03.01 为什么弹头外边往往都是一层铜皮?

墨西哥唢呐


欢迎关注兵器知识谱,在回答这个问题之前我们先来了解两款广大读者朋友们最熟知的子弹——AK-47自动步枪所使用的M1943式7.62×39mm中间威力步枪弹和M16自动步枪所使用的SS109式5.56×45mm小口径步枪弹。

AK-47自动步枪的口径为7.62mm,所配用的M1943式7.62×39mm中间威力步枪弹的弹头直径为7.90mm。

M16自动步枪的口径为5.56mm,所配用的SS109式5.56×45mm小口径步枪弹的弹头直径为5.66mm~5.7mm。

可见两款子弹的弹头直径都超过了枪械本身的口径,这就意味着子弹在击发时弹头必须硬生生地从枪膛挤到枪管里,然后再从枪管里挤出枪口,最后才能飞向目标。

在这个过程中弹头将不可避免地与枪管膛线发生激烈摩擦,这就要求弹头的材质必须比枪管材质要软,否则枪管将无法承受摩擦力,最终导致膛线被磨平;而且还要求弹头在激烈摩擦中不发生变形或破裂,否则子弹将失去精准度和杀伤力。

这就对弹头材质提出了质地相对柔软、延展性良好、性价比高的指标要求,常见的软质金属有铅、铜、银、金等等,很显然我们不可能使用银和金等贵金属来制造子弹,而铅虽然基本符合指标要求,但是其质地过于柔软,纯铅弹头在与枪管的激烈摩擦中极易变形,最终影响子弹的性能。

最后只剩下铜了,铜的质地不仅柔软,而且延展性仅次于银和金,在发射过程中不会因激烈摩擦而发生变形,所以理所当然地成为制造子弹最理想的材料了。

然而铜的价格并不便宜,假设子弹使用纯铜打造,那么这个成本将是非常吓人的,毕竟现代战争中每消灭一个敌人就需要消耗20万~30万发子弹,穷一点的国家可能连一场像样的“村级械斗”式的战争都打不起,因此人们想出了一个极好的办法来解决这个问题——铅芯附铜,这就是子弹外面都是一层铜皮的原因了。

▼下图为两枚发射过的9mm手枪弹的弹头,它的压痕十分明显,所以可以判定这是一支膛线尚未出现磨损的新枪,子弹弹头的直径大于枪管内径,因此发射时弹体会嵌入膛线内,在挤压中产生明显的压痕。

现代子弹的“铅芯覆铜”结构简介

何为子弹的“铅覆覆铜”结构呢?简单来讲就是用铜做一个外壳,里面填充铅,专业术语叫做“全铜被甲弹”,意思是说子弹就像披着外甲的螃蟹一样,外甲是铜,而填充在里面的铅就是蟹肉。

单纯的铅不能完全符合子弹的指标要求,单纯的铜却太贵,因此将两者结合起来,既起到了互补的作用,也达到了性能指标的要求。

当“铅芯附铜”结构的弹头在枪管中与膛线激烈摩擦时铜制外甲在枪管膛线的挤压下发挥延展性优势,以嵌入膛线填充阴线的形式与枪管摩擦,而包裹在内部的铅则在铜甲受挤压时只在内部发生变形,由于受到铜甲和枪管的双重制约,变形时不会改变弹头的形态,因此对子弹性能的影响微乎其微。

然而子弹始终是战争中最大的消耗品,对于铜资源匮乏的国家而言,即便只是弹头外甲使用的一点点纯铜也是极大的浪费行为,因此随着冶金技术的提高,各个国家开始研发符合子弹性能指标要求的合金钢来取代纯铜,这就是“覆铜背甲弹”。

所谓“覆铜被甲弹”的结构与“全铜被甲弹”完全一致,区别在于弹头的外甲不再是昂贵的纯铜,而是覆铜合金钢。

上述中提到的M1943式7.62×39mm中间威力步枪弹和SS109式5.56×45mm小口径步枪弹两款子弹的弹头均为“覆铜被甲弹”。

准确地讲应该是:现代子弹大都使用覆铜合金钢来制作弹头外甲,也就是说看着黄灿灿的现代子弹虽然结构与以前的子弹区别不大,但是制造材质已经很少使用纯铜了。

▼下图为铅芯覆铜结构的手枪弹(达姆弹),因其外表采用纯铜制造,又称全铜背甲弹。

子弹的被甲与枪管寿命的关系

枪管寿命是一款枪械的重要性能指标之一,比如81式自动步枪的枪管寿命为≥10000发,这个指标的意思就是说81式自动步枪的枪管可以经受不低于10000发子弹的摩擦,在累计发射子弹的数量低于10000发的情况下能保证射击精度,当雷击发射子弹的数量超过10000发以后枪管内的膛线就会出现严重磨损,子弹的弹道性能无法保障,枪就打不准了。

影响枪管寿命最直接的因素当然是枪管本身的材质性能,比如说抗战时期八路军兵工厂在仿制“中正”式步枪时由于缺乏枪管专用钢,只能将日军的铁轨扒来当做制枪材料,而制造铁轨的轨道钢属于高锰钢,其性能与制造枪管的常规武器专用的镍铬钼钒系列合金钢相差甚远,因此八路军仿制的“中正”式步枪的枪管寿命只有400发。

然而影响枪管寿命在消除枪管材质因素的影响以后就是子弹的影响最大了,不同材质的子弹会对枪管寿命造成不同的影响,我们就以拿破仑战争时期法军装备的“共和九年”式燧发枪来例举吧:该枪又称1777式步枪,是当时前装式滑膛燧发枪中性能最好的制式装备,被拿破仑称赞为“世界上最好的武器”。

但是在被拿破仑称赞前,“共和九年”式燧发枪并不受士兵欢迎,因为该枪在改进前使用的子弹是纯铁弹,当射击次数超过800发以后枪管就会被子弹严重磨损,燧发枪的精确射击距离本来就不超过90米,一旦枪管磨损后就连50米也打不准了。

为了解决这个问题,法国枪械专家想出了用纯铅弹来代替纯铁弹,枪械不仅因此提高了寿命,而且90米内的射击精度基本不受影响,曾有法军使用该枪做过测试:1789年,一名炮兵二等上尉使用4支1777式步枪分别发射10000发纯铅弹射击90米处的人形靶,已测试该型步枪在使用纯铅弹后性能指标,结果4支枪械在连续射击次数超过10000发以后依旧能够确保命中标靶,其中一支甚至在打到第12281发时枪管依旧能保持良好的状态,至此以后各国相继摒弃纯铁弹,转而争相效仿法军使用纯铅弹。

可见硬质纯铁弹和软质纯铅弹两种不同材质的弹丸对枪管寿命的影响是非常大的,按理来说现代枪械的合金枪管钢性能远远超过燧发枪时代的纯钢枪管,为何会出现燧发枪的枪管寿命达到12000发,而现代枪械的枪管寿命则只是≥10000发呢?其实答案很简单--因为现代枪管有了膛线,且子弹的弹丸外壳被一层纯铜或合金铜覆盖着,铜的硬度显然比铅高,因此现代枪械的枪管寿命反而没有燧发枪高。

弹丸覆铜其实是一种无奈之举,当枪械的枪管被刻上膛线后使原本只能准确射击90米的步枪有效射程提高到了200~400米,优秀射手甚至能在1000米的距离上以肉眼瞄准的形式精准射杀目标,然而膛线的麻烦在于对软质的铅挤压太严重,致使铅质弹丸出现变形的现象,如果射击行为时持续性的,那么当枪管内壁温度超过300℃时铅质弹丸将会在发射过程中出现“挂铅”现象(纯铅的熔点仅为327.46℃),为后续射击埋下了巨大的安全隐患(炸膛风险系数)。

而铜的熔点为1083℃,即使在现代发射药的高温烧蚀下也不会发生性状改变,非常适合做为铅弹的被甲,虽然硬度相对较高的铜质被甲在一定程度上降低了枪管寿命,但是子弹性能却因此得到明显提高,就目前人类科技水平而言,这是最佳的解决方案了,随着枪管内壁镀铬技术的发展,铜质被甲弹对枪管的寿命影响已经降到最低,影响更是微乎其微了。

▼下图为被甲弹发明前左轮手枪使用的纯铅弹头子弹。

子弹被甲技术的发展

子弹被甲技术的发展主要体现在合金技术的提高,在冶金技术相对落后的第一次世界大战和第二次世界大战期间,子弹的被甲材质都是纯铜,而子弹本身则是一种战争中消耗量最大的物资,子弹的消耗量通常以“亿”为单位进行统计,最令人头疼的是发射出去的子弹是很难再回收利用的,因此那些被用于制造子弹的铜就相当于彻底消耗掉了。

金属铜是一种储量相对较低的自然资源,即使是像我们这样的泱泱大国都需要每年向海外进口大量铜矿才能满足国内经济发展需求,比如2019年12月份就我国进口了铜矿砂及其精矿192.8万吨,进口额201亿元!全年进口2199万吨,进口额2337.2亿元,预计2020年的进口量同比2019年将上升16%,这组数据实在太惊人了。

如果花重金进口的铜资源被大量用于子弹制造,这显然是不符合我国实际国情的,因此寻求一种铜替代品来制造子弹的方法已经刻不容缓,而解决这个问题的方法就是合金覆铜钢的应用。

用于制造子弹的合金覆铜钢学名为“铜包钢扁钢”,铜层厚、阻值低、耐腐蚀性强、强度高、延展性好等特点,具体表现为:采用冷轧热拔生产工艺,实现铜与钢之间冶金熔接,可像拉拔单一金属一样任意拉拔,不出现脱节、翘皮、开裂现象;复合介面采用高温熔接,无残留物,结合面不会出现腐蚀现象;表面铜层较厚(平均厚度大于0.3mm)耐腐蚀性强,使用寿命长(大于30年)。

铜包钢扁钢的性能参数如下:铜层厚度≥0.3mm;抗拉强度≥600N/mm;平直度误差≤0.5mm/m;弯曲30度时,折角内外边缘无裂缝现象。

可见铜包钢扁钢是当前最适合用来替代纯铜做为子弹制造的理想材料,世界各国早已摒弃纯铜子弹,转而采用铜包钢扁钢制造子弹,我国从5.8mm系列子弹才开始应用该技术。

▼下图为铜包钢扁钢切面特写,覆铜层清晰可见,覆铜钢的应用大大降低了生产子弹的耗材和成本。

综上所述我们可以得出这样一个结论:弹头外边包裹的一层铜皮是子弹的软质金属制成的被甲,在冶金技术相对落后的过去,这层软质金属大多采用纯铜制成,进入21世纪后世界各国已经摒弃了昂过的纯铜造子弹做法,转而采用覆铜钢做为子弹的制造材料,所以现代子弹看起来黄灿灿的外壳其实已经不是纯铜了,而是覆着一层铜皮的合金钢,这种合金钢就是“铜包钢扁钢”。

铜包钢扁钢是一种表面覆铜的低碳合金钢,由于性能优越,不仅可以用来制作弹头的被甲,而且还广泛应用于电气连接和轴承等工业领域,未来不但子弹制造不再使用纯铜材料,就连工业领域中90%的传统用铜部位都会换用铜包钢扁钢。

▼下图为可用于制造子弹被甲的铜包钢扁钢,表面上看起来与黄铜无异,因此曾有“专家”在网络上用该图片证明美国现在还在使用纯铜造子弹,然后对我国的5.8mm子弹大喷特喷,殊不知大家都用同一种材料,并无区别。


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确实是这样的,弹壳一般可以通过涂漆钢等代替,但弹头即便是钢的,也会进行覆铜处理。这是因为铜具有一定的“自润性”。

“自润性”使得弹头在不断摩擦枪管内壁之时,不会让内壁越磨越糙,相反还会因为细碎的粉末状填充作用,让工作表面十分的顺滑,这样有利于枪械不断的连续发射。而如果使用其它金属,这种“自润性”不免大打折扣,反倒不美了。

另外,枪械发射需要“气密性”,也需要膛线对子弹进行螺旋加速,让弹头自旋以达到更好的射击稳定性能。因此弹头实际口径会比膛线内径要大一些,比如毛瑟98k的7.92mm子弹,实际上最早的装备名叫“毛瑟8×57mm JS”弹,弹头的真正直径是8.2 mm。

因为黄铜比较软,又不至于像铅那么过于稀碎,因此枪弹头通常被设计为铜外层包覆铅内层,有些覆铜被甲弹头如日军三八大盖用的友坂步枪弹,采用的就是铜镍合金被甲铅芯弹头。1915年38式步枪弹进行重新修改时,弹头铜镍合金被甲还被加厚了,因为之前发现厚薄平均的子弹对枪膛寿命有影响,因此加厚以减少对膛线的磨损。后来因为镍资源不足,干脆又有部分换成了黄铜。

再就是有些速射武器会产生“挂膛”现象,枪弹在连续不断的射击时,膛线内会逐渐填塞和包挂上一层刮下来的金属碎屑,这些部分需要在使用后不断通过维护清除。

所以,嘛,就这么回事儿。


王司徒军武百科


首先现代枪械的普通的铅芯弹头外面那层“铜皮”叫被甲。


其实这层被甲也不都是铜的,比如节约成癖的某大国枪弹弹头用的就是覆铜低碳钢被甲,看起来像铜其实是因为钢外面镀了一层铜。


首先要说的是弹头为啥要用被甲,因为早期用黑火药的滑膛枪和早期线膛枪所使用的铅弹都是没有这个被甲的。

早期线膛枪用的米涅弹头,纯粹铅弹头

.450英寸亨利马蒂尼步枪弹



但是,随着枪械发射药的进步,枪弹发射时,发射药给弹头的加速度和传递的热量都有巨大提高,而铅在常温下又是很软的金属,铅弹头有些承受不住发射药巨大的热量和膛压了,出现了弹头发射出枪口变形甚至碎裂、膛线挂铅(弹头承受不了高温和加速度粘附在枪膛内部)现象,于是聪明的武器制造商就研究在铅弹外面包裹一层相对结实一点儿的金属,让弹头变得更坚硬耐磨。

这种金属不能太硬,否则它会很难嵌入膛线,并加速枪膛磨损。化学形制不能太活泼,否则枪弹就不好贮存运输,价格要相对合理并且好加工。

其实人类大量生产使用的金属可选种类铜铁铅锡铝锌等等这些里面可选价格合适性能又好的金属就是铜了——其实是铜合金黄铜、白铜等等。

法国8mm勒贝尔步枪弹,这是早期的"m"型弹,白铜被甲。


当然随着弹头越来越复杂,被甲又有了新的作用,就是弹头的各个部分统一包裹层一个整体。

鹅毛的5.45x39mm7N6弹,钢芯、铅套、被甲


曳光弹的铅芯后面有曳光剂,也是被甲把他们包裹在一起。


当然也有奇怪的存在

部分铅芯外露的被甲弹头(达姆弹)——击中目标后,弹头更不稳定,传递更多能量给目标身体组织。

还有铅芯铜被甲或者纯铜的空尖扩张型弹头,也可以传递更多能量给目标身体组织。


躺赢主要靠实力


弹头上的这层铜皮叫做披甲,材质也不是纯铜,而是软质的铜合金,比如白铜(铜镍合金)、黄铜(铜锌合金),除了铜合金之外,弹头披甲的材料也可以是钢,只不过因为钢的质地太硬,所以在钢的表面同样也会覆上一层软质的铜,那么,为什么要给弹头披甲呢?披甲的作用是什么?下面给大家详细说一下。


▲枪管内壁的“阳线”

首先,我们要知道,我们平时所说的枪械的“口径”其实就是指枪管内壁的膛线中凸起来的“阳线”之间的直线距离,如上图所示。再举个例子,一把枪的口径为7.62mm,那么它的意思就是指这把枪枪管内部的“阳线”之间的直线距离是7.62mm,而这把枪所使用的子弹的口径,也同样默认是7.62mm,但是,子弹的“口径”为7.62mm,却并不意味着这个子弹弹头的直径也是7.62mm,而是弹头的实际直径的数值要稍微大于7.62mm,比如下图所示:



▲7.62×51mm NATO步枪弹数据

上图中的是北约7.62毫米口径全威力步枪弹的相关参数,从图中的数据来看,7.62×51mm NATO步枪弹的实际直径为7.83mm,这个数值要比它的口径的数值7.62毫米稍微大一点点,那么为什么要这样做呢?弹头的实际直径比枪械口径粗一些又有什么作用?主要作用就是使弹头的外壁可以嵌入枪管内部的膛线(阳线)中,使其可以沿着膛线旋转的方向运动,从而获得自旋的能力,保证出膛后的弹道稳定性;同时,弹头嵌入膛线后还可以提高气密性,

因为前面已经说了,枪管内部的阳线是凸起来的,如果弹头的直径刚好等于枪械口径的话,那么阴线(凹下去的)与弹头外壁之间就会存在很明显的缝隙,使得气密性变差,同时,弹头也不会因为膛线的作用而自旋。

▲弹头上的膛线挤压痕迹

因此,通过上面的介绍我们已经可以知道,弹头在枪管中运功时,外壁是会嵌入膛线中的,在这种情况下,

弹头外壁的材质选择就很重要了,众所周知,弹头内部弹芯的材质要么是铅要么是钢,而前者铅的质地很软,如果不披甲,使用纯铅弹头的话,一是很容易出现“挂铅”现象(即有一部分的铅卡在膛线上),从而影响枪管的寿命(比如炸膛),二则是铅弹头的侵彻力不行,比如下图中的铅弹头,遇上硬目标时会直接碎掉;假如弹芯的材质是后者钢,那么情况则是刚好反过来,钢的质地硬,弹丸在枪管内部的运动过程中对膛线的磨损就会非常明显,会严重影响枪管的使用寿命,甚至是难以嵌入到膛线中。

▲侵彻力低下的铅弹头

所以,在这种情况下,就需要一种介于铅和钢之间,更加合适的金属或者合金来当弹头的披甲材料,而此时质地比铅硬,但是却比钢软,同时延展性又很好的铜合金就是一个很好的选择了, 与钢质的枪管相比,铜合金的质地明显更软,所以对膛线的磨损没有钢那么严重,而与铅相比的话铜合金的质地又更硬,“挂铜'的概率明显要低于”挂铅“。因此,这就是为什么子弹的弹头会有一层铜皮披甲的原因了,有了这层软质的披甲,弹头的外壁就可以很好的与膛线贴合,提高了密闭性,同时也不会过度磨损膛线,除此之外,因为铜的金属活动性较弱,所以给弹头披铜也可以起到防腐蚀、锈蚀的作用。而类似的情况不仅仅在子弹上有,炮弹上也有差不多的,只不过人家不是披甲,而是弹带,比如下图所示:

▲炮弹上的弹带

▲弹带上的膛线痕迹

上图中的就是炮弹上的弹带,之所以是齿轮状的,是因为这个弹带已经被膛线给挤压过了,没挤压之前的弹带就是光滑的的。弹带材质可以是纯铜,也可以是铜合金,同样都是质地较软,至于作用,也是用来保证炮弹和膛线之间的贴合度,提高气密性,以及使炮弹获得自旋的能力。


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首先,枪管膛线的目的是为了让弹头旋转起来,但要让弹头旋转又必须得让弹头贴合膛线。换句话说,弹头的直径得略大于膛线直径。这除了让弹头旋转,也可以起到密封作用,让火药燃气多作用于推进弹头。

所以说,打过的弹头边上会有一道膛线压痕

而想要让弹头能顺着膛线旋转,又不至于摩擦力太大、伤及膛线,就得用较软的金属。在无烟火药发明之前,弹头大多就是一坨铅。

但等到无烟火药时代来领,一坨铅就不行了,因为铅太软,熔点也太低。本来黑火药时期的弹丸初速较低,温度也较低,铅还凑合。但无烟火药的高膛压、高温让铅头在枪膛中就会变得更软,而高初速则让铅很容易挂膛。

这时候,就需要一种比铅熔点高,比铅硬,但不能太硬的金属覆在铅丸外边,这就是铜合金被甲了。


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这层铜皮叫做被甲,别小看这层铜皮,这层铜皮极大的改善了弹头的性能,提高了弹头的强度和耐热度,这样就为提高弹头的速度提供了保障。被甲是1882年由瑞士工程师爱德华-鲁宾发明,并且和无烟火药迅速结合在一起,从而诞生了第一种使用无烟火药的枪弹法国的8毫米勒贝尔步枪弹,从而使枪弹进入了无烟火药时代。
枪弹的结构,现在金属定装弹的结构已经是基本定型,没有大的改变了。


最早的米涅弹头,这时候的弹头都是直接用铅制作,原来使用滑膛枪的时候,当时的弹丸就是一个铅球,外边没有护套。
这个是M855弹的弹头结构,被甲里边是铅和钢的结构,不过现在被甲已经不是用铜皮了,又是低碳钢了。

这个是5.45的弹头。毛子的大作,在弹头顶部有一个小空腔,这样子是弹头命中以后,弹头容易破碎、翻滚,这样就能制造巨大的空腔。

在被甲出现以前,弹头一般使用铅来制作,这个主要是由于铅的密度大,这样弹头的存速能力就比较强,就是到了今天弹头中还是有铅套,用来增加弹头的重量。但是,铅这种金属虽然重,但是熔点低、强度小,在发射药使用黑火药的时候,还能够凑活使用,但是当黑火药把枪弹的初速提高到了440米/秒的时候,铅强度低、熔点低的问题就是大问题了,这个时候的步枪已经是普遍使用膛线了,像铅弹头很容易在枪膛中破碎、熔化,这样就影响了枪弹初速的进一步提高,而使用无药火药的8毫米勒贝尔弹的初速达到了640米/秒,而现在的小口径步枪弹的初速达到了990米/秒,没有金属被甲,铅弹头在枪膛里边就熔化了。


红色手电筒


首先,是以为铜的化学稳定性更好,更加适合做子弹。子弹是弹药的一种,必须要考虑防腐防潮性,要经得住长久的保存,而铜无论是防腐蚀,还是防潮,都要比钢铁要优越的多,若是不包裹一层铜皮,子弹在长时间的储存过程中,很容易出现受潮或是被腐蚀的可能,这样的子弹是不能用的,很容易一起炸膛。

其次,铜的延展性和拉伸性比较好,这种特性使得子弹在发射火药的推力下与膛线摩擦咬合的很紧,可以更有效地利用发射火药的推力。而钢因为硬度较大,所以在于钢制枪管摩擦的时候对膛线的损伤很大。有枪支测试人士曾做过实验,若是用钢做子弹而不包裹铜皮的话,三百多颗子弹就能使枪管的膛线遭到严重的损伤,膛线废了,这把枪也就差不多等于废了。

第三,子弹是大规模的消耗品,我们国家的铜资源比较紧张,通常是用钢弹壳,铜弹头。

第四,人道主义精神,铜的耐腐蚀性更好,相比钢铁来说,不易使伤口发炎感染。

曾听一些军人说过,到真正的战争时,铜制弹头会换成钢制弹头,杀伤力更大,且钢铁的耐腐性没有铜那么好,钢铁的弹头遇血后更易腐蚀,从而更易造成伤口发炎感染。

也曾有人说,军人的子弹,弹头是钢铁制的,因为军人是要冲锋杀敌的,而警察的子弹是铜制的,警察是维持国内治安的,若非毫无办法了,警察是不会开枪的。

当然了,这是我们国家的警察,到了西方一些国家,若是看见有警察掏枪对着你了,你最好什么都别说,更不要争论,乖乖的双手抱头蹲下,或是高举双手,背对警察把手放在他们能看见的地方,否则他们真的会朝你开枪。(图片来自网络,侵删。)


叶知节


这样的一层黄铜,好像是叫“被甲”,作用是增加弹头和枪管接触的摩擦时的润滑力,同时也增加二者之间的密封性:对于枪管(钢)和弹头(铅外包铁)都属于硬碰硬,久了对枪管磨损严重


Firebird


主要目的还是为了在弹头外层覆盖一层熔点较高但硬度较软的金属,比如铜,从而使弹头在枪管内向前运动时,弹头外层能够较容易的嵌入膛线且减少对膛线的磨损,最终给弹头一个沿膛线方向的旋转,使弹头飞行更稳定。


试刃151


主要是自润滑和防锈、减少摩擦阻力増加枪管寿命!同理炮弹也都有紫铜的自润滑环、起到密封和润滑的作用!


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