 incluye un cuerpo 1 principal cuya superficie cilíndrica exterior está destinada a permitir que el proyectil se ajuste al estriado helicoidal del ánima de un arma.

El proyectil ilustrado incluye un cuerpo 1 principal que tiene un hueco 2 central, preferiblemente coaxial y rotacionalmente simétrico, en un extremo suyo, preferiblemente su extremo frontal. Está sujeto un núcleo 3 de manera estable en el hueco 2 y, de manera conveniente, tiene una forma complementaria al hueco. El cuerpo 1 está comprendido de una aleación de Cu (90-95% en peso) y Zn (el resto), y tiene una porosidad de 10%. El núcleo 3 no contacta con el estriado del ánima, y puede estar comprendido de un material que cumple los requerimientos deseados, por ejemplo bajo coste, fragilidad, densidad, costes de fabricación y respetuosidad con el medioambiente, y similares. El núcleo 3 de la realización ilustrada puede estar formado por un cuerpo de polvo metálico sinterizado, por ejemplo un cuerpo comprendido de polvo de hierro. El núcleo 3 y el cuerpo 1 pueden incluir partículas de un material ajeno, por ejemplo partículas pesadas, que sirven para incrementar la densidad del cuerpo/núcleo. La Fig. 1 muestra, a modo de ejemplo, una bala denominada W.C., de calibre 38, que tiene un diámetro de 9,07 mm, para una acción conjunta correcta con el estriado de un ánima correspondiente, con respecto a un arma de fuego de calibre 38.

El hueco 2 en dicho cuerpo define un grosor de pared de alrededor de 2 mm para la parte frontal del cuerpo 1. La profundidad del hueco es de alrededor de 10 mm. La longitud total del cuerpo 1 es de alrededor de 14 mm.

El núcleo 3 puede tener alternativamente una porosidad de 10% en volumen, por ejemplo. El núcleo 3 puede estar formado por compactación en frío de un polvo metálico en un molde. El núcleo moldeado, compactado, puede ser sinterizado después para obtener las propiedades de resistencia mecánica deseadas.

El cuerpo 1 se produce a partir de un polvo comprendido de la aleación mencionada anteriormente, siendo este polvo compactado en frío en un molde, y el cuerpo del polvo compactado sinterizado después para comunicarle las propiedades deseadas. El cuerpo tiene una porosidad de alrededor de 10%.

El núcleo es insertado después en el hueco de dicho cuerpo, y el cuerpo y núcleo sometidos después a un procedimiento de prensado por calibración que comunica dimensiones exteriores de sección transversal bien determinadas al proyectil resultante, por una parte, y sujeta al núcleo en el hueco 2 del cuerpo por otra parte. El núcleo puede ser diversificado para que pueda ser deformado por el estriado en el ánima del cañón, dando la deformación como resultado un núcleo frágil o quebradizo.

El diámetro del hueco en el cuerpo 1 se hace ligeramente más grande que el diámetro del núcleo, para que el núcleo pueda ser insertado fácilmente en el hueco antes del procedimiento de prensado por calibración, si este procedimiento es capaz de deformar el cuerpo 1 a un contacto fijador con el núcleo.

En una realización de un proyectil inventivo (no mostrado), que se supone que es el más común, se compacta un polvo comprendido de una aleación Cu-Zn (95 y 5% en peso) en un molde para formar un cuerpo prensado que es sinterizado más tarde. Las condiciones de moldeo y sinterización se eligen para que el cuerpo sinterizado esté algo sobredimensionado con respecto a las dimensiones finales deseadas. Después de sinterizar el cuerpo, y preferiblemente después de enfriar dicho cuerpo, el cuerpo sinterizado del proyectil es prensado por calibración, para comunicar una dimensión exterior deseada, es decir, para eliminar las desviaciones de la forma que resultan del procedimiento de sinterización.

El polvo y las operaciones de trabajo se eligen para dar al proyectil una porosidad final de alrededor de 10%, al menos en su capa exterior. Se le dan al proyectil dimensiones de calibre normales, para que su capa exterior se ajuste al estriado helicoidal en el cañón, y con ello comunicar la rotación y guía correctas al proyectil.

Ejemplo

Se fabricó un proyectil de calibre .30 (diámetro alrededor de 7,6 mm) producido de acuerdo con la invención en base a un polvo que comprende una aleación Cu-Zn (95% en peso de Cu, 5% en peso de Zn), compactando una masa de polvo a una presión de 600 MPa, para formar un cuerpo conformado que tenía una porosidad de alrededor de 10%. La forma del cuerpo fue conformada esencialmente con la forma deseada del proyectil, y fue sinterizado a una temperatura de 1000-1050ºC bajo un gas protector durante 33 minutos (30-40 min). Después de enfriar, el proyectil fue prensado por calibración a 600 MPa hasta su forma final, teniendo entonces dicho proyectil una porosidad de 10%. Se midió la dureza del proyectil, siendo 80% de la dureza de un proyectil sólido comprendido de dicha aleación.

En realizaciones prácticas, al menos la capa exterior sinterizada porosa del proyectil puede incluir una proporción significativa de un metal, tal como cobre por ejemplo, que tiene preferiblemente una función lubricante contra la pared del ánima, por ejemplo una pared de acero. Esta proporción de metal (cobre) corresponderá al menos a 10% en peso, y preferiblemente a 20% en peso. Un proyectil destinado, por ejemplo, para prácticas de tiro en un campo de tiro puede, por ejemplo, comprender, en al menos su capa cilíndrica exterior, una mezcla de polvo sinterizado, porosa, que consiste en 20% en peso de gránulos adicionales de cobre y 80% en peso de gránulos de otra sustancia, por ejemplo un metal o una aleación metálica tal como acero, cuyos gránulos o granos estén recubiertos de cobre.

Se prefieren proyectiles cuyas capas cilíndricas exteriores porosas contengan al menos 50% en peso de cobre.

En otra realización factible, al menos la capa cilíndrica exterior sinterizada, porosa, del proyectil puede consistir en bronce de estaño, que contenga preferiblemente al menos 80% en peso de cobre y el resto esencialmente estaño, preferiblemente alrededor de 90% en peso de cobre y el resto estaño.

Claims (9)

1. Un proyectil que incluye un cuerpo comprendido de polvo metálico sinterizado, caracterizado porque el cuerpo tiene una superficie de polvo metálico sinterizado que se enfrenta hacia el estriado en el ánima de un arma de fuego y con ello actúa conjuntamente con dicho estriado; porque al menos la capa superficial exterior del cuerpo deformado por dicho estriado tiene una porosidad en la zona de 5-25%, y porque al cuerpo poroso sinterizado se le da un grosor radial de tal magnitud que permite que la interferencia radial entre el proyectil y el estriado en el ánima del arma de fuego se adapte hasta un grado sustancial por reducción de la porosidad de dicho cuerpo con el paso del proyectil a través del ánima del arma de fuego.

2. Un proyectil según la reivindicación 1, caracterizado porque la totalidad de dicho cuerpo consiste en polvo metálico sinterizado de composición esencialmente uniforme.

3. Un proyectil según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el polvo consiste esencialmente en cobre.

4. Un proyectil según la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo incluye una cavidad (2) que está rellena con un relleno (3) que consiste en un material distinto al material de dicho cuerpo.

5. Un proyectil según la reivindicación 4, caracterizado porque el relleno (3) está comprendido de polvo metálico sinterizado de una composición distinta a la composición del cuerpo que actúa conjuntamente con dicho estriado; porque el cuerpo y el relleno están conformados y unidos de manera complementaria; y porque el cuerpo y el relleno se unen por deformación el uno al otro.

6. Un proyectil según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque la capa del cuerpo que actúa conjuntamente con dicho estriado tiene un grosor de al menos 0,2 mm, y preferiblemente de al menos 0,4 mm.

7. Un proyectil según una cualquiera de las reivindicaciones 3-6, caracterizado porque el polvo metálico incluye esencialmente al menos 85% en peso de Cu y el resto estaño y/o cinc.

8. Un proyectil según la reivindicación 7, caracterizado porque el cuerpo está comprendido esencialmente de una masa de polvo sinterizado que comprende una aleación de Cu-Zn que contiene al menos 90% en peso de Cu.

9. Un proyectil según una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque el cuerpo tiene una porosidad en el intervalo de 7-17%, preferiblemente alrededor de 10%.