БЕССВИНЦОВАЯ ПУЛЯ ИЗ ОЛОВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК F42B12/34 F42B12/74 F42B30/02 

Настоящее изобретение относится к пулям, не содержащим свинца и используемым для стрельбы из винтовок и пистолетов. Более конкретно, изобретение относится к пуле с медной оболочкой и сердечником из, по существу, чистого олова, проявляющего свойства, аналогичные свойствам свинца, но не создающего опасности для окружающей среды, возникающей при использовании свинца.

Большая часть пуль, выстреливаемых из пистолетов и винтовок, содержит сердечник, который изготовлен из сплава на основе свинца, что означает, что сердечник либо целиком, либо более чем на 50 мас.% состоит из свинца. Опасность свинца для окружающей среды хорошо известна. Считается, что пули, содержащие свинец, попадая в землю, подвергают загрязнению грунтовые воды в результате выщелачивания. Другой недостаток, оказывающий воздействие на стрелка, заключается в том, что, когда производят выстрел пулей со свинцом в открытом виде, то пуля выделяет пыль, содержащую свинец. Эти микрочастицы свинца токсичны и при вдыхании представляют опасность для стреляющего. Другой опасностью является процесс выщелачивания свинца в грунтовых водах из оставшихся в земле пуль.

Раскрыто много конструкций пуль, альтернативных пулям со свинцовым сердечником. В патенте США 5399187, выданном на имя Марвика и др., раскрыт спеченный сердечник пули, выполненный из сочетания материала, имеющего плотность, меньшую плотности свинца, и второго материала, имеющего плотность, большую плотности свинца. Одно из описанных сочетаний представляет собой смесь олова и вольфрама.

В патенте США 5500183, выданном на имя Нурдеграафа и др., раскрыта безоболочечная пуля, изготовленная из сплава на основе олова, которая содержит в виде примеси в сплаве один или более элементов из следующих: меди, сурьмы, висмута и цинка.

В патенте США 5679920, выданном на имя Холлиса и др., раскрыты оболочечные пули, содержащие сердечники из скрученных и обжатых жгутов цинковой проволоки.

Хотя пули, раскрытые в приведенных выше патентах США, не содержат свинца, сердечники этих пуль жестче, чем свинец, в результате чего эти пули обладают неприемлемым уровнем рикошетов. Кроме того, сердечники, содержащие цинк, также могут представлять опасность для окружающей среды. Микрочастицы цинка занесены в Руководство ASM, том 2, как оказывающие пагубное влияние на здоровье человека.

Следовательно, имеется потребность в пулях, не содержащих как свинца, так и цинка, свойства которых были бы сходными с теми, которыми обладают пули с сердечником на основе свинца. Среди характеристик свинца, которые придают повышенные качества пулям, можно указать следующие: способность деформироваться в холодном состоянии, плотность и низкая цена.

В соответствии с этим целью изобретения является создание пули, не содержащей свинца, с высокими характеристиками, аналогичными характеристикам свинца, но не имеющей вредных для окружающей среды свойств свинца. Существенным признаком изобретения является то, что пуля содержит сердечник, по существу, из чистого олова, окруженный оболочкой из сплава меди.

Среди преимуществ изобретения можно отметить то, что пуля обладает высокими характеристиками, аналогичными пулям из свинца, но, так как она не содержит свинца, то оказывает пониженное пагубное воздействие на окружающую среду. Пули могут быть выполнены в виде любого типа оболочечных пуль, в том числе пуль для пистолетов и винтовок. Пули по изобретению могут быть выполнены как пули с затупленной головкой (оживальные), пули с перегородкой и пули с экспансивной выемкой, а также пули другой конфигурации.

В соответствии с изобретением создана пуля, не содержащая свинца. Пуля, не содержащая свинца, снабжена металлической оболочкой с наружной поверхностью, определяющей ее аэродинамические свойства, и внутренней поверхностью, определяющей по меньшей мере одну полость. По меньшей мере одна полость заполнена, по существу, чистым оловом, имеющим предел текучести менее 20 МПа.

Изложенные выше цели, существенные признаки и преимущества очевидны из нижеследующего описания и чертежей, на которых:
на фиг. 1 и 2 - продольное сечение винтовочных пуль в соответствии с изобретением;
на фиг. 3-5 - продольное сечение пуль для пистолетов в соответствии с изобретением.

Пуля 10 (см. фиг.1), выполненная в соответствии с изобретением, имеет металлическую оболочку 12. Металлическая оболочка имеет внутреннюю поверхность 14, определяющую по меньшей мере одну полость, заполненную материалом 16 сердечника, не содержащим свинца. Под термином "не содержащий свинца" в настоящем описании понимают, что свинец может быть намеренно добавлен в качестве примеси (добавки) в сплав. Хотя, с точки зрения охраны окружающей среды, желательно, чтобы свинца не было совсем, количество в пределах до 0,05 мас. % не выходит за объем изобретения. Предпочтительным материалом 16 сердечника является, по существу, чистое олово.

Наружная поверхность 18 металлической оболочки 12 имеет аэродинамический профиль. Обычно наружная поверхность является в основном цилиндрической с заостренной передней частью 20, причем средняя часть 22 имеет практически постоянный диаметр, а задняя часть 24 обычно перпендикулярна корпусной части 22. Переходная часть 26 между корпусной частью 22 и задней частью 24 может быть загнута по относительно небольшому радиусу или, как показано на фиг.1, выполнена в виде конуса, называемого "кормой лодки".

Металлическую оболочку 12 изготавливают из любого подходящего материала, например, меди, алюминия, медных сплавов, алюминиевых сплавов или стали. Сплавы на основе меди, содержащие цинк, предпочтительны, а наиболее предпочтительным является сплав из меди с "золочением" (сплав обычно состоит из 95 мас.% меди и 5 мас.% цинка).

Материал 16 сердечника представляет собой металл, обладающий характеристиками деформируемости, сходными с аналогичными свойствами свинца. Свинцовый сплав L50042 (обычно содержащий минимум 99,94 мас.% свинца) обладает пределом текучести 12-14 МПа. Чистое олово сорта А (обычно содержащее, как минимум, 99,85 мас.% олова) обладает пределом текучести 11 МПа.

Предпочтительно, чтобы металлические сердечники, выполненные в соответствии с изобретением, имели предел текучести менее 20 МПа, и более предпочтительно, чтобы предел текучести был в пределах около 8-15 МПа. Твердость составляет менее 20 Н_в (ед. по Бринеллю), а предпочтительно в пределах около 3-5 Н_в. Значения как предела текучести, так и твердости определяют при комнатной температуре в пределах около 20-23^oС.

Как показано в таблице 1, небольшие примеси большинства легирующих элементов ведут к увеличению предела текучести и твердости сердечника на основе олова. Чем менее деформируемым является сердечник, тем больше риск рикошета.

Предпочтительным металлическим сердечником 16 является сердечник из, по существу, чистого олова. Сердечник на основе олова содержит в целом количество примесей максимум 0,5 мас.% и не более 0,25 мас.% какой-либо одной примеси. Более предпочтительно, чтобы общее количество всех примесей в сплаве было менее 0,2 мас.% и не более 0,1 мас.% какой-либо одной примеси. Определенные примеси, считающиеся создающими токсичные дымы или вызывающими загрязнение окружающей среды, должны присутствовать в меньших количествах. Как сказано в Руководстве ASM (Американское общество по исследованию металлов), том 2, в число таких вредных примесей включены: мышьяк, свинец, кадмий и цинк. Каждая вредная примесь предпочтительно должна присутствовать в количестве, меньшем 0,005 мас.%, а более предпочтительно - в количестве, меньшем 0,002 мас.%.

Предпочтительным материалом для металлического сердечника является олово сорта А по спецификации Американского общества по испытанию материалов (ASTM). Содержание олова в этом материале составляет минимум 99,85 мас.%, а содержание остаточных примесей составляет максимум: сурьмы 0,04%, мышьяка 0,05%, висмута 0,030%, кадмия 0,001%, меди 0,04%, железа 0,015%, свинца 0,05%, серы 0,01%, цинка 0,005% и (никеля+кобальта) 0,01%.

Примеси в сплаве, которые не оказывают существенного влияния на предел текучести и твердость олова, являющегося основной составляющей сплава, могут присутствовать в больших количествах. Например, считается, что примеси магния могут достигать 5 мас.%, а предпочтительно в пределах около 1,5-2,5 мас.%.

По существу, чистое олово нагревают до температуры, превышающей его температуру плавления, и расплавленный металл заливают в предварительно подготовленную оболочку в форме стакана. Предварительно подготовленную оболочку затем механически обжимают, придавая ей требуемую форму. На фиг.1 показана пуля 10, которая подходит в качестве винтовочной полуоболочечной пули. Плотность олова (7,17 г/см³) составляет 63% плотности свинца (11,35 г/см³). Следовательно, пули, выполненные согласно изобретению, имеют массу, меньшую массы пули со свинцовым сердечником при аналогичных размерах. Уменьшенная масса не очень существенно снижает действие пули для пистолетов, которые предназначены для стрельбы на относительно короткие дистанции. Небольшое увеличение длины винтовочных пуль приводит к достижению их массы значения, аналогичного характерному для пуль со свинцовым сердечником. Например, пуля с медной оболочкой и мягкой головкой диаметром 5,56 мм такого типа, который представлен на фиг.1, имеет номинальную длину 1,7 см и полную массу 3,56 г, если она изготовлена из свинца. При увеличении длины пули до 2,1 см и изготовлении ее из, по существу, чистого олова, масса ее достигает того же значения.

На фиг. 2 представлена вторая пуля 30, пригодная для винтовки. Пуля 30 имеет перегородку и головку 32 с экспансивной выемкой, образованные металлической оболочкой 12. Металлическая оболочка 12 определяет полость в задней части пули, заполненную, по существу, чистым оловом 16. Заглушка 34, обычно изготовленная из бронзы, запрессована в заднюю часть 24 пули 30 для предотвращения экструзии олова при ускоренном движении пули во время выстрела.

При необходимости одну или более вставок 36 в форме стакана располагают между , по существу, чистым оловом 16 и выемкой в головке 32. Как раскрыто в патенте США 5385101, выданном на имя Корзайна и др., вставка 36 в форме стакана или множество вставок позволяет снизить до минимума экструзию металлического материала из полости в случае поражения пулей 30 животного на охоте. Целостность металлической оболочки 12 может быть нарушена при попадании в кость или другие твердые структуры или при разрыве полой головки на осколки. Вставки 36 в форме стакана обеспечивают дополнительную прочность для предотвращения потери материала сердечника.

На фиг. 3-5 показаны пули, выполненные согласно изобретению и пригодные для использования в патронах для пистолетов. На фиг.3 показана пуля 40, называемая полуоболочечной пулей для пистолетов. Головка 41 выполнена из, по существу, чистого олова. Примерные калибры для пуль 40 - это 9-мм оболочечные пули для пистолетов системы "Люгер". Специальные полуоболочечные пули калибра 0,38, полуоболочечные пули калибра 0,40 S&W ("Смит и Вессон"), полуоболочечные пули калибра 0, 45 "Авто" с медной оболочкой, 5, 56-мм полуоболочечные пули и 10-мм полуоболочечные пули "Авто". Элементы, представленные на фиг.3-5, сходные с теми, которые представлены на фиг.1 и 2, обозначены одинаковыми позициями.

Пуля 42, представленная на фиг. 4, является полуоболочечной пулей с экспансивной выемкой. Головная часть 41 содержит направленную внутрь открытую спереди круглую полость 43. Одним примерным калибром для этой пули является полуоболочечная пуля калибра 9-мм системы "Люгер" с медной оболочкой и экспансивной выемкой.

На фиг. 5 показана пуля 44 с перегородкой, предназначенная для ручного стрелкового оружия. Металлическая оболочка 46, имеющая в основном Н-образную форму, содержит расположенную по центру перегородку 47, отделяющую заднюю полость 48 от передней полости 50. Как задняя полость 48, так и передняя полость 50 заполнены металлическим материалом 16 сердечника. Заглушка 34 может быть запрессована в заднюю часть 24 металлической оболочки 46 для того, чтобы удерживать металлический сердечник 16 в задней полости 48.

Пули согласно изобретению подходят для использования с любым обычным патроном без исключений, в том числе для патронов центрального боя для пистолетов, винтовок центрального боя, револьверов центрального боя и кольцевого воспламенения (боя). Пули не ограничены конкретными калибрами, и сердечники из, по существу, чистого олова, выполненные согласно изобретению, пригодны для любой из оболочечных пуль, в настоящее время имеющих свинцовые сердечники.

Пули размера, эффективного для стрельбы из пистолета с патроном центрального боя, находятся в диапазоне калибров от 0,25 до практически 0,458, а пули размера, эффективного для стрельбы из винтовки, в которой используют патроны центрального боя, находятся в диапазоне калибров от 0,22 до практически 0,50. Пули для патронов кольцевого воспламенения обычно имеют калибр 0,22 как для пистолетов, так и для винтовок.

Хотя пули согласно изобретению конкретно разработаны так, чтобы они по меньшей мере частично были покрыты металлической оболочкой, в объем изобретения входят безоболочечные пули, изготовленные из, по существу, чистого оловянного материала, раскрытого выше, особенно предназначенные для стрельбы из пистолета.

Преимущество изобретения станет более очевидным при ознакомлении со следующими примерами.

Примеры
Пример 1
9-мм полуоболочечные пули системы "Люгер" с медной оболочкой такого типа, который представлен на фиг.3, были выполнены с сердечниками из, по существу, чистого олова и отстрелы были произведены с использованием 9-мм стандартного испытательного ствола системы "Люгер SAAMI" (SAAMI - Институт изготовителей спортивного оружия и боеприпасов). Было установлено, что все испытанные пули обладали оптимальными внутренними и внешними баллистическими характеристиками в дополнение к предсказуемым траектории полета пули, точности и малому потенциалу рикошетов. Благодаря плотности олова, которая ниже плотности свинца, 9-мм пули системы "Люгер", выполненные согласно изобретению, имели массу в среднем 6,80 г в сравнении с обычными 9-мм пулями со свинцовым сердечником системы "Люгер" сходной конструкции, масса которых составляет в среднем 9,53 г.

Пример 2
Полуоболочечные пули калибра 0,40 системы "Смит и Вессон" (S&W) с медной оболочкой были выполнены с сердечниками из, по существу, чистого олова. Отстрелы этими пулями производили с использованием стандартного испытательного ствола калибра 0,40 системы S&W SAAMI. Было установлено, что все испытанные пули обладали оптимальными внутренними и внешними баллистическими характеристиками в дополнение к предсказуемым траектории полета пули, точности и малому потенциалу рикошетов. Благодаря плотности олова, которая ниже плотности свинца, пули калибра 0,40 системы S&W, выполненные согласно изобретению, имели массу в среднем 9,07 г в сравнении с обычными пулями калибра 0,40 системы S& W, которые при аналогичных размерах имели массу в среднем 11,66 г.

Пример 3
9-мм полуоболочечные пули системы "Люгер" с медной оболочкой и экспансивной выемкой такого типа, который представлен на фиг.4, были выполнены с сердечником из, по существу, чистого олова. Отстрелы, которые были произведены с использованием 9-мм стандартного испытательного ствола системы "Люгер", показали, что все испытанные пули обладали оптимальными внутренними и внешними баллистическими характеристиками в дополнение к предсказуемым траектории полета пули, точности и малому потенциалу рикошетов. 9-мм пули с медной оболочкой и экспансивной выемкой, выполненные согласно изобретению, имели среднюю массу 6,74 г в сравнении со стандартным производственным материалом пуль диаметром 9 мм системы "Люгер" с медной оболочкой и экспансивной выемкой.

Десять пуль, выполненных согласно изобретению, были снаряжены в стандартные 9-мм испытательные патроны с метательным зарядом Ball Powder^® (Ball Powder - товарный знак фирмы Primex Technologies, Inc., г. Санкт-Петербург, шт. Флорида. Заряд представлен фирмой Olin Corp., г. Ист Элтон, шт. Иллинойс) до длины патрона 2/832±0,025 см. Скорость пули при выстреле составила 335±6 м/с.

Согласно протоколу испытаний Федерального бюро испытаний боеприпасов пять пуль, выполненных согласно изобретению, были выстреляны в блок желатина с дистанции 3,05 м. Пули имели среднюю скорость 348,7 м/с и проникали в блок желатина в среднем на глубину 28,3 см.

Следующие пять выстрелов были произведены в блок желатина, покрытый слоем джинсовой ткани, покрытой слоем пуха. Пули были выстреляны с расстояния 3,05 м, они достигали скорости 353,6 м/с и проникали в среднем на глубину 28,9 см.

Скорость и глубина проникания пуль, выполненных согласно изобретению, были очень близки к соответствующим параметрам для пуль со стандартными сердечниками из свинца. Другие характеристики, в том числе сохранение при обжатии диаметра и массы, были сравнимы с аналогичными показателями обычных пуль со свинцовыми сердечниками.

Пример 4
9-мм полуоболочечные пули системы "Люгер" с медной оболочкой с сердечниками из , по существу, чистого олова, выполненные как раскрыто в Примере 1, были снаряжены в стандартные 9-мм патроны, как раскрыто в Примере 3, и были произведены сравнения с 9-мм пулями системы "Люгер" с цинковым сердечником, раскрытым в патенте США 5679920. Средняя масса пули, выполненной согласно изобретению, составила 6,80 г, а пуля на основе цинка имела массу 6,48 г. При стрельбе при температуре 21^oС пули согласно изобретению имели среднюю скорость в пределах 352-379 м/с. Пули с цинковым сердечником имели среднюю скорость в пределах 374-382 м/с.

Была произведена оценка точности попадания пуль. По пять выстрелов были произведены из каждого из трех различных 9-мм испытательных стволов системы "Люгер" по цели, находившейся на расстоянии 45,7 м. Каждое испытание было повторено пять раз и максимальный разброс каждой серии из пяти выстрелов занесен в таблицу 2. Очень высокая точность пуль, выполненных согласно изобретению, приближалась к спортивному уровню.

Потенциал рикошета оценивали по пяти выстрелам с использованием пуль с сердечником из , по существу, чистого олова и пяти пуль с сердечником из цинка в мишень в виде плиты толщиной 6,35 мм 143 мягкой стали с твердостью по Бриннелю в пределах 55-60 Н_в. Мишень размещали на расстоянии 15,24 м перед 9-мм испытательным стволом системы "Люгер" при нулевом отклонении от прямого угла. В таблице 3 приведены результаты соударения пули с мишенью.

В соответствии с настоящим изобретением создана не содержащая свинца (безсвинцовая) пуля, которая полностью отвечает целям, средствам и преимуществам, указанным выше. Хотя изобретение раскрыто на примере конкретных вариантов его осуществления, очевидно, что множество альтернативных решений, модификаций и вариантов может быть предложено специалистами в данной области техники. В соответствии с этим все подобные альтернативные решения и варианты, которые составляют сущность и объем настоящего изобретения охарактеризованы в нижеследующей формуле изобретения.

Изобретение относится к пулям для стрельбы из винтовок и пистолетов. Пуля содержит металлическую оболочку, имеющую наружную поверхность, определяющую аэродинамический профиль, и внутреннюю поверхность, определяющую, по меньшей мере, одну полость, которая заполнена по существу чистым оловом, имеющим содержание олова, по меньшей мере, 99,85%, предел текучести 11 МПа или менее и твердость около 3-5 НВ. Другим вариантом изобретения является пуля, содержащая металлическую оболочку, имеющую наружную поверхность, определяющую аэродинамический профиль, и внутреннюю поверхность, определяющую, по меньшей мере, одну полость, которая заполнена сплавом на основе олова, содержащим магний и имеющим предел текучести менее 20 МПа. Использование изобретения позволяет уменьшить вредное воздействие, оказываемое пулей на окружающую среду. 2 c. и 14 з.п. ф-лы, 3 табл., 5 ил.

1. Бессвинцовая пуля (10, 30, 40, 42, 44), содержащая металлическую оболочку (12, 46), имеющую наружную поверхность (18), определяющую аэродинамический профиль, и внутреннюю поверхность (14), определяющую, по меньшей мере, одну полость, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна полость, заполнена, по существу, чистым оловом (16), имеющим содержание олова, по меньшей мере, 99,85%, предел текучести 11 МПа или менее и твердость от около 3 до около 5 НВ.2. Бессвинцовая пуля по п.1, отличающаяся тем, что упомянутое, по существу, чистое олово содержит максимум 0,1 мас.% любой примеси в сплаве.3. Бессвинцовая пуля по п.1, отличающаяся тем, что максимальное содержание цинка в упомянутом, по существу, чистом олове составляет менее 0,005 мас.%.4. Бессвинцовая пуля по п.3, отличающаяся тем, что упомянутое, по существу, чистое олово содержит максимум 0,04 мас.% сурьмы, максимум 0,05 мас.% мышьяка, максимум 0,030 мас.% висмута, максимум 0,001 мас.% кадмия, максимум 0,04 мас.% меди, максимум 0,015 мас.% железа, максимум 0,05 мас.% свинца, максимум 0,01 мас.% серы и максимум 0,01 мас.% (никеля+кобальта).5. Бессвинцовая пуля по п.1, отличающаяся тем, что упомянутая металлическая оболочка выполнена из металла, выбранного из группы, включающей в себя медь, алюминий, сплавы меди, сплавы алюминия и сталь.6. Бессвинцовая пуля по п.5, отличающаяся тем, что упомянутая металлическая оболочка выполнена из медно-цинкового сплава.7. Бессвинцовая пуля по п.5, отличающаяся тем, что упомянутая пуля пригодна для стрельбы из пистолета.8. Бессвинцовая пуля по п.5, отличающаяся тем, что упомянутая пуля пригодна для стрельбы из винтовки.9. Бессвинцовая пуля по п.5, отличающаяся тем, что упомянутая металлическая оболочка содержит расположенную посередине перегородку, которая отделяет заднюю полость от передней полости, причем, по существу, чистое олово содержится в обеих задней и передней полостях.10. Бессвинцовая пуля по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна вставка в форме стакана расположена в упомянутой одной полости между упомянутым, по существу, чистым оловом и упомянутой головной частью.11. Бессвинцовая пуля (10, 30, 40, 42, 44), содержащая металлическую оболочку (12, 46), имеющую наружную поверхность (18), определяющую аэродинамический профиль, и внутреннюю поверхность (14), определяющую по меньшей мере одну полость, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна полость заполнена сплавом (16) на основе олова, содержащим магний и имеющим предел текучести менее 20 МПа.12. Бессвинцовая пуля по п.11, отличающаяся тем, что упомянутый магний присутствует в количестве около 0,5-5,0 мас.%, а другие примеси в сплаве составляют в целом менее 0,5 мас.%.13. Бессвинцовая пуля по любому из п.11 или 12, отличающаяся тем, что упомянутая металлическая оболочка выполнена из металла, выбранного из группы, включающей в себя медь, алюминий, сплавы меди, сплавы алюминия и сталь.14. Бессвинцовая пуля по п.13, отличающаяся тем, что металлическая оболочка выполнена из медно-цинкового сплава.15. Бессвинцовая пуля по п.13, отличающаяся тем, что упомянутая пуля пригодна для стрельбы из пистолета.16. Бессвинцовая пуля по п.13, отличающаяся тем, что упомянутая пуля пригодна для стрельбы из винтовки.