19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 Número de publicación: 2 239 91 1 Int. Cl. 7 : B22F 3/17 B22F /00 C21D 8/ F41A 21/00 12 TRADUCCIÓN DE PATENTE EUROPEA T3 86 Número de solicitud europea: 00906828.9 86 Fecha de presentación : 02.02.00 87 Número de publicación de la solicitud: 1183121 87 Fecha de publicación de la solicitud: 06.03.02 4 Título: Pieza bruta para cañones de armas, método para producir dicho cañón de arma, y cañón de arma. Prioridad: 1.03.1999 SE 990090 73 Titular/es: Damasteel Aktiebolag Stallgatan, 9 81 76 Söderfors, SE 4 Fecha de publicación de la mención BOPI: 01..0 72 Inventor/es: Billgren, Per 4 Fecha de la publicación del folleto de la patente: 01..0 74 Agente: García-Cabrerizo y del Santo, Pedro ES 2 239 91 T3 Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art. 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 28036 Madrid
1 ES 2 239 91 T3 2 DESCRIPCIÓN Pieza bruta para cañones de armas, método para producir dicho cañón de arma, y cañón de arma. Campo técnico La presente invención se refiere a un cañón para armas, formado a partir de una pieza bruta consistente en una barra de metal. La invención se refiere además a un método para la producción de un cañón para armas. En el concepto de cañón para armas se incluye también los cañones de artillería. La invención es aplicable para todos los tipos de armas de fuego, por ejemplo, armas cortas manuales, semiautomáticas, o automáticas, cañones de artillería, etc, pero ha sido desarrollada principalmente para los cañones de escopetas. Estado de la técnica y problemas Los cañones para armas conocidos, por ejemplo para rifles, escopetas, armas automáticas o semiautomáticas, cañones de artillería, etc, son fabricados usualmente a partir de una pieza bruta que consiste en una barra de material de acero laminada o forjada, barra que es perforada para la formación de un ánima. Un aspecto importante en relación con la fabricación de cañones para armas es la robustez, especialmente cuando se dispara el arma. Por ello, el cañón para armas debe ser provisto de un espesor de pared adecuado con el fin de soportar los esfuerzos de tracción que se producen al disparar una carga dada. El espesor de pared requerido puede dar lugar a un arma pesada, que será por consiguiente cara y/o difícil de manejar. Una desventaja de los cañones para armas conocidos es que son fabricados a partir de un material en barra que después de la laminación/forjado presenta sus mejores propiedades mecánicas en la dirección longitudinal de la barra. Normalmente, la resistencia a la fatiga, el valor de entalla y la ductilidad es un -0% mayor en la dirección longitudinal que en la dirección lateral. Esto se debe principalmente a la orientación y la indicación de efecto de fractura de oclusiones no metálicas. Cuando se produce el material en barra, el mismo se alarga sustancialmente en la dirección longitudinal, por lo que las oclusiones se alargan también en la misma dirección. De esta forma, las oclusiones presentarán una superficie que es sustancialmente mayor en la dirección lateral comparada con la dirección longitudinal, por lo que la resistencia a la fatiga, el valor de entalla y la ductilidad serán inferiores en la dirección lateral comparada con la dirección longitudinal. Al usar un cañón para armas, es decir, al disparar el cañón del arma, se producen esfuerzos de tracción en el cañón debido a la sobrepresión interna, que pueden ser de una magnitud de 0 bar, que está presente en el cañón. Por lo tanto, la distribución de esfuerzos será principalmente la misma que en una vasija de presión cilíndrica, residiendo la diferencia en el hecho de que los esfuerzos en la dirección longitudinal son recibidos por el cerrojo del arma y por la bala o los perdigones. En el cañón propiamente dicho no surgirán prácticamente esfuerzos en la dirección longitudinal, sino en la dirección tangencial alrededor del cañón, siendo los esfuerzos de tracción, por otro lado, grandes. En consecuencia, la principal desventaja de los cañones para armas conocidos es que presentan peores propiedades mecánicas en la dirección lateral/tangencial que en la dirección longitudinal. 2 1 2 3 4 0 6 El problema se ve acentuado por el hecho de que hay un reto en el campo técnico a poder incrementar la carga de las armas de fuego, a la vez que se desea una reducción de su peso. Otra desventaja, que se refiere a los cañones para escopetas conocidos, es que los cañones para armas conocidos presentan una resistencia al desgaste o dureza mucho peores en el ánima, considerando la decisión tomada en ciertos países de sustituir los perdigones de plomo por perdigones de hierro, para ciertos tipos de caza. Exposición de la invención De acuerdo con la presente invención se reduce los problemas antes citados por un método para producir un cañón para armas, de acuerdo con la reivindicación 1. La invención se basa en la comprensión de los problemas anteriormente expuestos y en la solución, lo que de acuerdo con la reivindicación 1 consiste en retorcer repetidamente una barra de acero alrededor de su eje propio longitudinal, en un o más etapa de trabajo en caliente y a un ángulo de paso de 4-90º. Después del tratamiento térmico, la barra retorcida constituye una pieza bruta para un cañón de arma y puede ser por consiguiente perforada o batida, para formar un ánima, y puede opcionalmente ser postratada. La barra es retorcida alrededor de su propio eje longitudinal a un ángulo de hélice/ángulo de paso de 4-90º, preferiblemente -88º y todavía más preferido 7-87º. El retorcido puede realizarse de forma automática o manualmente. Por el retorcido de acuerdo con la invención, las oclusiones serán machacadas en más perturbaciones pero más pequeñas. Las oclusiones, que antes del retorcido se orientan principalmente en la dirección longitudinal de la barra, se orientarán principalmente en sentido tangencial alrededor de la barra, principalmente en su periferia. De este modo, las oclusiones no constituirán indicaciones tan severas de fractura en los esfuerzos de tensión tangenciales que surgen en relación con el disparo del cañón del arma que se fabrica a partir de la barra, comparado con cuando se orientan en la dirección longitudinal de la barra. La tenacidad y el límite de fatiga de la barra se incrementan por consiguiente en la dirección tangencial o lateral cuando es retorcida la barra de acuerdo con la invención. El hecho de que la orientación de las oclusiones se vuelva más tangencial en la periferia resulta ventajoso, ya que los esfuerzos de tracción son máximos aquí. De acuerdo con otro aspecto de la invención, la resistencia a la rotura final de la barra puede incrementarse, después del retorcido de acuerdo con la invención, en aproximadamente 1-%, la ductilidad (contracción superficial) puede incrementarse en aproximadamente -0%, el valor de entalla puede incrementarse en aproximadamente -0% y la resistencia a la fatiga puede incrementarse en aproximadamente -0%, estando relacionados estos valores con el incremento en la dirección lateral y el tratamiento térmico convencional de los aceros para cañones de escopeta. La resistencia a la rotura final y el límite elástico pueden afectarse adicionalmente por el tratamiento térmico después del retorcido. Se crea una posibilidad incrementada de termotratar el acero a una dureza y resistencia incrementadas, sin que el material presente tendencia a volverse quebradizo, ya que el retorcido da lugar a una tenacidad mejorada. Como alternativa,
3 ES 2 239 91 T3 4 1 2 3 4 0 6 se puede escoger una aleación más dura y más fuerte. Tal incremento de resistencia dará lugar a una resistencia al desgaste mejorada y puede usarse también por consiguiente para ahorrar peso en relación con un espesor de pared reducido en los cañones para armas así producidos. Adicionalmente, en general es sabido que el acero se volverá más tenaz y más fuerte cuanto mayor sea el grado de transformación. Por el retorcido de acuerdo con la invención se puede incrementar el grado de mecanizado plástico sin afectar a las dimensiones de la barra. La dirección de mecanizado tiene también lugar en la dirección más ventajosa, es decir, en la dirección en que surgirán las cargas máximas al usar el arma. De acuerdo con un aspecto de la invención, el retorcido se ejecuta en dos o más etapas de trabajo en caliente, dejando que se recupere al material entre estas etapas, con el fin de que tenga lugar la recristalización. Como alternativa, el retorcido se puede ejecutar en una sola etapa, si se realiza lentamente. El propósito de ejecutar el retorcido en varias etapas, o de realizarlo lentamente en una sola etapa, es evitar el sobrecalentamiento local, que puede surgir de otro modo en ciertos casos cuando se ejecuta el retorcido en una sola etapa rápida. Tal sobrecalentamiento local puede producir defectos superficiales en la barra, que al continuar el retorcido pueden aumentar las fisuras superficiales. En el retorcido continuado, las fisuras aumentarán todavía más, por lo que la barra se romperá al retorcerla. El límite crítico para la formación de defectos superficiales variará entre las diferentes calidades de acero. Mediante el uso de la invención se crea una posibilidad de incrementar la carga de un arma de fuego y/o reducir el peso del arma, ya que el cañón del arma puede ser dotado de un espesor de pared más pequeño en comparación de los cañones para armas conocidos. Se puede usar cualquier acero o aleación de acero apropiada para cañones de arma como materia prima en la barra. Desde un punto de vista de la resistencia es especialmente ventajoso usar una aleación pulvimetalúrgica, preferiblemente una aleación pulvimetalúrgica de solidificación rápida. Estos tipos de aleaciones son comunes hoy día en herramientas de mecanizado de metal cualificadas, debido a su superior resistencia. La pulvimetalurgia dará también beneficiosamente una oportunidad para conseguir materiales compuestos que son apropiados para este propósito. Como material para la parte que ha de formar el interior del ánima en el cañón para armas, se puede escoger en consecuencia un material duro y resistente al desgaste con una gran resistencia a la fricción de los proyectiles, pero que presente también una buena resistencia a la corrosión contra los gases de la pólvora, salpicaduras de la pólvora y humedad que pueden contener los gases disueltos y salpicaduras de la pólvora. Como material destinado a formar el exterior del cañón, se escoge en cambio, preferiblemente, un material de gran tenacidad y resistencia. De acuerdo con otro aspecto adicional de la invención, el cañón del arma puede estar provisto de un motivo superficial muy decorativo, a la vez que se consigue propiedades beneficiosas en el material de acero, por el uso de la técnica llamada de damasquinado, basándose en la pulvimetalurgia. Una técnica de damasquinado pulvimetalúrgica, que es especialmente preferida, es descrita en SE-C-90127-8. En la técnica de damasquinado pulvimetalúrgica se usa al menos dos tipos de acero diferentes, que presentan composiciones de aleación sustancialmente diferentes, por ejemplo, dos tipos sustancialmente diferentes de acero inoxidable, consistiendo al menos uno de ellos en un polvo. El material de dos aceros se une en un cuerpo consolidado, por ejemplo, mediante prensado isostático en caliente, el llamado HIP-ing, a una presión que rebasa los 0 bar a una temperatura superior a 00ºC. Otras técnicas de consolidación concebibles son la extrusión y el forjado paso a paso del polvo en una cápsula. Se usa convenientemente un polvo que es fabricado por la llamada atomización, consistente en desintegrar en gotitas una corriente de metal fundido con ayuda de un gas inerte, dejando después solidificar las gotitas para formar un polvo en el gas inerte. A continuación se tamiza el polvo a un tamaño de partícula de 1 mm como máximo. El HIP-ing puede ejecutarse por prensado isostático en caliente convencional, los dos materiales de acero a unir entre sí, de los que uno por lo menos es un polvo, se disponen en una cápsula cerrada, que es vaciada de aire y expuesta al prensado isostático en caliente. La cápsula puede consistir, como es convencial en relación con la pulvimetalurgia, en chapa, como por ejemplo, chapa de acero al carbono, pero también puede concebirse que la cápsula consista al menos parcialmente en acero inoxidable, que formará una parte integrada del producto final. Se puede concebir también cápsulas de materiales no metálicos, por ejemplo, vidrio, esmalte, etc. Una línea de proceso concebible es la fabricación del polvo por la llamada atomización, llenando dos o más calidades de polvo, previamente en patrones preferiblemente escogidos, en una cápsula, preferiblemente una cápsula de acero, compactando a plena densidad por prensado isostático en caliente, extrusión o forjado del cuerpo consolidado y posteriormente mecanizado plástico continuado en una barra, retorciendo de acuerdo con la invención en una etapa de trabajo en caliente, y realizando el ataque por ácido con el fin de desarrollar el efecto decorativo. Con el fin de conseguir un efecto decorativo, se escoge material de acero de composiciones suficientemente diferentes para lograr un efecto de contraste deseado después del ataque por el ácido. Por ejemplo, si ambos materiales son inoxidables, uno de los aceros inoxidables puede consistir en un acero inoxidable martensítico, con un contenido de carbono relativamente alto, que tiene una resistencia a la corrosión limitada y que es por consiguiente fácil de atacar y de oscurecer por el ácido, mientras que el otro acero inoxidable consiste convenientemente en un acero inoxidable bajo en carbono, más resistente a la corrosión, que es menos atacado que el acero inoxidable martensítico, con alto contenido de carbono, por ejemplo, un acero inoxidable de austeníta, ferrita o ferrita-austenita, o posiblemente un acero inoxidable martensítico que tenga un contenido de carbono sustancialmente más bajo que el acero inoxidable mencionado primeramente. En principio, de acuerdo con la invención se puede usar también dos calidades de acero inoxidable del mismo tipo, por ejemplo martensítico, y que tengan la misma composición, con la excepción de que uno de los aceros pero no el otro es aleado con una o más sustancias, o contiene una cantidad sustancialmente mayor de esta o de estas sustancias, por ejem- 3
ES 2 239 91 T3 6 1 2 3 plo fósforo, lo que hace que este acero sea sustancialmente más atacado por el ácido que el otro acero, todo ello con el fin de lograr un efecto de contraste deseado. De acuerdo con un aspecto, los diferentes materiales de acero pueden disponerse en capas, por ejemplo, como se describe en SE-C-90127-8. Por consiguiente, se prefiere especialmente, como en la técnica compuesta anteriormente descrita, disponer un material de acero duro o resistente al desgaste como un núcleo homogéneo a lo largo del eje longitudinal de la barra, y capas de dos o más materiales de acero fuera de este núcleo, cuyos materiales de acero exteriores presentan principalmente resistencia. También es concebible disponer las capas de los diferentes materiales de acero como anillos más o menos concéntricos. Adicionalmente, los diferentes materiales de acero pueden disponerse con relación entre sí de forma que uno o más materiales de acero constituyan cordones u otras áreas en otro material de acero. Se puede escoger los diferentes materiales de acero con el fin de dar, para cada uso, las propiedades deseadas consistentes en robustez, resistencia al desgaste, dureza, tenacidad, etc, en diferentes áreas de la barra. En relación con la técnica del damasquinado, el retorcido de la barra que ha de constituir una pieza bruta para un cañón de arma, dará lugar a una dimensión adicional en el motivo de superficie del cañón del arma. Por consiguiente, se puede fabricar, por ejemplo, cañones para armas con un motivo de superficie helicoidal, o con una combinación de un motivo aleatorio o escogido y un motivo helicoidal. Descripción de los dibujos El efecto mejorado en las propiedades mecánicas que se puede conseguir, será descrito en lo que sigue a título de ejemplo con referencia a los dibujos, de los que: la figura 1 muestra cuántos arrollamientos puede recibir una barra redonda de mm con el fin de lograr un ángulo de hélice dado, la figura 2 muestra el incremento de ductilidad en la dirección tangencial para la barra de la figura 1, la figura 3 muestra el grado de transformación conseguido por el retorcido. El ejemplo se refiere a una barra redonda de mm fabricada en un acero termotratado que es convencional para los cañones de escopeta. En la figura 1 se muestra cuántos arrollamientos por metro se necesita en el retorcido con el fin de conseguir un ángulo de paso/ángulo de hélice dado deseado. La figura 2 muestra cómo aumenta la ductilidad en la dirección tangencial en función del ángulo de paso. Es de esperar que otros parámetros de propiedad mecánica aumenten del mismo modo, aunque en grados diferentes, de acuerdo con lo precedente. En la figura 3 se muestra el grado de transformación, medido como el porcentaje de alargamiento tangencial en la periferia de la barra, que se consigue mediante el retorcido, en función del ángulo de paso. Este grado de transformación incrementado da lugar a un alargamiento adicional de las oclusiones, y por tanto a propiedades mecánicas adicionalmente mejoradas. Las figuras 2 y 3 ponen de manifiesto que una gran parte del alargamiento y la mejora en las propiedades mecánicas se consiguen ya a un ángulo de paso de 4º, pero que un ángulo de paso adicionalmente incrementado dará resultados todavía mejores. A un ángulo de paso de hasta 8º, el material ha sido alargado hasta un 00% en la periferia. Esto quiere decir que, en una barra de mm que haya sido retorcida hasta un 8% de acuerdo con la invención, las propiedades mecánicas en la dirección de la hélice corresponderán a las propiedades en la dirección longitudinal de una barra de mm. La invención no se limita a las realizaciones descritas sino que puede variar dentro del ámbito de las reivindicaciones. 4 0 6 4
7 ES 2 239 91 T3 8 REIVINDICACIONES 1 2 1. Método para la producción de un cañón para armas, a partir de una barra de acero, caracterizado porque dicha barra de acero es retorcida en una o más etapas de trabajo en caliente, alrededor de su propio eje longitudinal, a un ángulo de paso de 4-90º, después de lo cual la barra es perforada o batida a lo largo de su eje longitudinal. 2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha barra es retorcida alrededor de su propio eje longitudinal a un ángulo de paso de -88º, y todavía más preferido 7-87º. 3. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se ejecuta al menos dos etapas de trabajo en caliente, en las que la barra es retorcida, dejando recristalizar el material de la barra, al menos parcialmente, entre las etapas. 4. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se ejecuta el retorcido en una sola etapa de trabajo en caliente, realizándose el retorcido lentamente.. Cañón de acero para un arma de fuego que tiene un ánima a lo largo de su eje longitudinal, caracterizado porque ha sido retorcido en una o más etapas de trabajo en caliente, alrededor de su propio eje longitudinal, a un ángulo de paso de 4-90º, orientándose todas las oclusiones del acero de dicho cañón para armas principalmente en sentido tangencial alrededor del cañón. 6. Cañón de acuerdo con la reivindicación, caracterizado porque el cañón consiste en un material de acero producido por pulvimetalurgia. 7. Cañón de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones -6, caracterizado porque dicho cañón consiste en un material compuesto, disponiendo un primer material de acero alrededor del centro del cañón, y disponiendo un segundo material de acero en un área exterior de la parte central del cañón y/o en el área de la periferia del cañón. 8. Cañón de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones -7, caracterizado porque dicho cañón es fabricado a partir de por lo menos dos materiales de acero de diferente composición química, de los que al menos uno consiste en un polvo, cuyos materiales de acero han sido tratados para formar un cuerpo consolidado, y porque el cuerpo consolidado ha sido expuesto a mecanizado plástico con el fin de formar dicho cañón, teniendo los dos materiales de acero de diferente composición química diferentes propiedades de ataque por el ácido. 3 4 0 6
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