Sačma: Ako ne od olova, od čega?

Od otkrića i početka primjene vatrenog oružja pa sve do današnjih dana napravljen je ogroman pomak u dizajnu oružju, načinu funkcioniranja i u svim aspektima njegove primjene. Međutim, ono što se nije promijenilo i što je ostalo isto u proteklih više od 600 godina je materijal od kojeg se zrna izrađuju: olovo.

Taj materijal se koristio na počecima primjene vatrenog oružja u izradi kugli i zrna a i danas je dominantna komponenta za izradu sačme i zrna u lovačkom, vojnom i sportskom streljivu a i u izradi streljiva za zračno oružje. Razlog tome leži u svojstvima olova koja ga čine praktički nezamjenjivim za tu primjenu. Taj materijal ima vrlo visoku gustoću od 11,35 g/cm³ što značajno doprinosi unutarnjoj i vanjskoj balistici streljiva, a time i ostvarenoj kinetičkoj energiji. Olovo se tali na relativno niskoj temperaturi od 327,5 °C čime se omogućuje jednostavno ulijevanje u kalupe i izradu zrna. Prilikom skrućivanja olovo se jednoliko skuplja što omogućuje izradu i vrlo kompliciranih oblika streljiva. Dodatno, olovo je mekano i duktilno, lagano se plastično deformira što je važno kod ispaljivanja sačme kroz cijevi s punim čokom ili polučokom. Sposobnost plastične deformacije olova dolazi do izražaja i kod kontakta zrna i mete, gdje se pri udaru olovo značajno deformira i raspršuje energiju na veću površinu same mete. I što je najvažnije, u usporedbi s ostalim metalima olovo je lako dostupno i još uvijek relativno jeftino.

Međutim moramo biti svjesni i utjecaja olova na prirodu, životinje a time i na ljude. Olovo i spojevi olova vrlo su otrovni a trovanje otrovom je dobro istraženo i opisano. Prema najnovijim procjenama u okolišu Europske unije svake godine završi 44.000 tona olova koje uzrokuje trovanje ptica močvarica i ostalih životinja.

Dodatno, sam moment ispucavanja olovnog zrna iz vatrenog oružja predstavlja opasnost za korisnika: u streljivu je stražnji dio zrna u direktnom kontaktu s barutom i u trenutku opaljenja je izložen visokim temperaturama što dovodi do naglog grijanja i djelomičnog otapanja materijala zrna. Te otopljene čestice olova se tako nalaze u dimnim plinovima i talože se na oružju ili odlaze u atmosferu i dišni sustav korisnika. Kako bi se sačuvalo zdravlje ljudi i unapredilo održivo upravljanje lovnim resursima Europska komisija je donijela UREDBU KOMISIJE (EU) 2021/57 o registraciji, evaluaciji, autorizaciji i ograničavanju kemikalija (REACH) u pogledu olova u sačmi u močvarnim područjima i oko njih. Dvogodišnje prijelazno razdoblje isteklo je 15. veljače 2023. i od tada je na području EU (a time i u RH) zabranjeno poduzimanje bilo koje od sljedećih radnji u močvarnim područjima ili unutar 100 metara od njih:

a) ispaljivanje sačme koja sadržava olovo (izraženo kao metal) u koncentraciji jednakoj ili većoj od 1 % masenog udjela b) nošenje takve sačme za vrijeme pucanja u močvarnom području ili u okviru pohoda u močvarno područje s namjerom pucanja.

Prema toj uredbi korištenje i posjedovanje olovne sačme u močvarnim staništima naše zemlje strogo se kažnjava. Nositelj dozvole za lov će biti kažnjen novčano u rasponu od 6.636,14 € do 13.272,28 € a odgovorna osoba (često predsjednik lovačkog društva) i sam počinitelj (lovac koji krši zabranu) bit će kažnjeni novčano u rasponu od 1.327,22 € do 1.990,84 €. Te kazne u Hrvatskoj propisane su Zakonom o provedbi Uredbe (EZ) br. 1907/2006 Europskog parlamenta i Vijeća EZ o registraciji, evaluaciji, autorizaciji i ograničavanju kemikalija, a nadzor obavlja sanitarna inspekcija Državnog inspektorata Republike Hrvatske.

Zahtjevi na materijale za izradu sačme
Donošenje navedene Uredbe izazvalo je negodovanje ali i nemir kako u lovačkoj populaciji tako i među proizvođačima streljiva. Naime, olovo po svojim svojstvima predstavlja gotovo idealan materijal za izradu sačme i svi kapaciteti za proizvodnju sačme su prilagođeni tom materijalu. Donošenjem Uredbe i zabrani olova, mobilizirali su se istraživački i proizvodni centri kako bi pronašli neki alternativni materijal za sačmu kao adekvatnoj zamjeni za olovo.

Pri tome su jasno definirani i zahtjevi koji se postavljaju na te materijale a da budu učinkoviti i sigurni za upotrebu [1, 2]:

• Što viša gustoća materijala (g/cm3) – visoka gustoća materijala daje veću masu (težinu) zrnu i osigurava bolju unutarnju i vanjsku balistiku sačme, čime sačma zadržava brzinu i energiju na većim udaljenostima. Time se postiže veći domet i bolja penetracija sačme što je ključno za učinkoviti lov.

• Optimalna tvrdoća – materijal mora biti dovoljno tvrd da se ne deformira prilikom ispaljenja i udara, ali ako je previše tvrd postoji opasnost da dođe do oštećenja cijevi oružja ali i rikošeta.

• Nezapaljivost – mora biti stabilan i ne smije biti lako zapaljiv ili eksplozivan pod normalnim uvjetima uporabe.

• Netoksičnost – materijal ne smije biti toksičan za ljude, divljač i okoliš. Upravo je ovo jedan od glavnih razloga zabrane olovne sačme.

• Tehnologičnost –tu se ubraja dostupnost materijala u dovoljnim količinama da zadovolji potražnju na tržištu, mora biti lako obradiv i prilagodljiv tehnologijama proizvodnje sačme, a cijena mu mora biti takva da bude pristupačan i za proizvođače sačme i lovce.

Ipak najčešće se kao glavni kriterij izbora alternativnog materijala postavlja njegova gustoća. U tablici 1 prikazana je gustoća olova koje se danas koristi ali i gustoće ostalih materijala s kojima se danas najviše eksperimentira kao zamjeni za olovo [1, 3].

Tablica 1. Prikaz materijala za izradu sačme s gustoćama [1, 3].

Uzimajući u obzir sva svojstva, kao najizgledniji kandidati za zamjenski materijal se nameću legure bizmuta, volframa i čelik.

Bizmut je jedan u nizu ekološki prihvatljivih alternativa za zamjenu olovne sačme. S gustoćom od 9.80 g/cm³, bizmutna sačma u letu se ponaša slično kao i olovo. Zbog svoje mekoće smanjuje rizik od oštećenja cijevi puške i smanjuje rizik od rikošeta, što doprinosi sigurnijem lovu. Međutim, kao i svi materijali i bizmut se suočava s nekim nedostatcima. Neki od njih su visoka cijena od 62 €/kg što predstavlja problem za široki primjenu, krhkost koja može dovesti do raspadanja zrna prilikom udara što utječe na preciznost, ali i njegova dostupnost nije toliko velika kao čelik i olovo [4].

Volfram predstavlja dobru alternativu olovnoj sačmi zbog svojih jedinstvenih svojstava. Njegova gustoća od 19,25 g/cm³ veća je od gustoće olova i znatno veća od gustoće čelika. Upravo velika gustoća omogućuje korištenje zrna manjeg promjera uz zadržavanje iste mase a time i brzine i energije prilikom udara. Osim toga, broj zrna u patroni se povećava, što rezultira širim snopom i većom gustoćom posipa. Jedna od velikih prednosti sačmenog streljiva na bazi volframa je povećani domet u usporedbi s olovnom i čeličnom sačmom. Sve to čini volfram kao idealnom zamjenom za olovo u proizvodnji sačme. Naravno, ako se ne gleda na cijenu: njegov glavni nedostatak je vrlo visoka cijena (oko 80 €/kg), koja predstavlja izazov za njegovu široku primjenu [5].Međutim, ukoliko se legira s jeftinijim metalima poput željeza kroz proces sinteriranja, cijena se značajno smanjuje a postiže se optimalan odnos gustoće i tvrdoće što ga čini vrlo atraktivnim materijalom za izradu sačme.

Čelik. Kada se gleda kombinacija zahtjeva na materijal za sačmu, prvenstveno netoksičnost, tehnologičnost a pogotovo cijena, kao najizglednija zamjena za olovo nameće se čelik. Većina proizvođača sačme prebacuju svoju proizvodnju na izradu čelične sačme i danas se u trgovinama, uz olovnu, najviše nudi i sačma od tog materijala.

Čelik je legura željeza i ugljika i kao materijal je poznat već više od 5.000 godina. Koristi se praktički u svim segmentima života, a nezamjenjiv je u izradi vatrenog oružja. Kao materijal za izradu sačme ima niz dobrih strana: niska cijena (oko 3,40 €/kg), dobru tehnologičnost, netoksičnost i drugo. Međutim, glavni nedostatak čelika kao zamjene za olovo je značajno niža gustoća i veća tvrdoća od olova.

Radi manje gustoće, čelična sačma istog promjera kao olovna ima manju masu: zrno olovne sačme promjera 3,5 mm ima masu oko 2 grama, dok isto zrno sačme izrađeno od čelika ima masu svega 1,4 grama. Posljedica toga je da prilikom ispaljivanja čelična sačma ima značajno manju kinetičku energiju a time i kraći domet. Masa čelične sačme se može povećati ako se poveća njezin promjer ali to uzrokuje veći otpor zraka tijekom leta. Osim toga, povećanjem promjera sačme broj zrna u patroni se smanjuje, što rezultira užim snopom i manjom gustoćom posipa. Ova razlika u broju zrna i rasporedu sačme utječe na učinkovitost i pouzdanost pri lovu, jer se značajno smanjuje šansa za pogodak na većim udaljenostima.

Razlike u masi punjenja olovne i čelične sačme uslijed razlike u gustoći prikazane su u tablici 2.

Tablica 2. Razlika u masi olovne i čelične sačme kod različitih punjena [1].

Drugi problem čelične sačme je visoka tvrdoća čelika, značajno viša od tvrdoće olova, što ima velike posljedice za primjenu o čemu se najčešće ne vodi računa.

Prvo, ukoliko oružje nije namijenjeno i dizajnirano za upotrebu sačme od tvrdih materijala, zbog visoke tvrdoće sačma može brazdati unutrašnju stranu cijevi oružja što dovodi do značajnog oštećenja cijevi. Da se to spriječi C.I.P. propisuje da se čelična sačma mora nalaziti u košuljici čiji materijal mora biti stabilan pri temperaturama između -20 C i +50 C [1, 30, 31]. Jedna takva patrona s čeličnom sačmom i plastičnom košuljicom prikazana je na slici 1.

Drugi veliki problem primjene čelične sačme predstavljaju značajno veći tlakovi koji se javljaju u cijevi puške prilikom njenog ispaljivanja u usporedbi s olovnom. Naime, kod pušaka s čokom (ili polučokom) sačma se prilikom prolaska kroz čok sabija kako bi se dobio uži snop i gušći posip. Obzirom da je olovo mekano i deformabilno, kuglice od tog materijala relativno lagano prolaze kroz čok, stišću se i sabijaju jedna na drugu pri čemu dolazi do njihove male deformacije. S čeličnom sačmom situacija je drugačija: te kuglice su tvrde, nedeformabilne i prolaskom kroz čok ne dolazi do njihove deformacije već se sabijaju i pružaju značajno veći otpor prolasku od olovnih. Zbog toga je potrebna puno veća sila koja ih gura prema naprijed što uzrokuje veliki porast tlakova u cijevi oružja. Ukoliko oružje nije namijenjeno za tu vrstu sačme, ti tlakovi mogu dovesti do ozbiljnih oštećenja cijevi, slika 2.

Manje-više sve lovačko oružje proizvedeno zadnjih desetak godina prilagođeno je korištenju čelične sačme što je moguće provjeriti na samom oružju. Naime ukoliko proizvođač dizajnira svoje oružje da može koristiti patrone s čeličnom sačmom, tada ga označava međunarodno prihvaćenom oznakom – FLEUR DE LIS – prikazanom na slici 3 [8].

Međutim, vrlo važno je napomenuti da ako oružje i ima navedenu oznaku i ako je prilagođeno korištenju čelične sačme, prema nepisanom pravilu i iskustvu, smije se koristiti maksimalno pola čoka jer iako je oružje ispitano tlakovi u cijevi su toliko veliki da više nije sigurno njegovo korištenje.

Oružje koje nema oznaku Fleur de lis ne smije koristiti čeličnu sačmu zbog opasnosti od oštećenja a time i ozljeda korisnika.

Utjecaj materijala sačme na tlakove u cijevi
Događaji u cijevi oružja prilikom opaljenja su vrlo kompleksni za opisati i tijekom njih se oslobađaju ogromni tlakovi u vrlo kratkom vremenu. Takva dinamika jako komplicira svaki pokušaj detaljnih analiza događaja, a mjerenja tlakova i opterećenja su nemoguća bez sofisticirane i skupe opreme. Međutim da bi se stekao osjećaj o razlici tlakova uslijed korištenja sačme od različitih materijala na cijevi puške s čokom, u laboratorijima Fakulteta strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Zagrebu unutar diplomskog rada Domnagoja Heđija osmišljena su i provedena jednostavna ispitivanja s čeličnom i olovnom sačmom. Bez obzira na pojednostavljenost događaja, ta ispitivanja su ipak dala određene informacije o utjecaju materijala sačme na sile potrebne za protiskivanje sačme kroz čok i kako ta sačma utječe na stanje unutrašnje površine cijevi [9].

Ispitivanja su provedena na čeličnoj i olovnoj sačmi istog promjera 3,5 mm, slika 4.

Prvo ispitivanje je bilo vezano uz određivanje razlike u tvrdoći materijala sačme. Tvrdoća je ispitana Vickersovom metodom i dobiveni su slijedeći rezultati:

olovna sačma: 14 HV0,2 čelična sačma: 75 HV0,2

Mjerenja pokazuju da je čelična sačma više od pet puta tvrđa od olovne. Nastavak eksperimenta je bio usmjeren da se utvrdi kako ta, značajno veća tvrdoća čelične sačme utječe na sile potrebne za prolazak sačme kroz čok i utjecaj na unutrašnju površinu cijevi.

Za to je korišten dio cijevi lovačke puške s punim čokom i posebna naprava u koju se učvrstilo dva reda zrna sačme i koja se protiskivala kroz dio cijevi s čokom. Dimenzije naprave su prilagođene promjeru cijevi, a protiskivanje se obavljalo na specijalnom uređaju, kidalici, koja omogućuje precizno mjerenje sila prilikom protiskivanja.

Ispitivanje se provodilo na način da se naprava s učvršćenim kuglicama stavi u cijev s čokom i preko trna kidalice opterećuje i protiskuje kroz cijev. Brzina kojom se sačma protiskuje kroz cijev je bila 25 mm/min a ispitivanje se provodilo dok sačma ne prođe kroz cijeli čok i izađe iz cijevi. Prilikom ispitivanja je mjerena sila potrebna za prolazak sačme kroz čok.

Ispitivanje je provedeno pet puta s čeličnom sačmom i pet puta s olovnom sačmom. Svako od ispitanih punjenja sadržavalo je 30 kuglica sačme promjera 3,5 mm koje su bile ravnomjerno raspoređene u dva reda, čime se osigurala konzistentnost prilikom testiranja.

Postupak ispitivanja je prikazan na slici 5.

Kao glavni parametar za usporedbu čelične i olovne sačme uzeta je maksimalna izmjerena sila potrebna za protiskivanje sačme kroz cijev s čokom:

Maksimalna sila za olovnu sačmu: 245 N Maksimalna sila za čeličnu sačmu: 695 N

Mora se napomenuti da je ovaj eksperiment vrlo pojednostavljen i da su svi parametri tijekom tog ispitivanja jako različiti od realnih događaja u oružju prilikom opaljenja. Međutim i ovakvi, jako pojednostavljeni modeli, pokazuju ogromne razlike u silama potrebnim za prolazak olovne i čelične sačme kroz čok na cijevima pušaka – za prolazak čelične sačme su potrebne skoro tri puta veće sile. Taj efekt ima za posljedicu ogromna povećanja tlakova a time i opterećenja u oružju što dovodi do mogućnosti oštećenja ukoliko oružje nije dizajnirano za čeličnu sačmu.

Na slici 6 prikazan je i izgled olovne i čelične sačme nakon protiskivanja kroz cijev.

Analizom oblika i deformacije sačme nakon ispitivanja i golim okom su vidljivi učinci međusobnog djelovanja cijevi i sačme i razlika u stupnju oštećenja između dva ispitivana materijala.

Olovna sačma je jako deformirana na mjestima kontakta s materijalom cijevi, dok je površina čelične sačme zadržala svoj izvorni oblik, bez značajnih ogrebotina ili deformacija.

Osim sila potrebnih za protiskivanje čelične i olovne sačme, napravljena je i analiza unutarnje površine cijevi nakon ispitivanja. Na slici 7 lijevo vidljiva je cijev puške nakon ispitivanja s olovnom sačmom, a na slici 7 desno je unutrašnja površina cijevi puške nakon ispitivanja s čeličnom sačmom.

Nakon ispitivanja s olovnom sačmom nisu uočeni nikakvi tragovi trošenja na unutrašnjoj površini. U cijevi koja je bila u kontaktu s čeličnom sačmom su jako vidljivi tragovi ispitivanja, tj brazde koje je ostavila čelična sačma. Zbog tvrdoće sačme koja je čak i veća od tvrdoće cijevi došlo je do abrazije i povećanog trošenja unutrašnje površine što može utjecati na funkcionalnost i pouzdanost oružja ali i na sigurnosti korištenja.

Što dalje?

Činjenica je da danas još ne postoji adekvatna alternativa olovu za proizvodnju sačme za lovačko oružje. Istražuje se i eksperimentira s mnogim materijalima i legurama, ali još uvijek stvari nisu jasne. Obzirom na balistička i fizikalna svojstva, najbolju perspektivu da zamijene olovo imaju legure na bazi volframa, a obzirom na cijenu i dostupnost najbolje izglede ima čelična sačma. Međutim čelik ima i značajnih mana o kojima svakako treba voditi računa prilikom korištenja. U prvom redu to je svakako kombinacija male gustoće i visoke tvrdoće čelične sačme koja zahtijeva puno veće tlakove u cijevi oružja. Time je i ograničeno korištenje čelične sačme samo na novije oružje i oružje koje je ispitano i ima oznaku FLORE DE LIS. Međutim čak i s tim međunarodno priznatim znakom preporuča se primjena čelične sačme na oružju sa samo do pola čoka.

A ukoliko Vaša puška nema taj znak, potrebno je suzdržati se od korištenja čelične sačme i pričekati neka druga vremena .

Nekim od rješenja su priskočili su puškari na način da su na starijim puškama koje imaju veće suženje cijevi od pola čoka izbrusili čokove do pola čoka te ih tako napravili sigurnim za rukovanje tj pucanjem čelične sačme iz tih cijevi.

Svakako jednostavno rješenje koje bude možda zaživilo i kod nas.

Međutim kod takvih prerada oružja tj cijevi potrebno je izvršiti ispitivanje takvih zahvata koje provode ispitne kuče za ispitivanje i označavanje oružja da se ispita izdržljivost cijevi na veće pritiske koji se stvaraju usljed korištenja čelične sačme.

To se stručno zove reproof i kao takvo ispitivanje je standard/procedura za puške da se kao takve stave u sigurnu uporabljivost sa novim streljivom.

Nadamo se da će jednog dana i Hrvatska imati jednu takvu instituciju koja bude mogla provoditi takva ispitivanja kako bih produljili vjek trajanja našeg oružja koje čuvamo generacijama.

Zdravko Schauperl, Domagoj Heđi, Dalibor Viderščak, Daniel Pustički (Fakultet strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Zagrebu)

Miroslav Kavur (Hrvatska udruga vlasnika oružja)

LITERATURA

[1] Stojadinović R., Lovačko oružje: nekad i danas, 2021., Pristupljeno 1. lipnja 2024
[2] Trusted Bullets. https://trustedbullets.org/ammunition-types/birdshot-buckshot-and-slug-shotgun-ammunition/., Pristupljeno 20. lipnja 2024.
[3] Scribe Hound. https://www.scribehound.com/shooting-talk/s/shooting-debates/what-are-the-alternatives-to-lead-shot., Pristupljeno 20. lipnja 2024.
[4] Environmental Benefits of Bismuth Shot for Hunting. https://www.agescantungsten.com/environmental-benefits-bismuth-shot-hunting/.,pristupljeno 22. lipnja 2024.
[5] Treezyn. Is Tungsten Shot Worth the Cost?., Pristupljeno 22. lipnja 2024.
[6] Target Barn. Lead Shot vs. Steel Shot. https://www.targetbarn.com/broad-side/lead-shot-vs-steel-shot/., Pristupljeno 21. lipnja 2024.
[7] Project Upland. How Effective is Steel Shot? https://projectupland.com/shotguns-and-shooting/how-effective-is-steel-shot/., Pristupljeno 21. lipnja 2024
[8] https://hirvikota.wordpress.com/2020/07/29/steel-shot-will-my-shotgun-be-safe-with-steel-shot-cartridges/
[9] Domagoj Heđi, Karakterizacija materijala sačme, diplomski rad, FSB, 2024.
[/swpm_protected]