DE69332557T2

DE69332557T2 - A high density projectile

Info

Publication number: DE69332557T2
Application number: DE69332557T
Authority: DE
Inventors: Victor C. Oltrogge
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2013-04-29
Also published as: DE69332557D1; ATE229394T1

Description

Patent specification

Die vorliegende Erfindung betrifft hochdichte Metallprodukte und Verfahren zu deren Herstellung, konkret betrifft sie neuartige und verbesserte Projektile mit variabler Dichte sowie Verfahren und eine Vorrichtung zu deren Herstellung.The present invention relates to high density metal products and methods for their manufacture, more particularly to novel and improved variable density projectiles and methods and apparatus for their manufacture.

Background of the invention and field of invention

Traditionell bestanden Geschosse für Schrotflinten aus Blei, und zwar aufgrund von dessen hoher Dichte und niedrigen Schmelzpunkteigenschaften. In den letzten Jahren ist Blei jedoch infolge seiner Toxizität in ein schlechtes Licht geraten. Andererseits gibt es bislang keine zufriedenstellenden Ersatzmetalle mit denselben Dichteeigenschaften und jene Metalle, deren Dichte der von Blei in etwa nahe kommt, stellen wegen anderer Nachteile, z. B. hohe Kosten, Radioaktivität, hoher Schmelzpunkt oder andere Eigenschaften, keinen zufriedenstellenden Ersatz dar. Dementsprechend sind zahlreiche Versuche unternommen worden, um Metallgemische herzustellen, die als zufriedenstellende Ersatzmaterialien für Blei dienen würden, vor allem bei der Herstellung von Geschossen, Schrot, Kugeln und dergleichen.Traditionally, shotgun bullets have been made of lead because of its high density and low melting point properties. In recent years, however, lead has come under fire because of its toxicity. On the other hand, there are currently no satisfactory substitute metals with the same density properties, and those metals that are close to lead in density do not constitute satisfactory substitutes because of other disadvantages, such as high cost, radioactivity, high melting point, or other properties. Accordingly, numerous attempts have been made to produce metal mixtures that would serve as satisfactory substitute materials for lead, particularly in the manufacture of bullets, shot, bullets, and the like.

Unter anderen Lösungsansätzen, die vorgeschlagen wurden, betrifft das USA-Patent Nr. 4,428,295 an V. Urs ein hochdichtes Geschoss aus einem ungesinterten, kaltverdichteten Gemisch aus mindestens zwei Metallpulvern, wobei eines der Pulver dichter ist als Blei und das zweite Blei ist, welches unter Verdichtung strömbar ist und somit als Grundmaterial (Matrix) dienen kann, welches das dichtere, ungeschmolzene Pulver umgibt. Das Urs erteilte Patent ist repräsentativ für die Lösungsansätze, die unternommen wurden, um höhere Dichten als die von Blei zu erhalten, indem Blei mit dem Pulver eines Metalls, das eine höhere Dichte als Blei aufweist, kombiniert wird. Bei dem Kombinieren bzw. Verdichten der Metalle miteinander vermeidet Urs das Sintern, wodurch das Endprodukt Kaltschweißlinien mit mikroskopischen Leerräumen bzw. Luftlöchern entlang dieser Kaltschweißlinien aufweist, durch die die Festigkeit des Erzeugnisses abnimmt. Bei dem Begriff "Sintern", wie er in der Metallurgie verwendet wird, handelt es sich um die Behandlung verdichteter Metallpulver durch Erhitzen auf eine hohe Temperatur, die ausreichend ist, um eine Diffusion herbeizuführen, ohne dass dabei eines der vorhandenen Metalle schmilzt. Eine Schwierigkeit beim Sintern eines einzelnen Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt besteht darin, dass es schwierig ist, die Temperatur und Zeit in den erforderlichen Toleranzen zu steuern, und ein Erwärmen auf eine Temperatur, die nur etwas über der des Schmelzpunktes liegt, kann beispielsweise dazu führen, dass das Metall zu einer Pfütze schmilzt. Andererseits ist das Sintern des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt wünschenswert, wenn es um das Erreichen höherer Dichtewerte und einer höheren Festigkeit des entstehenden Artikels geht, denn zur Herstellung eines kontinuierlichen Grundmaterials und zum Vermeiden von Schweißlinien an dem Artikel ist Sintern effektiver als Verdichten allein.Among other approaches that have been proposed, U.S. Patent No. 4,428,295 to V. Urs relates to a high-density bullet made from an unsintered, cold-compacted mixture of at least two metal powders, one of the powders being denser than lead and the second being lead, which is flowable under compaction and thus can serve as a base material (matrix) surrounding the denser, unmelted powder. The patent granted to Urs is representative of the approaches that have been taken to obtain densities higher than lead by combining lead with the powder of a metal that is denser than lead. In combining or compacting the metals together, Urs avoids sintering, resulting in the final product having cold weld lines with microscopic voids or air holes along these cold weld lines that reduce the strength of the product. The term "sintering" as used in metallurgy refers to the treatment of compacted metal powders by heating to a high temperature sufficient to induce diffusion without melting any of the metals present. One difficulty in sintering a single low melting point metal is that it is difficult to control the temperature and time within the required tolerances, and heating to a temperature only slightly above the melting point, for example, may cause the metal to melt into a puddle. On the other hand, sintering the low melting point metal is desirable when it comes to achieving higher density values and greater strength in the resulting article, because in producing a continuous base material and avoiding weld lines on the article, sintering is more effective than densification alone.

Das USA-Patent 4,949,644 an J. E. Brown verwendet Wismut bzw. eine Wismutlegierung zur Bildung eines hochdichten Geschosses. Allerdings ist es außerordentlich schwierig, auf dieser Art und Weise die Dichte von Blei zu erreichen, denn Wismut hat eine wesentlich geringere Dichte als Blei und das Legieren von Wismut mit einem der wenigen Metalle, die dichter sind als Blei, bringt immense Probleme bezüglich der Toxizität, Wirtschaftlichkeit und Verarbeitung bei hohen Temperaturen mit sich.U.S. Patent 4,949,644 to J. E. Brown uses bismuth or a bismuth alloy to form a high-density bullet. However, it is extremely difficult to achieve the density of lead in this way because bismuth is much less dense than lead and alloying bismuth with one of the few metals denser than lead presents immense problems of toxicity, economics and processing at high temperatures.

US-A-5088415 betrifft die Herstellung von kugelförmigen Geschossen aus der Kombination eines schweren Kerns mit einer leichteren Außenschicht und beschreibt zwei Alternativen zu Blei: Konkret eine erste Alternative, bei der ein Wolfram- bzw. Urankern unter Verwendung konventioneller Beschichtungsverfahren mit einem Metall mit relativ niedrigem Schmelzpunkt beschichtet wird, und eine zweite Alternative, bei der in einem Schmelzbad aus relativ leichten Metallen und Legierungen von ihnen ein Wolfram- bzw. Uranpulver abgeschieden wird, woraufhin sich aus dem Metallpulver zusammen mit dem geschmolzenen Metall konzentrische Kugeln bilden, indem sie durch einen konventionellen Munitionsturm (shot tower) fallen.US-A-5088415 relates to the manufacture of spherical projectiles from the combination of a heavy core with a lighter outer layer and describes two alternatives to lead: specifically, a first alternative in which a tungsten or uranium core is coated with a metal with a relatively low melting point using conventional coating processes, and a second alternative in which a tungsten or uranium powder is deposited in a molten bath of relatively light metals and alloys thereof, whereupon concentric balls are formed from the metal powder together with the molten metal by falling through a conventional ammunition tower (shot tower).

Summary of the invention

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen und verbesserten Herstellungsartikels aus Metallen und in der Schaffung eines Verfahrens zu dessen Herstellung in einem großen Dichtebereich, um die Zieldichte zu erreichen.An object of the present invention is to provide a novel and improved article of manufacture made of metals and to provide a method for producing it in a wide range of densities to achieve the target density.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Auswahl einer einzigartigen Kombination von Metallen mit niedriger Toxizität und niedrigem Schmelzpunkt und in deren Kombination miteinander derart, dass eine Matrix gebildet wird, die an sich imstande ist, über einen breiten Temperaturbereich hinweg und nicht an einem konkreten Schmelzpunkt zu schmelzen, und in der Erhöhung der Dichte der Matrixlegierung auf den gewünschten Wert unter Zugabe eines oder mehrerer pulverförmiger Metalle mit niedriger Toxizität, hoher Dichte und hohem Schmelzpunkt.Another object of the invention is to select a unique combination of metals with low toxicity and low melting point and to Combining them together to form a matrix which is inherently capable of melting over a wide temperature range and not at a specific melting point, and increasing the density of the matrix alloy to the desired value by adding one or more powdered metals having low toxicity, high density and high melting point.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen und verbesserten Verfahrens und einer Vorrichtung zum Herstellen von Metallprojektilen mit hoher Dichte, wie beispielsweise von Geschossen, Kugeln, Schrot und dergleichen, wobei die Verwendung hochtoxischer Metalle vermieden wird, aber gleichzeitig die Eigenschaften von Metallen, wie beispielsweise Blei, im Hinblick auf die Dichte reproduzierbar ist.Another object of the invention is to provide a novel and improved method and apparatus for producing high density metal projectiles such as bullets, balls, shot and the like, while avoiding the use of highly toxic metals, but at the same time reproducing the density properties of metals such as lead.

Darüber hinaus besteht ein Ziel der Erfindung in der Schaffung einer neuartigen und verbesserten Kombination von Metallen, die kostengünstig ist und eine gewünschte Zieldichte über einen extrem großen Dichtebereich und so erreicht, dass eine strenge Kontrolle der Sintertemperatur beim Sintern bzw. des Schmelzbereiches der Metallkomponenten beim Kombinieren von ihnen unnötig wird, und eine gleichmäßige Verteilung der Metallpartikel, die nicht am Sinterprozess beteiligt sind, in dem gesamten Herstellungsgegenstand aufrechterhalten wird.Moreover, it is an object of the invention to provide a novel and improved combination of metals which is cost effective and achieves a desired target density over an extremely wide range of densities and in such a way that strict control of the sintering temperature during sintering or the melting range of the metal components when combining them becomes unnecessary and a uniform distribution of the metal particles not involved in the sintering process is maintained throughout the article of manufacture.

Weiterhin hat die Erfindung das Ziel, ein neuartiges und verbessertes Verfahren zum Kombinieren von Metallen unterschiedlicher Dichte zu schaffen, das kostengünstig ist, eine gewünschte Zieldichte über einen extrem großen Bereich erreicht und eine strenge Kontrolle der Schmelztemperatur bzw. des Schmelzbereiches der Metallkomponenten beim Kombinieren unnötig macht.A further object of the invention is to provide a novel and improved method for combining metals of different densities which is cost-effective, achieves a desired target density over an extremely wide range and eliminates the need for strict control of the melting temperature or melting range of the metal components during combination.

Wiederum ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, ein neuartiges und verbessertes Verfahren zum Gießen von Projektilen und anderen Produkten aus einer Schmelze aus einem oder mehreren Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt bzw. einer Legierung zu schaffen, die ungeschmolzene Partikel von einem oder mehreren Metallen mit hoher Dichte und hohem Schmelzpunkt enthält.Yet another object of the invention is to provide a novel and improved method for casting projectiles and other products from a melt of one or more low melting point metals or an alloy containing unmelted particles of one or more high density, high melting point metals.

Ein zusätzliches Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen und verbesserten Verfahrens zum Kombinieren von Metallen mit niedriger Dichte mit einem oder mehreren Metallpulvern mit hoher Dichte bei der Herstellung von hochdichten Projektilen, die als ein wirkungsvoller Ersatz von Blei dienen, wobei gleichzeitig die Verwendung toxischer Materialien und hochkomplizierter oder schwieriger Herstellungsverfahren und -anlagen umgangen wird.An additional object of the invention is to provide a novel and improved method for combining low density metals with one or more high density metal powders in the manufacture of high density projectiles which serve as an effective replacement for lead while avoiding the use of toxic materials and highly complicated or difficult manufacturing processes and equipment.

Erfindungsgemäß besteht ein hochdichtes Projektil aus wenigstens einem Metall mit einer Dichte, die unterhalb einer vorgegebenen Zieldichte liegt, und einem oder mehreren Metallpulvern mit hohem Schmelzpunkt und einer Dichte über der Zieldichte, die in ausreichender Menge in dem gesamten Metall bzw. den Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt verteilt sind, sodass ein entstehendes Produkt die Zieldichte aufweist.According to the invention, a high-density projectile consists of at least one metal having a density below a predetermined target density and one or more high melting point metal powders having a density above the target density, which are distributed in sufficient quantity throughout the low melting point metal or metals so that a resulting product has the target density.

Bei der Fertigung von erfindungsgemäßen Herstellungsgegenständen können verschiedene Verfahren zum Einsatz kommen. Bei einem Gießverfahren wird mindestens ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt bis auf den geschmolzenen Zustand kurz über der Flüssiglinie des Metalls bzw. der Legierung erhitzt, ein Metall mit hohem Schmelzpunkt in Pulverform eingeleitet und kräftig umgerührt, sodass aus dem entstehenden Gemisch Tröpfchen gebildet werden und entweder mit oder ohne Schleudern weiter durch einen schwerelosen Raum geleitet werden oder durch Luft oder Wasser oder ein anderes Fluid nach unten fallen. Bei einem pulvermetallurgischen Prozess werden Pulver aus Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt und hohem Schmelzpunkt vermischt, gefolgt von einer Verdichtung zu der gewünschten Produktform und dem Sintern zwecks Verteilen und Diffundieren der Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt ineinander. Bei einem alternativen Ansatz zu den oben beschriebenen Verfahren werden zwei oder mehr Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt miteinander kombiniert, um ein Legierungssystem zu bilden, welches auf eine Temperatur oberhalb der Flüssiglinie des Schmelzbereiches der Legierung erhitzt und auf eine Temperatur kurz über der Festlinie abgekühlt wird, sodass die Legierung pastös wird, es werden ein oder mehrere Metallpulver mit höherem Schmelzpunkt und einer Dichte, die über dem Niveau der Zieldichte liegt, in ausreichenden Mengen eingeleitet, um ein Gemisch zu bilden, welches nach Kombination die Zieldichte besitzt, gefolgt von der Formgebung der entstehenden Gemische zur gewünschten Form des Artikels, beispielsweise durch Druckgießen.Various processes can be used in the manufacture of articles of manufacture according to the invention. In a casting process, at least one low melting point metal is heated to the molten state just above the liquid line of the metal or alloy, a high melting point metal is introduced in powder form and vigorously stirred so that droplets are formed from the resulting mixture and are either passed through a weightless space with or without spinning or fall downward through air or water or other fluid. In a powder metallurgy process, powders of low melting point and high melting point metals are mixed, followed by compaction into the desired product shape and sintering to distribute and diffuse the low melting point metals into each other. In an alternative approach to the methods described above, two or more low melting point metals are combined to form an alloy system which is heated to a temperature above the liquid line of the alloy's melting range and cooled to a temperature just above the solid line so that the alloy becomes pasty, one or more higher melting point metal powders with a density above the target density level are introduced in sufficient amounts to form a mixture which, when combined, has the target density, followed by shaping the resulting mixtures into the desired shape of the article, for example by die casting.

Der erfindungsgemäße Herstellungsgegenstand und das Verfahren zu seiner Herstellung eigenen sich außerordentlich gut für verschiedene Endprodukte, deren Eigenschaften am besten angegeben werden können, indem ihre Verwendung bei der Herstellung von Projektilen, z. B. Gewehrkugeln, Geschossen, Schrot und dergleichen, beschrieben wird. Zum Beispiel kann bei der Anwendung auf die Herstellung von Kugeln die Dichte eine Variable für den Kugelkonstrukteur darstellen, wenn es um die Verbesserung der Leistungsparameter der Kugel geht, d. h. um eine verbesserte Geschwindigkeitskonstanz während des Flugs der Kugel. Ebenso können auch Schrotkugeln mit verschiedenen Gesamtdichtewerten konstruiert werden. So kann Schrot hergestellt werden, das aerodynamische Faktoren berücksichtigt, z. B. Schrot in der Form von Kugeln mit hinteren Enden, um gegebenenfalls beim Flug die Stabilität zu erhöhen. Für einen niedrigeren aerodynamischen Widerstandskoeffizienten und für eine gute Flugstabilität ist ein konisches hinteres Endes günstiger als eine Kugelform.The article of manufacture of the invention and the method of making it are extremely well suited to various end products, the properties of which can best be specified by describing their use in the manufacture of projectiles, e.g. bullets, projectiles, shot and the like. For example, when applied to the manufacture of bullets, density may be a variable for the bullet designer when it comes to improving the performance parameters of the bullet, i.e., improved Constancy of speed during the flight of the bullet. Likewise, shot can be designed with different total density values. This allows shot to be produced that takes aerodynamic factors into account, e.g. shot in the shape of bullets with rear ends to increase stability during flight if necessary. For a lower aerodynamic drag coefficient and for good flight stability, a conical rear end is more advantageous than a spherical shape.

Andere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden im Zusammenhang mit der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlicher und verständlich, wobei:Other objects, advantages and features of the invention will become more apparent and understandable in connection with the following detailed description of a preferred embodiment and with reference to the accompanying drawings, in which:

Short description of the drawings

Fig. 1 ein Ablaufidagramm ist, welches die Abfolge von Schritten bei dem bevorzugten Verfahren darstellt, die bei der Herstellung von erfindungsgemäßen Gegenständen ausgeführt werden;Figure 1 is a flow chart illustrating the sequence of steps in the preferred method carried out in making articles of the invention;

Fig. 2 ist ein Phasendiagramm, das das eutektische Wesen des Wismut-Zinn- Systems darstellt und die Fest- und Flüssiglinie zeigt;Fig. 2 is a phase diagram illustrating the eutectic nature of the bismuth-tin system, showing the solid and liquid lines;

die Fig. 3 bis 6 sind Schnittdarstellungen verschiedener Kugelkonfigurationen, die erfindungsgemäß gebildet werden;Figures 3 to 6 are sectional views of various ball configurations formed in accordance with the invention;

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht eines sphärischen Geschosses;Fig. 7 is a cross-sectional view of a spherical projectile;

Fig. 8 ist eine Querschnittansicht eines Geschosses mit einem konischen hinteren Endabschnitt;Fig. 8 is a cross-sectional view of a bullet having a tapered rear end section;

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht eines Geschosses mit konischem hinteren Ende mit darauf befindlichen aerodynamischen Seitenflossen;Fig. 9 is a cross-sectional view of a projectile having a tapered tail end with aerodynamic fins thereon;

Fig. 10 ist eine andere Ansicht, teilweise im Schnitt, des in Fig. 9 abgebildeten Geschosses im rechten Winkel dazu;Fig. 10 is another view, partly in section, of the projectile shown in Fig. 9, taken at right angles thereto;

Fig. 11 ist eine schematische Ansicht einer bevorzugten Form von Schmelztiegeln zur Herstellung von Geschossen gemäß der vorliegenden Erfindung,Fig. 11 is a schematic view of a preferred form of crucibles for producing projectiles according to the present invention,

Fig. 12 ist eine andere schematische Ansicht eines Schmelztiegels, der beim Herstellen von Geschossen zusammen mit jenem aus Fig. 11 verwendet wird;Fig. 12 is another schematic view of a crucible used in the manufacture of bullets together with that of Fig. 11;

Fig. 13 ist ein Ablaufdiagramm eines abgewandelten Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung undFig. 13 is a flow chart of a modified method according to the present invention and

Fig. 14 ist wiederum eine andere modifizierte Form des erfindungsgemäß angewandten Verfahrens.Fig. 14 is yet another modified form of the method used according to the invention.

Detailed description of the preferred embodiment

Wenn man sich die Zeichnungen genauer ansieht, so stellt Fig. 1 den Ablauf von Schritten dar, die bei der Herstellung von hochdichten Metallprodukten mit einer Blei vergleichbaren oder größeren Dichte ausgeführt werden. Am besten lässt sich die vorliegende Erfindung kennzeichnen, indem ihre Anwendung bei der Herstellung von Projektilen, beispielsweise Geschossen, beschrieben wird, wobei die Dichte gemäß den gewünschten ballistischen und anderen Eigenschaften des Projektils in engen Grenzen gesteuert werden kann. Bei dem bevorzugten Verfahren aus Fig. 1 stellt Schritt 1 das Schmelzen eines Gemisches aus Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt auf eine Temperatur oberhalb der Flüssiglinie der Legierung dar, wie in Fig. 2 für Wismut und Zinn abgebildet. Typischerweise haben die zwei oder mehr Metalle, die als Komponenten der Matrix mit niedrigem Schmelzpunkt ausgewählt werden, eine Dichte, die unterhalb der Zieldichte der Endproduktes liegt. Nachstehend werden Metalle mit den gewünschten Eigenschaften sowie typische Kombinationen aus ihnen zur Herstellung eines gewünschten Endproduktes identifiziert.Looking more closely at the drawings, Fig. 1 illustrates the sequence of steps performed in the manufacture of high density metal products having a density comparable to or greater than lead. The present invention can best be characterized by describing its application to the manufacture of projectiles, such as bullets, where the density can be controlled within narrow limits according to the desired ballistic and other properties of the projectile. In the preferred process of Fig. 1, step 1 represents melting a mixture of low melting point metals to a temperature above the liquid line of the alloy, as shown in Fig. 2 for bismuth and tin. Typically, the two or more metals selected as components of the low melting point matrix have a density below the target density of the final product. Metals having the desired properties and typical combinations thereof to produce a desired final product are identified below.

Nachdem die Matrixlegierung erfindungsgemäß geschmolzen ist, wird ein hochdichtes Metallpulver mit hohem Schmelzpunkt in solchen Masseanteilen in die Legierung eingeleitet, dass ein Endprodukt mit der angestrebten Dichte entsteht. Das Metall mit hohem Schmelzpunkt wird in Pulverform mit gewünschter Größe bzw. Konsistenz eingeleitet und gleichmäßig durch kräftiges Umrühren verteilt, ohne dabei in die Legierung hineinzufließen, woraufhin sich Tröpfchen bilden, wie in Schritt 3 angegeben. Die Tröpfchenbildung wird nachstehend im Zusammenhang mit der bevorzugten Vorrichtung aus den Fig. 11 und 12 genauer erörtert. Was das Verfahren betrifft, handelt es sich hierbei um den nachfolgenden Schritt 4, bei dem die Tröpfchen mit oder ohne Schleudern durch einen Fallturm und durch verschiedene Fluidmedien befördert werden, um eine gleichmäßige Dichteverteilung zu steuern. Aus dem Vorgenannten können Veränderungen der relativen Masseanteile der Metalle vorgenommen werden, speziell beim Einleiten des Pulvers mit hohem Schmelzpunkt, um so eine gewünschte bzw. die Zieldichte zu erreichen; ebenso kann ein einziges Metall mit niedrigem Schmelzpunkt geschmolzen und mit einem oder mehreren hochdichten Metallpulvern mit hohem Schmelzpunkt in der beschriebenen Art und Weise kombiniert werden.After the matrix alloy is melted in accordance with the present invention, a high density, high melting point metal powder is introduced into the alloy in mass proportions to produce a final product of the desired density. The high melting point metal is introduced in powder form of the desired size or consistency and evenly distributed by vigorous agitation without flowing into the alloy, whereupon droplets are formed as indicated in step 3. Droplet formation is discussed in more detail below in connection with the preferred apparatus of Figures 11 and 12. As for the process, this is the subsequent step 4 in which the droplets are conveyed through a drop tower and through various fluid media with or without spinning to control a uniform density distribution. From the foregoing, changes in the relative mass proportions of the metals can be made, especially when introducing the high melting point powder, to achieve a desired or target density; Similarly, a single low melting point metal can be melted and combined with one or more high density high melting point metal powders in the manner described.

EXAMPLE

Es wurde ein Produkt hergestellt, indem Wismut, das 44,49 Masseprozent der gesamten Zusammensetzung ausmacht, mit 16,46 Masseprozent Zinn vermischt wurden und gemäß Schritt 1 aus Fig. 1 geschmolzen wurden. Das Wismut und Zinn bilden eine Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt, deren Flüssiglinie und Festlinie in Fig. 2 abgebildet sind. Aus wirtschaftlichen Gründen werden die Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt vorzugsweise in Partikelform oder in Form größerer Brocken geschmolzen und auf eine Temperatur oberhalb der Flüssigtemperatur der Legierung erhitzt, die ausreicht, damit Wismut und Zinn zu einer kontinuierlichen Legierung verschmelzen, in die das Metallpulver mit hohem Schmelzpunkt eingeleitet wird, wie in Schritt 2 dargestellt. Konkret wurde Wolfram in einem Anteil von 39,04 Masseprozent in Pulverform eingeleitet und durch Verrühren gleichmäßig in der geschmolzenen Legierung verteilt.A product was prepared by mixing bismuth, which constitutes 44.49 mass percent of the total composition, with 16.46 mass percent tin and melting it according to step 1 of Fig. 1. The bismuth and tin form a low melting point alloy, the liquid line and solid line of which are shown in Fig. 2. For economic reasons, the low melting point metals are preferably melted in particle form or in the form of larger chunks and heated to a temperature above the liquid temperature of the alloy sufficient to fuse the bismuth and tin into a continuous alloy into which the high melting point metal powder is introduced as shown in step 2. Specifically, tungsten was introduced in a proportion of 39.04 mass percent in powder form and evenly distributed in the molten alloy by stirring.

Es können verschiedene Metallkombinationen gewählt werden, um die Anforderungen an eine Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt und der gewünschten Dichte zu erfüllen. Geeignete Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt lassen sich aus einem oder mehreren der nachfolgenden herstellen: Zinn, Antimon, Zink, Indium, Kupfer, Wismut, Silber, Arsen, Aluminium, Kadmium, Selen und Kalzium. In der nachstehenden Tabelle 1 sind Kombinationen aus den Metallen Wolfram, Wismut und Zinn veranschaulicht, die zu einem Material mit einer Dichte führen, die der Dichte von Blei entspricht und 11,34 g/cm³ beträgt. Tabelle I Masseanteil von: Tabelle II Masseanteil von: Tabelle III Masseanteil von: Tabelle IV Masseanteil von: Tabelle V Masseanteil von: Tabelle VI Masseanteil von: Various metal combinations can be selected to meet the requirements for a low melting point alloy with the desired density. Suitable low melting point metals can be prepared from one or more of the following: tin, antimony, zinc, indium, copper, bismuth, silver, arsenic, aluminium, cadmium, selenium and calcium. Table 1 below illustrates combinations of the metals tungsten, bismuth and tin which result in a material with a density equivalent to that of lead, which is 11.34 g/cm3. Table I Mass fraction of: Table II Mass fraction of: Table III Mass fraction of: Table IV Mass fraction of: Table V Mass fraction of: Table VI Mass fraction of:

Die obige Tabelle 1 zeigt weiterhin, wie Änderungen bei jedem Bestandteil trotzdem eine einzige Dichte herbeiführen, und zur Veranschaulichung ist in der Tabelle als Zieldichte die von Blei angegeben. Tabelle 2 lässt erkennen, dass andere Variierungen in der Zusammensetzung eine Zieldichte innerhalb der Dichtegrenzen des Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt und zum Fehlen von Zwischenräumen zwischen den Wolframpartikeln nach sich ziehen können. Tabelle 3 veranschaulicht die Verwendung eines anderen Metalls, nämlich Antimon, wobei Wismut und Antimon gemeinsam ein isomorphes Legierungssystem bilden. In den Tabellen IV bis VI ist ein einziges Metall als Matrixmaterial abgebildet, das als einziges Metall mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet wird.Table 1 above further shows how changes in each component still produce a single density, and for illustrative purposes the target density in the table is that of lead. Table 2 shows that other variations in composition can produce a target density within the density limits of the low melting point metal and the absence of gaps between the tungsten particles. Table 3 illustrates the use of of another metal, namely antimony, with bismuth and antimony together forming an isomorphous alloy system. Tables IV to VI show a single metal as matrix material, which is used as the only low melting point metal.

Den Zusammensetzungen können andere Metalle beigefügt werden, und zwar in relativ kleinen Mengen, um die Härte, die kristallographische Formgröße, das äußere Erscheinungsbild, die Oberflächenspannung der Schmelze, den Elastizitätsmodul oder die elektrischen bzw. magnetischen Eigenschaften des Produktes einzustellen. Beispiele anderer hochdichter Metalle, deren Dichte über die von Blei hinausgeht und die geeigneter Weise anstelle von Wolfram oder zusätzlich zu Wolfram zum Einsatz kommen können, sind u. a. Tantal, Iridium, Osmium, Rhenium, Gold und deren Legierungen.Other metals may be added to the compositions in relatively small amounts to adjust the hardness, crystallographic shape size, external appearance, melt surface tension, elastic modulus, or electrical or magnetic properties of the product. Examples of other high density metals, which have densities exceeding lead, and which may be suitably used instead of or in addition to tungsten include tantalum, iridium, osmium, rhenium, gold and their alloys.

Fig. 3 zeigt eine typische Gewehrkugel 20, die eine erfindungsgemäß hergestellte Kernzusammensetzung 22 enthält und einen Außenmantel 24 mit konventionellem Aufbau hat. Fig. 4 zeigt eine typische Pistolenkugel 26 mit einem Kernmaterial 22, das mehr oder weniger stupsnasenfömig konfiguriert und in einen Außenmantel 28 gehüllt ist. In den Fig. 5 und 6 sind typische Kugeln ohne Ummantelung dargestellt, die lediglich aus einem erfindungsgemäßen Kernmaterial 22 bestehen und die beispielsweise so geformt sind, dass sie einen sich verjüngenden Endabschnitt 30 und axial beabstandete Umfangsnuten 31 aufweisen, die um die Außenfläche der Kugel herum ausgebildet sind. In Fig. 6 ist eine typische Gewehrkugel 34 zu sehen, die keine Ummantelung besitzt und vollständig aus dem Kernmaterial 22 besteht, das in eine längliche Form gebracht wurde und ein sich verjüngendes Ende 36 aufweist, und bei der beabstandete Umfangsnuten 37 eine breitere Nut 38 in einem Mittelteil der Kugel einschließen.Fig. 3 shows a typical rifle bullet 20 containing a core composition 22 made in accordance with the invention and having an outer jacket 24 of conventional construction. Fig. 4 shows a typical pistol bullet 26 having a core material 22 configured in a more or less snub nose shape and encased in an outer jacket 28. Figs. 5 and 6 show typical uncased bullets consisting solely of a core material 22 in accordance with the invention and shaped, for example, to have a tapered end portion 30 and axially spaced circumferential grooves 31 formed around the outer surface of the bullet. In Fig. 6 there is shown a typical rifle bullet 34, which has no jacket and consists entirely of the core material 22, which has been formed into an elongated shape and has a tapered end 36, and in which spaced circumferential grooves 37 enclose a wider groove 38 in a central portion of the bullet.

Fig. 7 zeigt sphärisches Schrot 40, das vollständig aus dem Kernmaterial 22 besteht und bei dem hochdichte Wolframpartikel oder andere hochdichte Partikel gleichmäßig in dem Schrot P verteilt sind.Fig. 7 shows spherical shot 40 consisting entirely of the core material 22 and in which high density tungsten particles or other high density particles are evenly distributed in the shot P.

In Fig. 8 ist ein Geschoss 44 mit einem allgemein sphärischen Ende 44 und einem konischen hinteren Endabschnitt 45 abgebildet, wobei das Kernmaterial 22 entsprechend den Dichteanforderungen des Geschosses eine ausgewählte Konzentration an hochdichten Partikeln P enthält.In Fig. 8, a projectile 44 is shown having a generally spherical end 44 and a conical rear end portion 45, wherein the core material 22 contains a selected concentration of high density particles P according to the density requirements of the projectile.

Die Fig. 9 und 10 zeigen die Form eines Geschosses 46, das wie in Fig. 8 ein sphärisches Ende 44 und einen konischen hinteren Endabschnitt 45 aufweist und vollständig aus dem Kernmaterial 22 besteht, wobei entsprechend der gewünschten Ballistik und Dichte des Geschosses 46 hochdichte Partikel P verteilt sind. Zusätzlich ist ein Paar Seitenflossen 47 diametral gegenüberliegend an dem konischen hinteren Endabschnitt 45 angeordnet, das aus dem Kernmaterial 22 mit den hochdichten Partikeln P zusammengesetzt ist, um einen unitären Teil des Geschosses zu bilden. Vorzugsweise verfügen die Seitenflossen 47 über Hinterkanten 48 und 48', die wie in Fig. 10 in entgegengesetzte Richtungen zu der gemeinsamen, durch die Seitenflossen 47 verlaufenden Ebene angewinkelt sind.Figs. 9 and 10 show the shape of a projectile 46 which, as in Fig. 8, has a spherical end 44 and a conical rear end portion 45 and consists entirely of the core material 22 with high density particles P distributed therethrough in accordance with the desired ballistics and density of the projectile 46. In addition, a pair of side fins 47 are arranged diametrically opposite each other on the conical rear end portion 45, which is composed of the core material 22 with the high density particles P to form a unitary part of the projectile. Preferably, the side fins 47 have trailing edges 48 and 48' which are angled in opposite directions to the common plane passing through the side fins 47 as in Fig. 10.

Bei der Fertigung von Schrot der anhand von Fig. 7 veranschaulichten und beschriebenen Art wurde das formlose Gießen zum Gießen des bleiernen Schrots in einem Fallturm angewandt. Tröpfchen aus geschmolzenem Blei fallen über einen ausreichenden Abstand hinweg durch die Luft nach unten, um vor dem Auftreffen auf die Oberfläche eines mit Wasser gefüllten Systems zu erstarren. Dieses Verfahren, das oft mit der Zugabe von Arsen zwecks Erhöhung der Oberflächenspannung der geschmolzenen Tröpfchen kombiniert wird, lässt sich zur Herstellung von sphärischen Geschossen verwenden. Das Prinzip kommt beispielsweise in den USA- Patenten Nr. 2,978,742 und 3,677,669 an Bliemeister zur Anwendung, in denen die Herstellung von Geschossen beschrieben wird, die durch Wasser nach unten fallen und somit einen kürzeren vertikalen Abstand erforderlich machen. Allerdings ist der Widerstandskoeffizient im Wasser wesentlich größer als in der Luft, wodurch sich das Geschoss verformt, durch Schleudern während des Falls durch das Wasser wird jedoch die Verformung des Geschosses minimiert.In the manufacture of shot of the type illustrated and described in Fig. 7, formless casting was used to cast the lead shot in a drop tower. Droplets of molten lead fall downward through the air a sufficient distance to solidify before striking the surface of a water-filled system. This process, often combined with the addition of arsenic to increase the surface tension of the molten droplets, can be used to make spherical bullets. The principle is used, for example, in U.S. Patent Nos. 2,978,742 and 3,677,669 to Bliemeister, which describe the manufacture of bullets that fall downward through water, thus requiring a shorter vertical distance. However, the coefficient of drag in water is much higher than in air, causing the projectile to deform, but by spinning as it falls through the water, the deformation of the projectile is minimized.

Eine Vorrichtung zur Fertigung von Geschossen gemäß dem in Fig. 1 abgebildeten und beschriebenen Verfahren ist in Fig. 11 zu sehen und umfasst einen ersten Schmelztiegel 64 mit einem Zylinder 66 mit unten geschlossenem Ende 67 und in der Mitte befindlichem Rührer 68 mit vertikalen Schaufeln 69, die zur Drehung in dem Zylinder 66 montiert sind. Die Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt, wie beispielsweise Wismut und Zinn, können nach dem Einbringen in den Schmelztiegel aus Fig. 12 separat geschmolzen, in den richtigen Anteilen miteinander vermischt und im geschmolzenem Zustand belassen werden. Das pulverförmige Metall mit hohem Schmelzpunkt, z. B. Wolfram, wird in den Schmelztiegel eingeleitet und durch schnelles Rühren mit dem Rührer 68 stark mit den Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt vermischt. Am besten ist es, wenn der Rührer 68 einen wesentlich kleineren Durchmesser als der Zylinder 66 hat und die Strömung der Schmelze mit den mitgeführten Metallpartikeln hoher Dichte in Richtung der Pfeile verläuft, wobei sich die Schmelze in axialer Richtung entlang der Welle nach unten bewegt, durch die Rührerschaufeln 69 ausgegeben wird und daraufhin entlang der Zylinderwand 66 nach oben strömt. Die Heizelemente 70 und die Außenisolierung 72 dienen dem Aufrechterhalten der Temperatur der Schmelze. An einer oder mehreren Stellen entlang der flachen Bodenoberfläche 67 des Zylinders 66 nehmen Öffnungen 74 das untere, sich verjüngende Ende eines Nadelventils 75 auf, wobei das Nadelventil in vertikaler Richtung hin- und herbewegt wird, um nacheinander die dazugehörigen Öffnungen 74 zu schließen und zu öffnen und somit eine Schwerkraftströmung des geschmolzenen Materials und der mitgeführten hochdichten, ungeschmolzenen Partikel mit hohem Schmelzpunkt vom unteren Ende des Schmelztiegels 65 her über ein Rohr 75 zwecks Einleitung in den Schmelztiegel 49 aus Fig. 12 zu ermöglichen.An apparatus for manufacturing projectiles according to the method illustrated and described in Fig. 1 is shown in Fig. 11 and comprises a first crucible 64 having a cylinder 66 with a closed bottom end 67 and a central stirrer 68 having vertical blades 69 mounted for rotation in the cylinder 66. The low melting point metals such as bismuth and tin can be melted separately after being introduced into the crucible of Fig. 12, mixed together in the correct proportions and left in the molten state. The powdered high melting point metal such as tungsten is introduced into the crucible and mixed thoroughly with the low melting point metals by rapid stirring with the stirrer 68. It is best if the stirrer 68 has a much smaller diameter than the cylinder 66 and the flow of the melt with the entrained high density metal particles in the direction of the arrows, the melt moving axially downward along the shaft, being discharged through the agitator blades 69, and then flowing upward along the cylinder wall 66. The heating elements 70 and external insulation 72 serve to maintain the temperature of the melt. At one or more locations along the flat bottom surface 67 of the cylinder 66, openings 74 receive the lower tapered end of a needle valve 75, the needle valve being reciprocated vertically to sequentially close and open the associated openings 74 to permit gravity flow of the molten material and entrained high density, unmelted, high melting point particles from the bottom of the crucible 65 through a tube 75 for introduction into the crucible 49 of Fig. 12.

In Fig. 12 verfügt ein zweiter Schmelztiegel 49 über einen Innenzylinder 50, der sich innen und konzentrisch beabstandet zu einem Außenzylinder 52 befindet, um eine Strömung zwischen dem Innenzylinder 50 und durch den Ring zwischen den Zylindern 50 und 52 herzustellen. Ein in der Mitte befindlicher Rührer 53 lenkt die darin befindlichen Materialien, die im geschmolzenen Zustand gehalten worden sind, mit dem mitgeführten, ungeschmolzenen Metallpulver, wie zuvor beschrieben, durch den Innenzylinder 50 nach unten, gefolgt von einer Aufwärtsströmung durch den Ring zwischen den Zylindern, wie in der Abbildung, und über die Oberseite des Innenzylinders 50 wieder durch ihn hindurch nach unten. Der Außenzylinder 52 hat wie in der Abbildung ein unteres geschlossenes Ende 54, das allgemein becherförmig ist, um während des Bewegens der Schmelze vom unteren Ende des Zylinders eine gleichmäßige Strömung zwischen dem Innen- und dem Außenzylinder 50 und 52 zu gewährleisten. Auf diese Art und Weise werden die festen, hochdichten Partikel mit hohem Schmelzpunkt, die in das geschmolzene Metall eingeleitet wurden, gleichmäßig in der Schmelze verteilt und neigen nicht dazu, sich am Boden des Zylinders anzusammeln. Durch das untere geschlossene Ende 54 des Außenzylinders verlaufen Öffnungen 55, die mit Öffnungen 56 in einer dünnen Ventilplatte 57 in Verbindung stehen, die sich um eine zu dem Rührer 53 ausgerichtete Mittelwelle 58 dreht. Durch die Drehung der Ventilplatte 57 werden die Öffnungen 56 abwechselnd zu den Öffnungen 55 im Zylinder ausgerichtet bzw. zu ihnen versetzt angeordnet, sodass die Strömung von Material aus dem Zylinder 52 heraus ermöglicht bzw. verhindert wird. Eine Oszillatorplatte 60 liegt am Boden der Ventilplatte 57 an und ist um die Mittelwelle 58 drehbar; die Platte 60 weist Löcher 61 auf, die zu den Öffnungen 55 im Zylinder 52 ausgerichtet gehalten werden. Die Oszillatorplatte kann mit einem konventionellen Schwingungserzeuger mit einstellbarer Frequenz und Amplitude um seine Achse drehend oszilliert bzw. in Schwingung versetzt werden. Die Schwingungsamplitude der Oszillatorplatte 60 ist nie so groß, dass eine Fehlausrichtung zwischen den Löchern 61 und den Löchern 55 in dem Maße einsetzt, dass der Strömungsweg durch sie hindurch verschlossen wird, wenn die Ventilplattenöffnungen 56 zu den Öffnungen 55 ausgerichtet sind, und die Schwingungen der Oszillatorplatte 60 tragen dazu bei, dass die entstehenden Tröpfchen, z. B. die Tröpfchen 22, eine einheitliche Größe aufweisen. Die Größe der Tröpfchen wird gesteuert durch die Temperatur der Schmelze, die Eigenschaften der verwendeten Metalle, die Höhe der Schmelze im Zylinder 52, die Größe der Öffnungen 56 und 61 in der Ventilplatte 57 bzw. der Oszillatorplatte 60 und durch die Schwingungsamplitude und -frequenz der Oszillatorplatte 60. Um den Außenzylinder herum sind Heizelemente 62 angeordnet, um einen geregelten Temperaturwert der Schmelze aufrechtzuerhalten. Dementsprechend wird die Schmelze auf dem Schmelztiegel 65 aus Fig. 11 in den Schmelztiegel 48 aus Fig. 12 eingeleitet, um einen konstanten Pegel der Schmelze in dem Schmelztiegel 48 oberhalb des Innenzylinders 50 aufrechtzuerhalten und somit eine gleichmäßige Strömungsrate durch die Öffnungen 56 und 61 hindurch zu gewährleisten, wodurch das Vermischen und Lösen in gleichmäßiger Geschwindigkeit fortgesetzt wird.In Fig. 12, a second crucible 49 has an inner cylinder 50 located internally and concentrically spaced from an outer cylinder 52 to establish flow between the inner cylinder 50 and through the ring between the cylinders 50 and 52. A central agitator 53 directs the materials therein which have been maintained in the molten state, with the entrained unmelted metal powder as previously described, downward through the inner cylinder 50, followed by upward flow through the ring between the cylinders as shown, and over the top of the inner cylinder 50 and back down through it. The outer cylinder 52 has a lower closed end 54 as shown which is generally cup-shaped to ensure uniform flow between the inner and outer cylinders 50 and 52 during movement of the melt from the lower end of the cylinder. In this way, the solid, high density, high melting point particles introduced into the molten metal are evenly distributed throughout the melt and do not tend to collect at the bottom of the cylinder. Through the lower closed end 54 of the outer cylinder are openings 55 which communicate with openings 56 in a thin valve plate 57 which rotates about a central shaft 58 aligned with the stirrer 53. Rotation of the valve plate 57 alternately aligns and offsets the openings 56 with the openings 55 in the cylinder so as to permit or prevent the flow of material out of the cylinder 52. An oscillator plate 60 rests against the bottom of the valve plate 57 and is rotated about the central shaft 58; the plate 60 has holes 61 which are held in alignment with the openings 55 in the cylinder 52. The oscillator plate can be oscillated about its axis by a conventional oscillator with adjustable frequency and amplitude. The oscillation amplitude of the oscillator plate 60 is never so great that misalignment between the holes 61 and the holes 55 sets in to the extent that the flow path through them is closed when the valve plate openings 56 are aligned with the openings 55, and the vibrations of the oscillator plate 60 help to ensure that the resulting droplets, e.g. the droplets 22, are of a uniform size. The size of the droplets is controlled by the temperature of the melt, the properties of the metals used, the height of the melt in the cylinder 52, the size of the openings 56 and 61 in the valve plate 57 and the oscillator plate 60, respectively, and by the amplitude and frequency of oscillation of the oscillator plate 60. Heating elements 62 are arranged around the outer cylinder to maintain a controlled temperature value of the melt. Accordingly, the melt on the crucible 65 of Fig. 11 is introduced into the crucible 48 of Fig. 12 to maintain a constant level of melt in the crucible 48 above the inner cylinder 50 and thus ensure a uniform flow rate through the openings 56 and 61, whereby mixing and dissolving continues at a uniform rate.

Werden die Tröpfchen 22 vom unteren Ende des Schmelztiegels losgerüttelt, gelangen sie in einen nicht abgebildeten Fallturm. Falltürme sind auf dem Fachgebiet hinlänglich bekannt, beispielsweise wird auf die USA-Patente Nr. 2,978,742 und Nr. 3,677,669 an Bliemeister verwiesen, denen zufolge Geschosse hergestellt werden, indem es Tröpfchen ermöglicht wird, vor dem Auftreffen auf ein Unterbrechungselement, welches die Tröpfchen in einen moderaten Schleuderzustand versetzt, während sie unter Einfluss der Schwerkraft weiterbefördert werden, in Wasser hineinzufallen, sodass ein Geschoss mit sphärischer Form erzeugt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Tröpfchen nach Bliemeister durch Luft oder Wasser oder ein anderes Fluid-Abschreckmedium fallen.When the droplets 22 are shaken loose from the bottom of the crucible, they enter a drop tower (not shown). Drop towers are well known in the art, for example, see U.S. Patent Nos. 2,978,742 and 3,677,669 to Bliemeister, which teach that projectiles are made by allowing droplets to fall into water prior to striking a disrupting element which places the droplets in a moderate state of spin while they are carried along under the influence of gravity, thus producing a projectile with a spherical shape. In accordance with the present invention, Bliemeister's droplets can fall through air or water or other fluid quenching medium.

Detailed description of modified methods according to the invention

Fig. 13 veranschaulicht einen pulvermetallurgischen Prozess, der erfindungsgemäß angewandt wird und bei dem in Schritt 1 Metallpulver mit niedrigem und hohem Schmelzpunkt, welche jenen entsprechen, die im Zusammenhang von Fig. 1 beschrieben wurden, in angemessenen Anteilen miteinander vermischt, in eine Druckgussform mit der gewünschten Produktform eingeleitet und einer Verdichtung bei hohem Druck in der Größenordnung von 68947 kPa (10000 psi) oder mehr unterzogen werden. Das so entstandene Produkt wird gesintert, damit eine Diffusion der Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt ineinander erfolgt, während gleichzeitig die Metallpartikel mit hohem Schmelzpunkt in ihrem ursprünglichen Zustand bleiben.Fig. 13 illustrates a powder metallurgy process applied in accordance with the invention in which, in step 1, metal powders with low and high melting point metals corresponding to those described in connection with Fig. 1 are mixed together in appropriate proportions, introduced into a die having the desired product shape, and subjected to densification at high pressure on the order of 68947 kPa (10,000 psi) or more. The resulting product is sintered to cause diffusion of the low melting point metals into each other while at the same time maintaining the high melting point metal particles in their original state.

Ein Erhitzen während des Sinterns auf eine Temperatur leicht über der Flüssigtemperaturlinie führt nicht dazu, dass die Legierung zu einer Pfütze schmilzt, wie dies bei einem Metall mit nur einem einzigen Schmelzpunkt geschehen würde. Anstatt dessen erfolgt das Schmelzen nur so weit, wie die Temperatur in den Schmelzbereich eintritt, wie in Fig. 2 angegeben, und das Produkt behält seine Form bei geringer Beanspruch bei. Die nachfolgenden Tabellen VII und VIII sind repräsentativ für Zusammensetzungen, die in dem pulvermetallurgischen Prozess aus Fig. 13 zum Einsatz kommen können: Tabelle VII Masseanteil von: Tabelle VIII Masseanteil von: Heating during sintering to a temperature slightly above the liquid temperature line does not cause the alloy to melt into a puddle as would happen with a metal with only a single melting point. Instead, melting occurs only as the temperature enters the melting range as indicated in Fig. 2 and the product retains its shape under little stress. Tables VII and VIII below are representative of compositions that may be used in the powder metallurgy process of Fig. 13: Table VII Mass fraction of: Table VIII Mass fraction of:

Fig. 14 veranschaulicht einen Prozess des Druckformens oder Gießens, bei dem die Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt in Partikel- oder Klumpenform miteinander kombiniert und bis in den vollständigen Schmelzbereich bzw. bis über die Flüssiglinie hinaus geschmolzen werden, wie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, und anschließend auf einen Punkt zwischen der Flüssig- und der Festlinie abgekühlt werden, bei dem das Material pastös wird. Daraufhin wird das Pulver mit hohem Schmelzpunkt in die pastöse Legierung eingeleitet und kräftig vermischt, bis sie insgesamt gleichmäßig verteilt ist, wie durch Schritt 3 dargestellt. Im Anschluss daran wird das Produkt in eine Form, beispielsweise eine Druckgussform eingeleitet, um Artikel mit der gewünschten Form herzustellen, oder aber dies geschieht durch Drahtstrangpressen und mechanisches Formen. Während der Verarbeitung bleibt das Material pastös und wird nicht flüssig, genauso wie dies bei einem Weichlot der Fall ist, weshalb die Wolframpartikel mit hoher Dichte sich unter der Schwerkraft innerhalb des Produktes nicht frei bewegen, sodass die gleichmäßige Verteilung und der Zusammenhalt des Produktes erhalten bleiben. Natürlich, sind die hier im Zusammenhang mit Fig. 13 und 14 beschriebenen Verfahren geeigneter für die Verwendung bei der Herstellung von Produkten mit komplizierter Form, wie beispielsweise der Kugeln aus den Fig. 3 bis 6 und des Schrots aus Fig. 9 und 10. Tabelle IX ist repräsentativ für Zusammensetzungen, die bei der Anwendung des Prozesses aus Fig. 14 zum Einsatz kommen können: Tabelle IX Masseanteil von: Fig. 14 illustrates a pressure molding or casting process in which the low melting point metals are combined in particle or lump form and melted to the full melting range or beyond the liquid line as described in connection with Fig. 1, and then cooled to a point between the liquid and solid lines at which the material becomes pasty. The high melting point powder is then introduced into the pasty alloy and mixed vigorously until it is evenly distributed throughout, as shown by Step 3. The product is then fed into a mold, such as a die casting mold to produce articles of the desired shape, or by wire extrusion and mechanical forming. During processing, the material remains pasty and does not become liquid, just as soft solder does, and therefore the high density tungsten particles do not move freely under gravity within the product, thus maintaining the even distribution and cohesion of the product. Of course, the processes described herein in connection with Figs. 13 and 14 are more suitable for use in the manufacture of products of complex shape, such as the balls of Figs. 3 to 6 and the shot of Figs. 9 and 10. Table IX is representative of compositions that may be used in applying the process of Fig. 14: Table IX Mass fraction of:

Es wird klar, dass andere Gieß- bzw. Formverfahren genutzt werden können, um die Legierungsmaterialien in die Form des gewünschten Endproduktes zu bringen. So kann beispielsweise das Schleudergießen durch Drehen einer Form um eine vertikale Achse zwecks Steuerung der Verteilung der Pulverpartikel mit hoher Dichte zur Anwendung kommen, oder als Alternative dazu können rotierende Formen verwendet werden, die bei einer präzisen Geschwindigkeit um eine horizontale Achse gedreht werden, um so die festen Partikel des hochdichten Pulvers gleichmäßig in der gesamten Schmelze zu verteilen.It will be appreciated that other casting or molding processes can be used to form the alloy materials into the shape of the desired final product. For example, centrifugal casting can be used by rotating a mold about a vertical axis to control the distribution of the high density powder particles, or alternatively, rotating molds can be used which are rotated about a horizontal axis at a precise speed to evenly distribute the solid particles of the high density powder throughout the melt.

Aus dem bisher Angeführten wird deutlich, dass die erfindungsgemäßen Prinzipien auf zahlreiche Produkte anwendbar sind, denen zufolge eine Matrix mit niedrigem Schmelzpunkt und Partikel mit hohem Schmelzpunkt und hoher Dichte miteinander kombiniert werden. Zu diesen Prozessen gehören das Hinzufügen von hochdichten Partikeln zu einem geschmolzenem Matrixmaterial und das Gießen oder Vermischen von Pulvern all dieser Metalle und deren Verdichtung und das Sintern bei einer Temperatur am unteren Ende des Schmelzbereiches der Matrixlegierung, in dem die Genauigkeit der Temperatursteuerung nicht kritisch ist, oder das Hineinmischen der hochdichten Partikel in eine Matrixlegierungspaste und das Formen. Darüber hinaus eignet sich die Erfindung für die Verwendung bei Metallen mit geringer Toxizität und niedrigem Schmelzpunkt derart, dass ein Matrixmaterial oder eine Legierung zusammen mit dem Pulver von einem oder mehreren niedrigtoxischen, hochdichten Metallpulvern mit hohem Schmelzpunkt, die in solchen Anteilen beigegeben werden, dass eine Zieldichte erreicht wird, ausgebildet werden.From what has been said so far, it is clear that the principles of the invention are applicable to numerous products requiring a matrix with low melting point and high melting point, high density particles are combined. These processes include adding high density particles to a molten matrix material and pouring or mixing powders of all of these metals and densifying and sintering them at a temperature at the lower end of the melting range of the matrix alloy where accuracy of temperature control is not critical, or mixing the high density particles into a matrix alloy paste and molding. In addition, the invention is suitable for use with low toxicity, low melting point metals such that a matrix material or alloy is formed together with the powder of one or more low toxicity, high density, high melting point metal powders added in proportions to achieve a target density.

In Bezug auf den hier angeführten Prozess sei weiterhin angemerkt, dass Kugeln und Geschosse zum Teil aus hochdichten Metallpulvern in einem kontinuierlichen Projektilmaterial bestehen können, um die gewünschte Dichte zu erreichen, ohne dadurch die Festigkeit des Produktes zu beeinträchtigen. Konkret können die hochdichten Metallpulver ohne Schmelzen effektiv in ein Matrixmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt eingefügt werden, indem das Matrixmaterial geschmolzen und das hochdichte Pulver darin gleichmäßig verteilt wird, oder indem eine Kombination aus Verdichten und Sintern zum Tragen kommt, um Kaltschweißlinien zu vermeiden, die üblicherweise nach einer Kaltverdichtung vorhanden sind, und so die Festigkeit des Produktes zu erhöhen.With respect to the process presented here, it should also be noted that bullets and projectiles can be made in part of high density metal powders in a continuous projectile material to achieve the desired density without compromising the strength of the product. Specifically, the high density metal powders can be effectively incorporated into a low melting point matrix material without melting by melting the matrix material and evenly distributing the high density powder therein, or by using a combination of compaction and sintering to avoid cold weld lines that are usually present after cold compaction, thus increasing the strength of the product.

Claims

1. A non-toxic projectile of a selected density comprising a composite structure consisting of at least one metal having a density less than that of lead and at least one metal powder having a density greater than that of lead, wherein the at least one metal powder is evenly distributed in discrete form throughout the at least one metal and is present in amounts sufficient to impart the selected density to the composite structure, and the particles of the at least one metal powder are not alloyed with the at least one metal.

2. The projectile of claim 1, wherein the at least one metal having a density less than that of lead is selected from the group consisting of tin, antimony, zinc, indium, bismuth, silver, arsenic, aluminum, cadmium, selenium, copper and calcium.

3. The projectile of claim 1, wherein the at least one metal powder is selected from the group consisting of tungsten, tantalum, iridium, osmium, rhenium, gold, and alloys thereof.

4. The projectile of claim 1, wherein the at least one metal having a density less than that of lead is sintered.