Proiettili Comp-Bullet (cal.9 da 100gr)

Descrizione del ritrovato

I nuovi proiettili brevettati Comp-Bullet (di seguito CB), sono realizzati dal pieno mediante torni a controllo numerico. Le ogive costruite in ottone, presentano alla base un foro assiale svasato dal diametro di 3mm che, in prossimità della quota mediana del proiettile, fa capo a 6 fori radiali dal diametro di circa 2mm. La presenza dei fori dovrebbe determinare una riduzione del rinculo secondario ed un anticipo del funzionamento dei sistemi di compensazione qualora l’arma in uso ne sia dotata. L’ideatore, per questa tipologia di proiettili, indica i seguenti principali vantaggi:

a) Perfetta costanza nel peso e nelle quote
b) Maggiore velocità del proiettile
c) Ritorno in puntamento più rapido grazie alla riduzione del rinculo

Oggetto dei test

A seguire mostreremo i risultati di alcune prove effettuate su proiettili CB in calibro 9, nel dettaglio abbiamo eseguito:

1) controlli dimensionali di diametro e lunghezza
2) verifica della costanza ponderale
3) test cronografici in confronto a proiettili FMJ
4) valutazioni di rinculo e rosata su rest

Aspetto esterno, verifiche dimensionali e ponderali

L’accuratezza della realizzazione è il primo elemento che l’aspetto delle ogive CB evidenzia. In ottone lucido e dalla superficie liscia, non presentano segni di lavorazione visibili. Su qualche campione fa eccezione la ribava individuabile attraverso i fori radiali e relativa alla realizzazione del foro assiale dei proiettili (vedi immagine).

Ribava di lavorazione foro assiale

Tali residui di lavorazione sono generalmente poco tenaci e dovrebbero rimuoversi al primo sforzo meccanico allo sfiato dei gas di deflagrazione, rimane comunque un potenziale rischio di asimmetrizzazione dei getti radiali.
La tabella ed i grafici a seguire riassumono i dati rilevati su 45 campioni dei proiettili in oggetto:

Tabella delle verifiche dimensionali e ponderali

Distribuzioni dimensionali e ponderali

Test cronografico

Si è realizzato un test velocitario comparativo tra le ogive CB tronco coniche (in cal 9 da 100gr) e delle Fiocchi FMJTC di medesimo calibro e peso nominale (vedi immagine). Il confronto è stato eseguito tra cartucce con uguale OAL (28,5mm), pari dose di propellente (5,2gr di Cheddite Granular S grossa, lotto 6321) e medesima tipologia di bossoli: dei GFL in 9×21 al primo sparo; si è variato quindi tra le due tipologie di cartucce la sola ogiva. Nel dettaglio, prima dell’assemblaggio delle munizioni, sia i proiettili che i bossoli hanno subito una selezione ponderale: si è scelto il peso di 99,4±0,1gr per le palle FMJTC e di 100,2±0,1gr per le CB, i bossoli GFL sono stati selezionati a 57,4±0,2gr. Come arma per il test si è usata una Tanfoglio Stock II in 9×21 con canna poligonale da 113mm. I dati cronografici rilevati con un Chrony M1, sono visibili sulle tabelle a seguire:

Dati Cronografici FMJTC

Dati Cronografici CompBullet

I due gruppi di colpi mostrano una discreta costanza di risposta con valori medi della velocità rispettivamente di 374,7m/s per le FMJTC e di 381,1m/s per le CB che, a parità di dose di propellente, sviluppano quindi velocità lievemente maggiori. Tale incremento di prestazione, seppur di limitata entità, non crediamo sia casuale. Esso è principalmente attribuibile alla diversa densità di caricamento tra le due tipologie di munizioni. Pensiamo siano di minore rilevanza eventuali altri fenomeni riconducibili ad esempio: alle differenze tra i coefficienti di attrito canna proiettile (differenti leghe rame-zinco: tombacco per le FMJ ed ottone per le CB) o legati alla particolare lavorazione e profilo delle superfici in contatto con la rigatura (ad es. la corona di forzamento).

Per il minore peso specifico del materiale con cui sono costruite le CB, a parità di peso dell’ogiva, esse risultano molto più voluminose delle FMJ. A medesima OAL quindi, lo spazio interno al bossolo destinato a contenere la polvere (boiling room) tenderà ad avere dimensioni sensibilmente differenti a seconda del tipo di ogiva utilizzata. Nelle condizioni del test, ed assumendo una densità gravimetrica per la Cheddite Granular S in granulometria grossa di 520g/litro, abbiamo calcolato una densità di caricamento in volume superiore al 110% per le CB (la polvere viene compressa) e dell’84% per le FMJTC. Come rilevato in altri test, la densità di caricamento può determinare notevoli variazioni del ritmo combustivo della polvere, del picco pressorio in canna e della velocità del proiettile alla volata. In relazione a quanto detto, riportiamo le variazioni velocitarie ottenute con la Cheddite Granular S (grossa) nel 9×21 al variare della sola OAL, quest’ultima strettamente legata al volume della boiling room (test con palle Frontier ramate RNBB):

Variazione della velocità alla volata al variare dell’OAL di cartuccia (9×21)

A seguire, riportiamo la tabella riassuntiva con le principali rilevazioni ottenute nella prova di comparazione cronografica tra ogive CB e FMJ:

Tabella comparazione cronografica tra ogive CB e FMJTC

In base ad altri dati non documentati, possiamo anche dire che le differenze velocitarie a favore delle CB, potrebbero essere anche più elevate al mutamento del propellente utilizzato. Il fenomeno pensiamo sia da attribuire in massima parte, al diverso comportamento combustivo di alcuni propellenti in condizioni di elevata densità di caricamento.

Test di rinculo e rosata

Avvalendoci di un rest rinculante opportunamente equipaggiato, abbiamo sottoposto le CB ad una prova comparativa di rinculo a medesimo Power Factor, avendo a riferimento le già citate ogive FMJTC.

Sistema di rilevazione cronografica e rinculo

Le due ricariche in paragone prevedono i componenti e l’OAL già descritti nella sezione “Test Cronografico”, fa eccezione la dose di propellente per le ogive FMJ, incrementata da 5,2 a 5,4gr per compensare la maggiore velocità espressa dai proiettili CB.
Idealmente le ogive CB, grazie alla deflessione dei gas di deflagrazione in direzioni ortogonali alla canna, dovrebbero ridurre il rinculo subito dall’arma. Più nel dettaglio, il rinculo può schematizzarsi come costituito da due distinte componenti:

• Rinculo primario, esso è causato dall’accelerazione di una massa costituita dal proiettile e dalla metà della polvere propellente. Il rinculo primario è quantificabile con la seguente relazione:

  Ir₁ = (½•m_polvere+m_palla)•V₀

  con
  Ir₁ = impulso di rinculo primario
  m_palla = massa del proiettile
  m_polvere = massa propellente
  V₀ = velocità del proiettile alla volata




• Rinculo secondario, esso avviene all’uscita del proiettile dalla canna ed è provocato dall’espulsione repentina dei gas di deflagrazione che producono un effetto “jet” sull’arma. La velocità di efflusso dei gas è ipotizzabile K-volte superiore alla velocità del proiettile. Nel 9×21, per velocità prossime ai 350m/s e proiettili tra i 100 ed i 124 gr, appare ragionevole considerare K=1,9. L’impulso secondario sarà quindi dato da:

  Ir₂ = m_polvere•K•V₀

  con
  Ir₂ = impulso di rinculo secondario
  m_polvere = massa propellente
  K = coefficiente relativo alla velocità di efflusso dei gas di deflagrazione
  V₀ = velocità del proiettile alla volata

Ne segue che il rinculo complessivo sarà la somma delle sue componenti:
Irt = Ir1+Ir2 , avendo indicato con Irt l’impulso di rinculo totale.
Le ogive CB agiranno come detto, sulla riduzione della componente di rinculo secondario. Possiamo stimare il vantaggio massimo teorico offerto da questi proiettili, nel caso ideale di totale annullamento dell’impulso secondario:

Rinculo per le FMJ (Ir_ta):

Ir_ta = Ir1+Ir2 = (½•m_polvere+m_palla)•V₀+m_polvere•K•V₀ =
= [m_palla+m_polvere•(K+0,5)]•V₀

Rinculo per le CB (Ir_tb):

Ir_tb = Ir1 = (½•m_polvere+m_palla)•V₀

Vantaggio teorico CB (ipotizzando proiettili da 100gr, dosi di propellente da 5,2gr e pari V₀):

Vt = (1 - Ir_tb/Ir_ta ) = 1 - Ir1/(Ir1+Ir2) =

= 1 - [m_palla+m_polvere•0,5] /[m_palla+m_polvere•(K+0,5)] = 0,088

Vt% = Vt • 100 = 8,8% (vantaggio teorico ideale)

Considerando anche il vantaggio nel dosaggio del propellente, in peso inferiore per le CB pur ottenendo il medesimo Power Factor (5,2gr per le CB e 5,4gr per le FMJTC), il beneficio teorico massimo diventerà:

Vt = 1 - [m_palla+m_{polvere_CB}•0,5] / [m_palla+m_{polvere_FMJ}•(K+0,5)] = 0,092

Vt% = Vt • 100 = 9,2% (vantaggio ideale massimo per il caso esaminato)

La rilevazione di rinculo attesa su rest, dovrà fornire quindi un dato differenza inferiore al 9,2%. (Per maggiori dettagli sulle metodologie di calcolo e sulla tecnica usata per la rilevazione del rinculo, si rimanda a due precedenti articoli: “Tiro dinamico: palla leggera o pesante” e “Appunti sulla fisica del rinculo”).

I risultati del test a fuoco per il rinculo, sono riassunti sulla seguente tabella:

Tabella comparazione rinculo tra ogive CB e FMJTC

Il grafico successivo mostra la distribuzione dei colpi in funzione dell’impulso totale di rinculo calcolato e dell’elongazione registrata sul rest:

Distribuzione dei colpi in funzione dell’elongazione registrata

Come si evince dai dati, le CB permettono una riduzione del rinculo che, almeno per il calibro in esame, pare di entità contenuta e non molto distante dal limite di risoluzione del sistema elettro-meccanico utilizzato per le rilevazioni. La riduzione di rinculo sfiora il 4%, attestandosi a meno della metà del vantaggio massimo teorico prima calcolato (9,2%).

Supponiamo che l’effetto di compensazione dell’ogiva CB, possa avvenire solo nel frangente che intercorre tra lo sporgere dei fori di compensazione dal vivo di volata e la totale fuoriuscita del proiettile dallo stesso. Nel caso specifico, tale tempo è calcolabile supponendo la velocità alla volata pari a 375m/s e la lunghezza del tratto di interesse sul proiettile pari a circa 8mm. Otteniamo un tempo di efficacia prossimo ai 20µs. Tale intervallo è probabilmente troppo limitato per esaurire l’intero effetto jet, che verosimilmente proseguirà dopo l’uscita del proiettile dalla volata, riprendendo la sua azione di spinta retrograda sull’arma.

Questa dinamica potrebbe spiegare l’effetto parziale della riduzione di rinculo rispetto a quella attesa. Seguendo il ragionamento descritto, per una maggiore efficacia nella compensazione, si dovrebbe allungare ulteriormente il proiettile creando una parete che sfrutti l’intera profondità del bossolo. Inoltre, un’inclinazione all’indietro dei fori di compensazione sulla pallottola, potrebbe migliorare la resa velocitaria sulla palla ed indirettamente, rendere possibile un’ulteriore riduzione del rinculo.

Il test di precisione con l’arma vincolata al rest, conduce a rosate per le CB non particolarmente strette. Alla distanza di 25m si registra un diametro di rosata prossimo ai 10cm per le CB, contro i 4cm delle FMJ.

Conclusioni

Abbiamo dunque esaminato e verificato le principali qualità attribuite alle ogive CompBullet:

a) Perfetta costanza nel peso e nelle quote

Possiamo confermare che il grado di lavorazione delle CB è eccellente con notevole costanza ponderale e dimensionale, fa eccezione la ribava del foro assiale che andrebbe eliminata sul prodotto finito.

b) Maggiore velocità del proiettile

Anche la risposta velocitaria delle CB è migliore se comparata a proiettili standard: nei nostri test, a pari dose di propellente si riesce ad erogare maggiore velocità rispetto ad ogive FMJ. Supponiamo che il vantaggio derivi dalla maggiore densità di caricamento causata dal maggiore ingombro delle ogive in ottone. L’incremento velocitario rilevato appare comunque ridotto, anche se l’uso di altri propellenti potrebbe enfatizzare tale vantaggio.

c) Ritorno in puntamento più rapido grazie alla riduzione del rinculo

Per quanto rilevato sul 9×21 la riduzione di rinculo è presente ma, di entità modesta. Al crescere della massa di propellente usata e/o al ridursi della velocità in volata, l’effetto di diminuzione del rinculo potrebbe essere più evidente.
Un differente dimensionamento delle ogive, allungando il più possibile il corpo cilindrico della palla, dovrebbe condurre ad una ulteriore diminuzione del rinculo, così come l’inclinazione all’indietro dei fori di compensazione sulle ogive. Notiamo anche che i fori di compensazione sono in numero pari; la scelta di progetto tipica per i sistemi rompifiamma è di un numero di aperture dispari che, da sperimentazione, riducono le oscillazioni del flusso di gas in volata, interferendo meno con il moto del proiettile. Infine, risulta migliorabile la precisione di rosata.

Note:
Per altri dettagli sulle ogive compensate visitate il sito CompBullet.com

Flattened Ball powder Hodgdon BLC2
primo piano di un grano (foto al SEM)

Su di un precedente articolo (vedi al link) abbiamo dato una prima distinzione delle polveri infumi facendo riferimento alla tecnica utilizzata per la gelatinizzazione della nitrocellulosa. Senza dubbio, i processi e le modalità di produzione delle polveri propellenti presentano così numerose varianti, da rendere quasi impossibile una classificazione rapida e schematica. Oltre alle distinzioni già fatte per l’agente gelatinizzante impiegato, per la base singola o doppia, od ancora per la tecnica di realizzazione dei grani tra polveri laminate, estruse o granulari, rimane ancora da citare una grande famiglia delle polveri infumi, quella delle ball powder. Questo nome, che si potrebbe tradurre in “polveri sferoidali”, non si riferisce soltanto alla forma dei granuli, bensì all’intero processo di produzione che pur restando inalterato nelle sue basi chimiche rispetto alle altri polveri infumi, è stato profondamente rivoluzionato nei tempi e nei metodi operativi.

Il procedimento standard per la produzione di propellenti a base di nitrocellulosa richiede, oltre a numerose e costose manipolazioni, un periodo di tempo nell’ordine dei mesi per ciascun lotto di fabbricazione, con la conseguenza dell’accumulo pericoloso di grandi quantità in corso di lavorazione; ciò principalmente per la necessità di eliminare dalla nitrocellulosa, dopo il processo di nitrazione, ogni traccia di acidità residua che ne compromette la stabilità. Il processo di deacidificazione risulta particolarmente difficoltoso, sia a causa dei fenomeni di adsorbimento (gli acidi si legano alle superfici della fibra) sia per le numerose cavità nei filamenti di cellulosa. Da tali cavità è difficile che gli acidi residui (prevalentemente acido solforico) passino all’acqua di lavaggio. Di contro, un residuo acido accelererebbe quei processi di decomposizione spontanea per invecchiamento che determinano la formazione di gas, ossidi del carbonio e soprattutto di azoto. Questi ultimi combinandosi con l’ossigeno e l’umidità dell’aria, danno luogo ad altri acidi che accelerano ulteriormente il deterioramento della nitrocellulosa (reazione auto-catalizzante). Il deterioramento determina di solito l’emanazione di un odore acre e può condurre pericolosamente ad una accensione spontanea.

Fibre di cellulosa (foto al SEM)

Il lungo processo di deacidificazione della nitrocellulosa richiede almeno 4 lavaggi preliminari in tini con acqua bollente e successivi risciacqui con acqua fredda, sequenza che impiega circa 40 ore; un successivo polpaggio: la nitrocellulosa viene sminuzzata in corte fibre per facilitare la fuoriuscita dell’acido dalle cavità (vengono aggiunti anche dei sali come il carbonato di sodio per una migliore neutralizzazione); ed infine ancora una serie di lavaggi tra bolliture e risciacqui. Questo per un totale di una ventina di passaggi ed una durata complessiva di oltre 52 ore di trattamento.

Fibre di cotone (foto al SEM) - il cotone è costituito da cellulosa quasi pura e spesso si parte da questo materiale per l’ottenimento della nitrocellulosa (nello specifico: nitrocotone) - con il cotone, le cavità nelle fibre sono ancora più presenti. Le fibre hanno infatti forma cava tubolare appiattita

Si applicò allo studio della stabilizzazione delle nitrocellulose, fin dal lontano 1920, il chimico americano Fred Olsen il cui nome rimarrà per sempre legato allo sviluppo delle ball powder. Addetto alla fabbrica di munizioni per l’esercito dell’Arsenale di Picatinny (New Jersey), nonostante il disinteresse delle autorità ufficiali, continuò gli studi sulla stabilizzazione della nitrocellulosa per suo conto, finché giunse a scoprire l’utilizzazione razionale della difenilammina e ad escogitare un processo di fabbricazione completamente originale che mise a frutto nel 1929 passando alla Western Cartridge Company delle industrie Olin.

Olsen intuì la necessità di invertire l’ordine dei processi di bollitura e polpaggio, il polpaggio infatti liberava gli acidi intrappolati nelle cavità dei filamenti, andando a contaminare le parti esterne della fibra già deacidificate durante la bollitura, inoltre grazie all’ausilio della difenilammina riuscì ad ottenere un dimezzamento dei tempi necessari alla stabilizzazione delle nitrocellulose. La difenilammina in bassa percentuale, oltre ad avere un effetto stabilizzante sulla nitrocellulosa finita, ha la proprietà di essere assorbita dalle fibre più avidamente degli acidi, ne prende quindi il posto liberando l’acido nella soluzione di lavaggio.

Il processo per la fabbricazione delle ball powder che lo stesso Olsen mise a punto, si combina bene con la sequenza per la stabilizzazione rapida della nitrocellulosa e rappresenta un conveniente metodo per la produzione di polveri a solvente fisso i cui grani possono essere rivestiti da sostanze ritardanti o acceleranti. La nitrocellulose, subito dopo essere stata polpata e sottoposta ad una prima bollitura per ridurre il contenuto acido, può essere utilizzata direttamente senza l’ausilio di altri passaggi di deacidificazione. Dopo essere stata miscelata ad acqua e triturata, può essere usata anche polvere infume ormai deteriorata, contenente prodotti di decomposizione acida.

Flattened Ball powder Hodgdon BLC2
grani globulari lisci e compatti (foto al SEM)

Qualunque sia la materia prima utilizzata, la prima necessità è quella di stabilizzarla con la completa rimozione dell’acido. A tal fine, nel processo originale, il materiale di partenza in presenza di acqua viene disciolto da un agitatore in acetato di etile contenente difenilammina, per formare una sorta di sciroppo detto lacca o vernice. Come accennato, la difenilammina viene assorbita dalla nitrocellulosa più facilmente dell’acido già presente. Allo stesso tempo si aggiungono gli additivi o qualsiasi altra sostanza che si desideri incorporare nella polvere per eventualmente variarne il burning rate (flemmatizzanti) o la temperatura di deflagrazione (raffreddanti), etc.

La fase di acqua e lacca viene quindi mescolata per 30 minuti ottenendo la nitrocellulosa stabilizzata. Vengono quindi introdotti ancora nella soluzione, amido o gomma arabica per garantire la necessaria consistenza colloidale, dopo il passaggio ad un distillatore in pressione, la temperatura viene elevata in modo che la vernice diventi meno viscosa. A questo punto la nitrocellulosa si presenta come uno strato separato che galleggia sull’acqua del distillatore (l’acetato di etile gelatinizza la nitrocellulosa). Questo strato viene frammentato da pale ruotanti ed i frammenti liquidi vanno a formare goccioline sferiche in emulsione. Le dimensioni dei globuli possono essere regolate dal grado di agitazione meccanica. Quando sono raggiunte le dimensioni volute le pale dell’agitatore vengono fermate e la pressione viene ridotta, l’acetato di etile viene distillato e recuperato. Se la distillazione è effettuata troppo rapidamente, i grani assumono la forma di fiocchi. Se essa viene effettuata ad un ritmo tale che il solvente volatile possa evapora dalla superficie dei globuli alla medesima velocità di quanto esso si muova dall’interno verso la superficie degli stessi, si ottengono dei grani sferoidali lisci, densi e di struttura omogenea.

Eliminando l’acetato di etile, le sfere di nitrocellulosa si indurisco trattenendo parte dell’acqua in cui si trovano immerse. Per facilitarne la disidratazione, si incrementa progressivamente il contenuto salino della soluzione acquosa aggiungendo solfato di sodio (un sale). In questo modo si avvia un trasferimento osmotico attraverso la superficie dei grani: l’acqua a minor contenuto salino, tende a trasferirsi dall’interno dei granuli alla soluzione esterna, essendo questa a concentrazione salina più alta. A disidratazione avvenuta, la soluzione salina viene ricambiata con nuova acqua.

Dopo la disidratazione (parziale), le sfere di nitrocellulosa vengono impregnate (imbibizione) in giusta dose con una emulsione di nitroglicerina. Nella medesima fase si possono aggiungere anche altri agenti di rivestimento ad esempio flemmatizzanti e raffreddanti. Dopo di che, la polvere si essicca, lasciando la nitroglicerina e le altre sostanze depositate sulla superficie dei grani a formare una cuticola di medio spessore. La polvere viene poi grafitata (miglioramento della scorrevolezza e riduzione dell’accumulo di elettricità statica), si selezionano i granuli secondo le dimensioni e la densità, si elimina lo scarto che viene rilavorato, infine si formano le miscele dei vari lotti in modo da standardizzare la produzione. Per alcune polveri, al fine di modificare ed uniformare i tempi combustivi dei grani ed in alcuni casi facilitarne l’accensione (tipicamente difficile nelle ball powder a causa della cuticola prima descritta), si prevede anche una fase intermedia di calandratura: i grani vengono passati tra rulli caldi in acciaio in modo da deformarli plasticamente da sferoidali a discoidali, appiattendoli al medesimo spessore ed ottenendo, se desiderata, anche una frattura del rivestimento (prevalente sulla linea mediana del grano); le polveri in questo caso si identificano come “flattened ball powder”.

Il processo di calandratura risolve anche un problema di costi di produzione. Infatti, proprio per il metodo usato nella determinazione della dimensione dei grani, non è possibile ottenere con precisione globuli di taglia unica. Questo determinerebbe, in fase di selezione dimensionale, un notevole abbattimento delle quantità prodotte ed una grossa parte della polvere andrebbe rilavorata (soprattutto per polveri con grani di piccolo diametro). La calandratura permette di avvicinare le caratteristiche balistiche dei grani più grossi, che vengono appiattiti, a quelle dei grani di diametro inferiore non deformati. Anche per questo è tipico trovare congiuntamente grani flattened e non flattened nella medesima confezione di polvere.
Da notare che prima dell’essiccazione, tutte le operazioni per la produzione delle ball powder sono svolte in acqua, quindi sicure.

Flattened Ball powder Hodgdon BLC2

Dal punto di vista fisico-chimico il procedimento che abbiamo sommariamente descritto presenta parecchie caratteristiche molto importanti. Fondamentale diventa la funzione della difenilammina, la quale da semplice additivo dell’impasto di nitrocellulosa già gelatinizzata, assorbente degli ossidi di azoto prodotti dall’attacco dell’acido ancora presente, passa adesso a componente essenziale che agisce sulle fibre della cellulosa: vi penetra completamente e sposta in pratica tutto l’acido proveniente dalla nitrazione. In tal modo con grande efficacia e rapidità viene eliminata la causa della decomposizione della nitrocellulosa la quale diviene completamente stabile; e con ciò sono eliminati molti pericoli della conservazione. Questa funzione della difenilammina viene compiuta invece solo parzialmente nel processo tradizionale di lavorazione.

In secondo luogo, l’impregnazione dei globuli con nitroglicerina in emulsione dopo la gelatinizzazione e l’aggiunta di flemmatizzanti, consente di regolare con grande precisione lo sviluppo della combustione del granulo, formando uno strato esterno, a volontà più o meno spesso, a combustione rallentata. La velocità di combustione, e con essa lo sviluppo dei gas, viene rallentata all’inizio e accelerata alla fine compensando la riduzione delle dimensioni del grano (i grani bruciano per strati paralleli). In tal modo, si avrà uno sviluppo di pressioni progressivo e senza il superamento dei limiti di sicurezza, avendo anche la massima resa come spinta sul proiettile.

Il gruppo Olin mise in produzione la ball powder nel 1933 ad East Alton nell’Illinois, per lanciare la nuova polvere la Winchester (sempre del gruppo Olin) mise sul mercato le cartucce 308 Winchester e per il medesimo calibro, una versione alleggerita del modello 70 a ripetizione. Il Dipartimento della Guerra statunitense, di fronte alla qualità e ai vantaggi della nuova polvere, assorbì quasi tutta la produzione e notevoli quantità furono prodotte allo scoppio della 2^a guerra mondiale. La prima conseguenza rivoluzionaria fu che gli stessi risultati balistici potevano essere ottenuti con cartucce il cui bossolo contiene un molto minor volume di polvere e che perciò può essere molto accorciato: da cui minori dimensioni, peso e ingombro di armi e munizioni ridotti e risparmio di costi. Da questi risultati è derivata la cartuccia T65 per l’armamento unificato NATO (anche detta: “U.S. Ball Cartridge T65″ o ancora “7,62 NATO”). Questa nuova munizione era in grado di generare più o meno le stesse prestazioni del .30-06 Springfield, pur possedendo delle dimensioni minori: in particolare il bossolo misurava solo 51mm contro i 63mm del .30-06.

Speedy.

Bibliografia:

“Tecnologia delle armi da fuoco portatili” di Giuseppe De Florentiis
Milano - Ulrico Hoepli Editore, 1987.
“Hatcher’s Notebook” di J.S.Hatcher
Harrisburg (PA) - Stackpole Books, 1966 (III edizione).
“The Chemistry of Powder and Explosives” di Tenney L. Davis
Hollywood (CA) - Angriff Press, 1972.

Alcune volte capita ancora di parlare del moly-coating, ossia di un particolare trattamento superficiale a cui vengono sottoposti i proiettili soprattutto per carabina. Si tratta di un sottilissimo rivestimento a base di “molybdenum disulfide”, in italiano: bisolfuro di molibdeno, abbreviato dagli americani in “moly”.

Figura 1 - Bisolfuro di molibdeno al microscopio elettronico

Il bisolfuro di molibdeno, similmente alla grafite, viene usato generalmente in forma di polvere impalpabile dal colore grigio-antracite o nero e, come la grafite, ha una struttura lamellare che consente di ottenere bassi coefficienti di attrito (vedi Figura 1). Le lamelle infatti scorrono facilmente l’una sull’altra anche ad elevati carichi. Il coefficiente di attrito del bisolfuro di molibdeno rimane praticamente costante al crescere della temperatura, sino ad arrivare agli 800 o 900°C, temperatura superata la quale si ha la tendenza alla decomposizione del bisolfuro con la separazione del molibdeno metallico. A questa temperatura il coefficiente di attrito sale notevolmente sino a raggiungere i valori tipici dei metalli puliti (da: “Attrito e Lubrificazione” di E.P.Bowden e D.Tabor).

Come detto, poiché il bisolfuro di molibdeno ha un buon coefficiente d’attrito, esso viene impiegato per rivestire superfici striscianti allo scopo di migliorarne le caratteristiche d’attrito. Tuttavia, avendo una struttura lamellare con debole adesione tra le lamelle, risulta difficoltoso farlo aderire bene alle parti da lubrificare. Un metodo generale è quello di strofinarlo sulle superfici stesse, ma se i risultati dovessero essere scarsi, non resta altro che fissarlo con l’ausilio di resine adatte od utilizzando sostanze veicolanti opportune.

Date le caratteristiche antiattrito, si è pensato quindi di applicare il moly alla superficie dei proiettili per ridurre principalmente l’attrito di strisciamento in canna. Il sistema sin dalla sua comparsa ha avuto sostenitori e detrattori ma, come spesso accade, pochi hanno condotto test approfonditi sull’argomento. I principali vantaggi che il trattamento dovrebbe fornire sono: riduzione della pressione di esercizio a parità di V₀, miglioramento della precisione, estensione della vita della canna e riduzione dei depositi metallici rilasciati allo sfregamento della mantellatura dei proiettili. Su quest’ultimo punto bisogna dire che a fronte di una potenziale riduzione dei residui metallici sulla rigatura, nella sezione della canna immediatamente successiva alla camera di cartuccia, si potrà avere un accumulo di moly, pericoloso per la possibilità di sovrappressione. La cadenza di pulizia della canna non dovrebbe quindi essere allungata.

Il metodo di applicazione alla superficie dei proiettili è generalmente quello per urto e strofinio meccanico, ottenuto al’interno di un buratto a vibrazione (tumbler). Nel buratto vengono inserite le palle previa sgrassatura, una opportuna quantità di bisolfuro di molibdeno in polvere e delle sfere di acciaio da 3,5 o 4 mm (con rapporto sfere/palle di 2 a 1 in peso). Per circa 3Kg di carico sono necessarie almeno 2 ore di burattatrice dopo le quali le palle, separate dalle sfere d’acciaio, vengono ripulite dall’eccesso di moly mediante un secondo rapido passaggio in vibropulitore con graniglia di tutolo oppure usando un panno morbido. Il metodo industriale prevede, oltre alla deposizione del moly, anche un secondo trattamento di fissaggio del rivestimento con un sottilissimo strato addizionale di cera carnauba (processo originale della NECO).

Nelle nostre letture ci siamo imbattuti in quello che, secondo noi, è uno tra i migliori libri sull’analisi della precisione delle carabine: “Rifle Accuracy Facts” di Harold R. Vaughn (vedi la sezione Biblioteca). Da questo testo riportiamo un estratto, tradotto e rielaborato, di un paragrafo dedicato al test delle palle moly-coated, paragrafo che reputiamo estremamente interessante, se non altro per l’intuizione avuta dall’autore nella conduzione della prova (vedi al punto 1 di quanto a seguire).
I valori numerici di seguito riportati, si riferiscono alla media di un numero di campioni mai inferiore a cinque.

Moly Coated Bullets (da “Rifle Accuracy Facts” di H.R.Vaughn)

Recentemente si è scritto molto sui proiettili aventi un rivestimento in bisolfuro di molibdeno e cera carnauba. L’idea è che, sia il bisolfuro di molibdeno che la cera carnauba sono lubrificanti, essi dovrebbero ridurre l’attrito in canna e migliorare le prestazioni. I produttori di proiettili moly-coated pubblicizzano cinque principali miglioramenti, ho deciso di provare a testarli:

1) V₀ maggiori a parità di picco pressorio; grazie alla riduzione di attrito tra proiettile e canna, alla medesima pressione di picco, dovrebbe essere possibile raggiungere velocità alla volata superiori. Si afferma inoltre che con la stessa carica di polvere, un proiettile moly-coated rispetto ad un proiettile standard, a causa della riduzione degli attriti in canna avrebbe una velocità iniziale lievemente inferiore (decremento prossimo al 3 o 4%).

Ho effettuato un test specifico con ogive da 68 grani calibro 6mm (arma: rail gun Remington) con e senza trattamento al moly, sono stati rilevati i parametri di velocità alla volata e pressione in camera di cartuccia. La velocità media rilevata per i proiettili non rivestiti è stata di 3175 fps (968 m/s) rispetto ai 3083 fps (940 m/s) dei proiettili rivestiti. La differenza di velocità è stata quindi di 92 fps (28 m/s) o del 2,9%: dato che concorda con l’affermazione del produttore. Le misurazioni della pressione sono mostrate in Figura 2: per le ogive non trattate (foto a SX) e per quelle con rivestimento al moly (foto a DX). La scala verticale è di 10000 PSI (690 bar) per divisione. La pressione della camera era di circa 54000 PSI (3720 bar) per le pallottole non rivestite e di 47000 PSI (3240 bar) per i proiettili rivestiti (una differenza prossima ai 7000 PSI ossia 482 bar). L’effetto sulle pressioni della camera e sulle velocità alla volata, non cambiava alternando durante i test proiettili con e senza moly. Questo indica che non vi è alcun effetto residuo del rivestimento al moly le cui sostanze vengono quasi totalmente espulse dalla canna durante la deflagrazione.

Figura 2 - Tracce all’oscilloscopio che presentano la misura di pressione in camera con e senza trattamento al bisolfuro di molibdeno e cera carnauba. La foto a SX mostra una pressione di picco di circa 54000 psi (velocità iniziale di 3175 fps) per le pallottole non rivestite e la foto a DX mostra una pressione di picco in camera di circa 47000 psi (velocità iniziale di 3083 fps) per i proiettili rivestiti. Sono stati utilizzati proiettili match da 68 grani, 6mm-BR, e carica di lancio ottenuta con 27gr. di N133.

Credo che il calo di pressione e di velocità registrato, non sia in realtà causato da una riduzione degli attriti, come proposto dai produttori (nel caso specifico la svedese Norma Precision), ma esso sia causato dal gas propellente caldo (5640°F / 3115°C) che vaporizza le sostanze del rivestimento al moly. Tale vaporizzazione ha come conseguenza un raffreddamento complessivo dei gas propulsivi.

La ragione per cui di questo sono certo è che, se si utilizza un sofisticato simulatore di balistica interna riducendo notevolmente il fattore d’attrito in canna, la pressione scende così come atteso, ma la velocità aumenta leggermente. E’ infatti fisicamente impossibile che la riduzione dell’attrito in canna determini l’effetto misurato sulla pressione e la velocità (decremento congiunto di entrambi i parametri). Inoltre l’attrito del proiettile ha un effetto molto limitato sulla velocità. D’altra parte, la vaporizzazione del lubrificante richiede molta energia e provoca un calo della temperatura stimato in circa 400°F (200°C).

Il bisolfuro di molibdeno comincia a sublimare a 842°F (450°C) e fonde a 4802°F (2650°C – il molibdeno metallico fonde a 2623°C). Al fine di provare questa idea ho deciso di eseguire un test in cui ho semplicemente messo 0,07 grani di bisolfuro di molibdeno e 0,07 grani di cera carnauba nella parte superiore del bossolo, sulla polvere. Avevo infatti trovato che la differenza di peso, tra i proiettili rivestiti e non rivestiti, fosse di circa 0,15 grani (si è ipotizzato un contributo al 50% tra moly e cera) . Con questa particolare ricarica, la pressione misurata in camera si è ridotta di circa 4500 PSI (310 bar) e la velocità media si è ridotta di 50 fps (15 m/s). Questo risultato è simile, in termini di variazione di pressione e velocità, ai valori ottenuti durante la prova comparativa tra proiettili rivestiti e non rivestiti, anche se l’effetto è stato di entità inferiore. Forse, giocando sul rapporto tra bisolfuro di molibdeno e cera, si potrebbe ottenere un risultato identico a quanto rilevato nel confronto tra le tipologie di proiettili. Comunque, questo test mi ha convinto che il bisolfuro di molibdeno raffredda il gas propellente e ne determina la riduzione di pressione. In ogni caso, la perdita di pressione della camera non ha nulla a che fare con l’attrito del proiettile.

Il passo finale era poi quello di aumentare la carica di lancio del 6mm-BR, da 27 a 28 grani di N133 e cercare di spingere i proiettili rivestiti allo stesso livello pressorio dei non rivestiti, misurando contestualmente la velocità alla volata. Con 28 grani di N133, la curva di pressione ottenuta è stata quasi identica a quella rilevata sui proiettili non rivestiti e mostrata in Figura 2 (a SX), la velocità è stata di 13 fps (4 m/s) più elevata di quanto misurato sui proiettili tradizionali (non trattati al moly). La Norma Precision, a parità di pressione, dichiara un aumento della velocità con differenze prossime ai 10 m/sec (32 fps), dato che ci pare verosimile. Comunque, non ho trovato molto incoraggiante l’aumento delle prestazioni velocitarie ottenuto.

2) Si è spesso sentito dire che, a lunga distanza (600 metri), il punto di impatto dei proiettili rivestiti fosse più in alto rispetto ai medesimi privi del trattamento al moly, il che implica una traiettoria più tesa quindi un aumento del coefficiente balistico del proiettile trattato. Ho misurato la perdita di velocità su una distanza di 100 metri comparando proiettili rivestiti e non rivestiti. I proiettili non rivestiti perdono 325 fps (99 m/s) contro i 323 fps (98,4 m/s) di quelli rivestiti. La differenza di 2 fps (0,6 m/s) è entro i limiti di accuratezza della misura, quindi sono costretto a concludere che non ci sia alcuna differenza nel coefficiente balistico. Inoltre, non vi è alcun motivo di aspettarsi una significativa differenza del coefficiente balistico perché la pallottola avrà perso quasi totalmente il proprio rivestimento lubrificante se non all’interno della canna, in prossimità della volata. Il proiettile infatti è caldo (600°F / 315°C) e lo strato limite (aria prossima alla superficie del proietto) è anch’esso caldo (750°F / 400°C), questo farà in modo che il rivestimento in cera svanisca quasi istantaneamente ammesso che ne siano rimaste tracce dopo aver attraversato la canna.

Inoltre, non vi è alcun fondamento nell’idea che un qualsiasi tipo di rivestimento lubrificante possa ridurre la resistenza aerodinamica abbassando l’attrito superficiale del proiettile. Ammesso comunque che ciò sia accaduto, l’attrito aerodinamico dovuto alla superficie del proiettile è solo una piccola parte della resistenza aerodinamica totale. Quanto riportato sul miglioramento balistico dei proiettili moly-coated è certamente dovuto all’ottimistica stima dell’aumento velocitario raggiungibile o dovuto al diverso istante d’uscita dalla canna (frequenza di vibrazione) connesso alle diverse velocità tra i caricamenti esaminati.

3) Si è portati a credere che le palle moly-coated abbiano una maggiore accuratezza (fino al 20%). Non trovo che questo sia vero sulla mia carabina (rail gun Remington) che in media spara con rosate da 0,175 pollici a 100 yards (4,45mm a 91,4m). Con la stessa carica ottimale di 27 grani di H322 e lo stesso lotto di proiettili (alcuni dei quali successivamente trattati al moly), ho ottenuto una dimensione media della rosata di 0,179” (4,55mm) con proiettili al moly, rispetto agli 0,175” (4,45mm) per le pallottole non rivestite. Naturalmente, le velocità alla volata differivano di 92 fps (28 m/s), come detto, una V₀ inferiore per i proiettili moly-coated (a parità di carica di lancio). Quando ho provato ad incrementare la carica sino ai 28 grani (palle moly-coated), in modo da ottenere la stessa velocità iniziale dei proiettili non rivestiti, la dimensione della rosata è aumentato a circa 0,3 pollici (7,62mm).

Per quanto ho potuto vedere la precisione non è stata migliorata, ma questo è il caso di una specifica arma in una specifica condizione. I risultati potrebbero essere diversi con cartucce differenti ed armi differenti. Inoltre non ho fatto alcun tentativo per ottimizzare la ricarica. Una cosa che mi venne in mente fu che, se non si ottiene una buona uniformità del rivestimento in cera e moly, si potrebbe creare uno spostamente del centro di gravità della pallottola rispetto all’asse geometrico della stessa. Il bisolfuro di molibdeno ha una densità che è circa il 40% di quella del piombo. Così, un rivestimento non uniforme potrebbe fare la differenza. Credo comunque che il rivestimento da me ottenuto sia un buon rivestimento tra quelli tipicamente realizzabili.

4) Si sostiene che i proiettili moly-coated riducano la formazione di incrostazioni e residui in canna. Credo che questo possa essere vero, anche se non ho sparato abbastanza proiettili rivestiti al moly tali da consentire una stima quantitativa degli effetti. Tuttavia, ho avuto l’impressione che non fosse necessario pulire frequentemente la canna.

5) La Norma Precision sostiene che la vita media della canna venga estesa con l’uso di pallottole rivestite. Credo che questo possa essere vero e logico. Dopo tutto, la pressione e la temperatura vengono ridotte a parità di carica e questo dovrebbe ridurre l’erosione della canna. Tuttavia, non voglio sparare decine di migliaia di colpi solo per scoprirlo e poter essere certo di tale affermazione.

In sintesi

Non ho trovato alcuna prova significativa di una migliorata prestazione velocità/pressione, né di un miglioramento della precisione o del coefficiente balistico. I proiettili moly-coated sembrano invece mantenere più pulita la canna. L’effetto sulla vita media della canna non è stato testato. In questo limitato test e per i miei scopi, non vedo alcun motivo che mi spinga all’utilizzo di proiettili rivestiti. Tuttavia, si consiglia di provare, perché al cambiamento delle condizioni si potrebbero ottenere risultati differenti.