ALEACIÓN DE LATÓN ASÍ COMO ANILLO SINCRONIZADOR.

Aleación de latón que comprende 55 - 68% en peso de cobre, 3 - 6% en peso de aluminio,

8 - 14% en peso de manganeso, 1,5 - 3% en peso de fósforo, 0 - 1% en peso de plomo, impurezas inevitables así como zinc como resto.

La invención se refiere a una aleación de latón resistente al desgaste, así como a un anillo sincronizador hecho de la misma

Para embragues, frenos o cajas de cambio se emplean a menudo en la técnica automovilística participantes en la fricción de metal. En una caja de cambios mecánica se emplean particularmente anillos sincronizadores metálicos que, durante un cambio de marcha, sincronizan las distintas velocidades del árbol de transmisión y de la rueda de engranaje. En particular, en cajas de cambio para vehículos muy motorizados, los anillos sincronizadores se ven sometidos, en virtud de la elevada solicitación de fricción, a un desgaste incrementado. Esto mismo se cumple para engranajes para cajas de cambio automáticas, en las que pasan a emplearse elevadas fuerzas de conmutación. De preferencia, los anillos sincronizadores se fabrican de una aleación de latón.

Una aleación de latón resistente al desgaste para un anillo sincronizador se conoce, por ejemplo, del documento DE 37 35 783 C1.

Además, a partir del documento DE 36 26 435 A1 se conoce una aleación de latón con una elevada resistencia al desgaste, que se adecua para su aplicación en cojinetes de fricción o casquillos de cojinete. En el caso de una proporción de cobre de hasta 90% en peso, las propiedades deseadas se alcanzan mediante la segregación de fases intermetálicas finas de manganeso y fósforo. Para ello, se ajusta una relación de manganeso a fósforo mayor que 3:1.

También a partir del documento DE 11 94 153 B se conoce una aleación de latón de elevada resistencia mecánica y dureza. Ésta presenta un contenido en manganeso de hasta 20% en peso. En virtud del elevado contenido en manganeso resulta una buena capacidad de procesamiento. La aleación de latón se adecua, de nuevo, como un material para cojinetes.

Es misión de la invención indicar una aleación de latón resistente al desgaste que se adecue particularmente para un anillo sincronizador. Además, es misión de la invención indicar un anillo sincronizador resistente al desgaste.

El problema mencionado en primer lugar se resuelve, de acuerdo con la invención, mediante una aleación de latón que comprende 55 -68% en cobre, 3 -6% en peso de aluminio, 8 - 14% en peso de manganeso, 1,5 -3% en peso de fósforo, 0 -1% en peso de plomo, impurezas inevitables, así como zinc como resto.

Amplias investigaciones han dado como resultado que una aleación de latón con las proporciones indicadas de manganeso y fósforo presenta una resistencia al desgaste elevada y que, en virtud de la viscosidad de su masa fundida adecuada para un proceso de colada, también se puede fabricar a gran escala. Los valores de dureza de la aleación de latón con las proporciones de componentes indicadas oscilan en un intervalo entre 168 y 229 HB (medida según la norma DIN EN ISO 6506).

Con los valores de dureza y las resistencias al desgaste alcanzados, la aleación de latón reivindicada es adecuada para resistir, en calidad de anillo sincronizador, también elevadas solicitaciones en una caja de cambio. Aleaciones de latón equiparables, empleadas para anillos sincronizadores, conforme al estado de la técnica presentan resistencias al desgaste entre 400 y 600 km/g con valores de dureza similares.

Sorprendentemente, se ha demostrado, además, que la aleación de latón indicada presenta una elevada resistencia al desgaste, también bajo los aceites para cajas de cambio con una elevada proporción de aditivos, empleados a menudo en cajas de cambio en virtud de la solicitación incrementada. Los aditivos contenidos en los aceites para cajas de cambio pueden tener, a saber, efectos sobre la resistencia al desgaste de la aleación de latón empleada para el anillo sincronizador.

Un anillo sincronizador puede fabricarse a partir de la aleación de latón indicada de manera en sí conocida mediante colada, moldeo por extrusión y forjado, así como, eventualmente, recocido.

El plomo puede estar contenido o ser agregado, sin influencia perturbadora, hasta una proporción de 1% en peso, con el fin de mejorar la capacidad de mecanización con arranque de virutas. Para la producción de la aleación de latón, pueden utilizarse en este sentido latones procedentes de un vertedero de reciclaje. Estos contienen, por norma general, una determinada proporción de plomo.

Para la colada de la aleación de latón es un obstáculo la formación de una masa fundida líquida y viscosa. Asimismo, se ha de evitar una formación incrementada de escoria, dado que ésta debe ser eliminada de forma costosa. Se ha demostrado que la viscosidad de la masa fundida y la formación de escoria se pueden reducir si a la aleación de latón se le añade aluminio o, más bien, está contenida una pequeña proporción de fósforo. En este caso, una elevada proporción de fósforo puede ser compensada por un elevado contenido en aluminio. Para una elevada resistencia al desgaste con una buena capacidad de colada, la aleación de latón comprende las proporciones mencionadas de aluminio, manganeso y fósforo.

En otra ejecución ventajosa en relación con la resistencia al desgaste y en relación con una fabricación a gran escala, la aleación de latón comprende, ventajosamente, 59 -64% en peso de cobre, 3 -4% en peso de aluminio, 9 -11% en peso de manganeso y 1,9 -2,5% en peso de fósforo.

Se ha demostrado, además, que para la resistencia al desgaste y la dureza de la aleación de latón es ventajoso que la proporción de la fase β de la mezcla de cobre y zinc en la estructura oscile entre 40 y 50%. En la fase β, los átomos de cobre y de zinc se reparten de acuerdo con una estructura de cloruro de cesio sobre los lugares de la red de una red cúbica centrada en el espacio.

Además, se ha manifestado ventajoso en relación con las propiedades deseadas, el que, en una sección transversal de la aleación de latón, la proporción en superficie de las fases intermetálicas en la estructura oscile entre 11% y 17%. Las fases intermetálicas tales como, p. ej., fosfuros de manganeso, están en este caso embutidas en una matriz de la aleación de cobre y zinc.

En particular, la aleación de latón muestra una resistencia al desgaste ventajosa si las fases intermetálicas en la estructura poseen predominantemente una forma alargada y extendida.

El problema mencionado en segundo lugar en relación con un anillo sincronizador se resuelve, de acuerdo con la invención, mediante un anillo sincronizador que se compone de una aleación de latón que comprende 55 -68% en peso de cobre, 3 -6% en peso de aluminio, 8 -14% en peso de manganeso, 1,5 -3% en peso de fósforo, 0 -1% en peso de plomo, impurezas inevitables así como zinc como resto. El anillo sincronizador se fabrica – como ya se ha mencionado – a partir de la aleación de latón mediante colada, moldeo por extrusión, forjado, así como, eventualmente recocido.

Ejemplos de realizaciones de la invención se explican con mayor detalle mediante los siguientes ejemplos así como mediante un dibujo. En este caso, muestran:

La Fig. 1 en un diagrama, la resistencia al desgaste de una aleación de latón a modo de ejemplo en

distintos aceites para cajas de cambio, y la Fig. 2 un anillo sincronizador para una caja de cambio mecánica.

Como ejemplos de realización para la aleación de latón indicada se prepararon, en total, cuatro aleaciones de ensayo de diferente composición.

Para resultados de medición realistas se simuló con ello la fabricación de un anillo sincronizador. En este caso, se fundieron primeramente los distintos componentes de la aleación con las proporciones deseadas, y la masa fundida resultante se vertió en arena a una temperatura entre 1.020 y 1.060ºC con un diámetro de 35 mm. A continuación, la pieza fundida se retorció a un diámetro de 24 mm. En otra etapa, se simuló un moldeo por extrusión mediante una conformación en caliente de la pieza fundida retorcida de un diámetro de 24 mm a un diámetro de 12 mm a una temperatura entre 700 y 750ºC. Además, se simuló el forjado del anillo sincronizador mediante recalcado de cilindros de 2 cm de altura a 1 cm, fabricados a partir de la pieza fundida previamente tratada, a una temperatura de aprox. 750ºC. Finalmente, los cilindros recalcados se calcinaron a una temperatura de 275ºC durante cinco horas.

La composición de las cuatro aleaciones de ensayo preparadas de este modo resulta evidente a partir de la siguiente Tabla... [Seguir leyendo]

1. Aleación de latón que comprende 55 -68% en peso de cobre, 3 -6% en peso de aluminio, 8 -14% en peso de 5 manganeso, 1,5 -3% en peso de fósforo, 0 -1% en peso de plomo, impurezas inevitables así como zinc como resto.

2. Aleación de latón según la reivindicación 1, en la que están comprendidos 59 -64% en peso de cobre, 3 -4% en peso de aluminio, 9 -11% en peso de manganeso y 1,9 -2,5% en peso de fósforo.

10 3. Aleación de latón según la reivindicación 1 ó 2, en donde en la estructura, la proporción de la fase β oscila entre 40 y 50%.

4. Aleación de latón según una de las reivindicaciones precedentes, en la que en una sección transversal, la 15 proporción en superficie de las fases intermetálicas en la estructura oscila entre 11 y 17%.

5. Aleación de latón según una de las reivindicaciones precedentes, en la que las fases intermetálicas en la estructura poseen predominantemente una forma alargada y estirada.

20 6. Anillo sincronizador (10) a base de una aleación de latón según una de las reivindicaciones precedentes.