Una aleación de cobre que consiste en

Cu: 69 a 88 % en masa

Si:

2 a 5 % en masa;

Zr: 0,0005 a 0,04 % en masa;

P: 0,01 a 0,25 % en masa,

y opcionalmente al menos uno seleccionado de

Pb: 0,005 a 0,45 % en masa,

Bi: 0,005 a 0,45 % en masa,

Se: 0,03 a 0,45 % en masa, y

Te: 0,01 a 0,45 % en masa

y/o opcionalmente al menos uno seleccionado de

Sn: 0,05 a 1,5 % en masa,

As: 0,02 a 0,25 % en masa, y

Sb: 0,02 a 0,25 % en masa;

y opcionalmente al menos uno seleccionado de

AI: 0,02 a 1,5 % en masa,

Mn: 0,2 a 4 % en masa, y

Mg: 0,001 a 0,2 % en masa:

siendo el resto Zn e impurezas inevitables;

Teniendo la aleación la relación de, en términos del contenido del elemento a % en masa de [a] f0=[Cu]-3,5[Si]-3[P]+0.5([Pb]+0,8([Bi]+[Se])+0,6[Te])-0,5([Sn]+[As]+[Sb])- -1,8[Al]+2[Mn]+[Mg]=61 a 71 f1=[P]/[Zr]=0,7 a 200,

f2=[Si]/[Zr]=75 a 5000, y

f3=[Si]/[P]=12 a 240,

f6=[Cu]-3,5[Si]-3[P]+3([Pb]+0,8([Bi]+[Se])+0,6[Te])1/2 ≥ 62, y

f7=[Cu]-3.5[Si]-3[P]-3([Pb]+0.8([Bi]+[Se])+0.6[Te])1/2 ≤ 68,5

([a] = 0 como un elemento a no contenido);

En el que la aleación forma una estructura de metal que contiene la fase α y la fase K y/o la fase b% en una relación en términos del contenido de la fase b % de [b] en un índice del `área,

f4 = [α] + [γ] + [K] ≥ 85, y

f5 = [γ] + [K] + 0,3 [μ] - [ß] = 5 a 95

([b] = 0 como una fase b no contenida); y

en el que la aleación tiene un diámetro medio de grano de 200 μm o menor en una macroestructura cuando se funde y solidifica.

Aleación de cobre

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una aleación basada en cu-Zn-Si que tiene excelente colabilidad, propiedadesmecánicas (resistencia, ductilidad, etc.) , resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste, maquinabilidad y similares.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA

Se sabe que las aleaciones de cobre mejoran en la fuerza del rendimiento por refinamiento de grano como losmateriales metálicos ordinarios y que, de acuerdo con la ley de Hall-Petch, las aleaciones de cobre mejoran en suresistencia de forma proporcionalmente inversa con la raíz cuadrada del diámetro del grano.

Y las aleaciones de cobre generalmente se someten a dos tipos básicos de refinamiento de grano del siguiente modo: (A) cuando las aleaciones de cobre se funden y solidifican, (B) cuando las aleaciones de cobre (lingotes, comolosas, moldeos tales como fundiciones a presión, moldeo por fusión, etc.) tras la solidificación en fusión se someten adeformación tal como laminado o calentamiento y la energía almacenada resultante de modo que la energíadistorsionada actúa como fuerza impulsora. En cualquiera de los casos (A) o (B) , el circonio (Zr) se conoce como elemento que afecta de forma efectiva al refinamiento del grano.

No obstante, en el caso de (A) , dado que el efecto de refinamiento del grano de Zr en la etapa de solidificaciónfusión se ve considerablemente influido por otros elementos y sus contenidos, no se alcanza un nivel deseado derefinamiento del grano. Por esta razón, en general, la técnica de (B) se ha usado extensamente, en la que elrefinamiento de grano se facilita realizando tratamiento térmico de los lingotes, colados y similares tras la fusiónsolidificación y, después, dotar de nuevo de distorsión.

De acuerdo con las enseñanzas de la publicación de la solicitud de patente investigada japonesa nº 38-20467una aleación de cobre que contiene Zr, P y Ni se somete a tratamiento de fusión, en frío a una velocidad del 75 % y análisis de su diámetro medio de grano, en el que el diámetro medio de grano disminuye en proporción al incremento deun contenido de Zr, por ejemplo 280 !m cuando no contiene Zr, 170 !m (contenido en Zr: 0, 05 % en masa) , 50 !m (contenido en Zr: 0, 13 % en masa) , 29 !m (contenido en Zr: 0, 22 % en masa) y 6 !m (contenido en Zr: 0, 89 % en masa) .

En este documento se ha propuesto contener de 0, 05 a 0, 3 % en masa de Zr con el fin de evitar un efecto adversocausado por un excesivo contenido de Zr.

Además, en la publicación de la solicitud de patente no examinada japonesa nº 2004-233952 se divulga que cuando una aleación de cobre a la que se añade 0, 15 a 0, 5 % en masa de Zr se somete a fundición, tratamiento defusión y procesamiento de deformación para adición de distorsión, su diámetro medio de grano se refina hasta un nivel de aproximadamente 20 !m o menor.

No obstante, como ocurre en la técnica de (B) , este tratamiento y funcionamiento tras colado para refinamiento del diámetro del grano tiene como resultado un incremento de los costes. Además, algunos moldeos no se puedensometer al procesamiento de deformación para adición de distorsión debido a sus formas. Como tales, los granos serefinan, preferentemente, mediante la técnica de (A) cuando la aleación de cobre se funde y solidifica. No obstante, enel caso de la técnica de (A) , como se ha expuesto anteriormente, el Zr se ve considerablemente influido por otros elementos y sus contenidos en la etapa de fusión-solidificación. Por tanto, aunque el contenido de Zr aumenta, nonecesariamente se consigue refinamiento de grano correspondiente al incremento. Además, el Zr tiene una afinidadmuy fuerte por el oxígeno. De acuerdo con esto, cuando se está fundiendo y añadiendo en la atmósfera, el Zr formafácilmente un óxido y tiene un rendimiento muy bajo. Como tal, aunque en los productos tras el moldeo hay unacantidad muy pequeña de Zr, se requiere cargar una cantidad considerable de materia prima en la etapa de moldeo. Entre tanto, cuando durante la fusión se produce demasiado, el óxido se enreda fácilmente al fundir, existe la posibilidadde generar defectos en el moldeo. Con el fin de evitar la producción del óxido, la fusión y el moldeo se pueden llevar a cabo al vacío o en atmósfera de gas inerte, lo que produce un incremento de los costes. Además, dado que el Zr es unelemento caro, preferentemente su cantidad de adición se restringe para que sea lo más pequeña posible desde elpunto de vista económico.

Por esta razón, se requiere una aleación de cobre que tenga el contenido de Zr lo más pequeño posible y, simultáneamente, el diámetro medio del grano refinado en la etapa posterior a la fusión-solidificación del proceso defundición.

Además, en el caso de la aleación basada en Cu-Zn-Si, el Si sirve para mejorar la propiedad mecánica, etc., pero durante la fusión-solidificación, tiene los problemas de que es fácil generar una grieta o porosidad, de que una cavidad por contracción sea grande y de que es fácil generar defectos de colada, tal como un agujero de soplado. Elprincipal motivo es porque un contenido de Si aumenta, un intervalo de temperatura de solidificación (una diferencia entre una temperatura del líquido y una temperatura del sólido) pasa a ser amplio y también se deteriora la conductividad térmica. Además, mediante la visualización de una estructura de solidificación de una aleación convencional de Cu-Zn-Si se genera una dendrita en un patrón de ramas de tipo árbol. Los brazos de la dendritadificultan soltar al aire las burbujas de aire generadas, que son responsables de los agujeros de soplado residuales y lageneración local de la cavidad por contracción grande.

El documento JP 2004 183056 A se refiera a una aleación de cobre de corte libre y de contenido en plomoreducido que tiene una composición de la aleación que incluye 66, 0 -·75, 0 % en masa de Cu, 21, 0 - 32, 0 % en masa deZn, 1, 3 -·2, 4 % en masa de Si, y 0, 4 - 0, 8 % en masa de Pb. La aleación tiene ciertas relaciones entre los componentesy la estructura metálica obtenida contiene una fase alfa como matriz y de 3 a 30 % de una fase gamma y/o una fase kapa.

El documento US20020069942 A1 se refiere a una aleación de corte sin plomo que comprende cobre, silicio y cinc. El documento titulado "Kornfeinung von kupferlegierungen" (F. Romankiewicz et al, Metall 48. Jahrgang, Nr. 11/94 páginas 865-871) divulga aleaciones de cobre, tales como Cu Zn 16Si 4, que comprenden P y/o Zr.

La presente invención proporciona una aleación a base de Cu-Zn-Si capaz de mejorar significativamente laspropiedades de la aleación de cobre, tal como la colabilidad, diversas propiedades mecánicas, la resistencia a lacorrosión, la maquinabilidad, la practicabilidad, etc., por medio del refinamiento de granos y, simultáneamente, unprocedimiento de fabricar los mismos.

SUMARIO

Con el fin de alcanzar el objetivo, la presente invención propone una aleación de cobre y un procedimiento defabricar la misma del siguiente modo:

En primer lugar, la presente invención propone una aleación de cobre (en lo sucesivo denominada "primera aleación de cobre" que consiste esencialmente en Cu: 69 a 88 % en masa (preferentemente de 70 a 84 % en masa, más preferentemente de 71, 5 a 79, 5 % en masa, y, más preferentemente, de 73 a 79 % en masa) , Si: 2 a 5 % en masa (preferentemente de 2, 2 a 4, 8 % en masa, más preferentemente de 2, 5 a 4, 5 % en masa, y, más preferentemente, de2, 7 a 3, 7 % en masa) , Zr: 0, 0005 a 0, 04 % en masa (preferentemente de 0, 0008 a 0, 029 % en masa, máspreferentemente de 0, 001 a 0, 019 % en masa, todavía más preferentemente, de 0, 0025 a 0, 014 % y, más preferentemente, de 0, 004 a 0, 0095 % en masa) , P 0, 01 A 0, 25 % en masa (preferentemente de 0, 02 a 0, 2 % en masa, más preferentemente de 0, 03 a 0, 16 % en masa, y, más preferentemente, de 0, 04 a 0, 12 % en masa) , Zn: resto, ycumplir las condiciones siguientes de (1) a (7) en la primera aleación de cobre, es preferible cumplir adicionalmente las condiciones siguientes de (10) a (15) incluidas las condiciones de (1) a (7) . Cuando la primera aleación de cobrerequiere cortado, es preferible cumplir adicionalmente una condición de (17) , incluidas las condiciones de (1) a (7) y de

(10) a (5) .

En segundo lugar, la presente invención propone una aleación de cobre (en lo sucesivo denominada "segundaaleación de cobre", que contiene al menos un elemento de Sn, As y Sb además de los elementos constituyentes... [Seguir leyendo]

1. Una aleación de cobre que consiste en Cu: 69 a 88 % en masa Si: 2 a 5 % en masa; Zr: 0, 0005 a 0, 04 % en masa;

P: 0, 01 a 0, 25 % en masa, y opcionalmente al menos uno seleccionado de Pb: 0, 005 a 0, 45 % en masa, Bi: 0, 005 a 0, 45 % en masa, Se: 0, 03 a 0, 45 % en masa, y Te: 0, 01 a 0, 45 % en masa y/o opcionalmente al menos uno seleccionado de Sn: 0, 05 a 1, 5 % en masa, As: 0, 02 a 0, 25 % en masa, y Sb: 0, 02 a 0, 25 % en masa;

y opcionalmente al menos uno seleccionado de AI: 0, 02 a 1, 5 % en masa, Mn: 0, 2 a 4 % en masa, y Mg: 0, 001 a 0, 2 % en masa:

siendo el resto Zn e impurezas inevitables;

Teniendo la aleación la relación de, en términos del contenido del elemento a % en masa de [a] f0=[Cu]-3, 5[Si]-3[P]+0.5 ([Pb]+0, 8 ([Bi]+[Se]) +0, 6[Te]) -0, 5 ([Sn]+[As]+[Sb]) - -1, 8[Al]+2[Mn]+[Mg]=61 a 71 f1=[P]/[Zr]=0, 7 a 200, f2=[Si]/[Zr]=75 a 5000, y f3=[Si]/[P]=12 a 240, f6=[Cu]-3, 5[Si]-3[P]+3 ([Pb]+0, 8 ([Bi]+[Se]) +0, 6[Te]) 1/2 º 62, y f7=[Cu]-3.5[Si]-3[P]-3 ([Pb]+0.8 ([Bi]+[Se]) +0.6[Te]) 1/2º 68, 5

([a] = 0 como un elemento a no contenido) ; En el que la aleación forma una estructura de metal que contiene la fase a y la fase K y/o la fase V en una relación

en términos del contenido de la fase b % de [b] en un índice del ‘área, f4 = [a] + [V] + [K] º 85, y f5 = [V] + [K] + 0, 3 [!] - [º] = 5 a 95

([b] = 0 como una fase b no contenida) ; y en el que la aleación tiene un diámetro medio de grano de 200 !m o menor en una macroestructura cuando sefunde y solidifica.

La aleación de cobre de acuerdo con la reivindicación 1, que contiene al menos una seleccionada de Pb: 0, 005 a 0, 45 % en masa, Bi: 0, 005 a 0, 45 % en masa Se: 0, 03 a 0, 45 % en masa, y Te: 0, 01 a 0, 45 % en masa; y opcionalmente contiene al menos uno seleccionado de Sn: 0, 05 a 1, 5 % en masa, As: 0, 02 a 0, 25 % en masa, y Sb: 0, 02 a 0, 25 % en masa;

teniendo una relación de, entre el contenido del elemento a, % de [a] y el contenido de la fase b % de [b] en uníndice de área, f8=[V]+[K]+0, 3[!]-[º ]+25 ([Pb]+0, 8 ([Bi]+[Se]) +0, 6[Te]) 1/2 º 10, y f8=[V]+[K]+0, 3[!]-[º]-25 ([Pb]+0, 8 ([Bi]+[Se]) +0, 6[Te]) 1/2 º 70, ([a]=[b]=0 como el elemento no contenido a y la fase b) .

3. La aleación de cobre de acuerdo con la reivindicación 1, que contiene al menos uno seleccionado de AI, Mn, y Mg, y teniendo una relación de, entre el contenido del elemento a, % de [a] y el contenido de la fase b % de [b] en uníndice de área, f8=[V]+[K]+0, 3[!]-[º ]+25 ([Pb]+0, 8 ([Bi]+[Se]) +0, 6[Te]) 1/2 º 10, y f8=[V]+[K]+0, 3[!]-[º]-25 ([Pb]+0, 8 ([Bi]+[Se]) +0, 6[Te]) 1/2 º 70, ([a]=[b]=0 como el elemento no contenido a y la fase b) .

4. La aleación de cobre de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que cuando unacualquiera de Fe y Ni está contenida como una impureza inevitable, un contenido de uno cualquiera de Fe y Ni esinferior a 0, 3 % en masa y cuando Fe y Ni están contenidos como una impureza inevitable, un contenido total de Fe y Ni es inferior a 0, 35 % en masa.

5. La aleación de cobre de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que, cuando se funde y solidifica, un cristal primario es la fase a.

6. La aleación de cobre de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que, cuando se funde y solidifica se genera una reacción peritéctica.

7. La aleación de cobre de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que, cuando se funde y solidifica, una red de dendritas tiene una estructura cristalina dividida y una forma bidimensional de un grano tiene unacualquiera de una forma circular, una forma no circular cercana a la forma circular, una forma elíptica, una forma de cruz y una forma acicular y una forma poligonal.

8. La aleación de cobre de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la fase a de unamatriz está finamente dividida y al menos una de las fases K y V están uniformemente distribuidas en la matriz.

9. La aleación de cobre de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que, cuando está contenido uno cualquiera de Pb y Bi, uno cualquiera de las partículas de Pb y Bi que tienen un tamaño fino uniformeestá distribuido uniformemente en una matriz.

Un moldeo, obtenido sometiendo la aleación de cobre de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1a 9 a un procedimiento de moldeo.

11. Un material trabajado en plástico, obtenido realizando adicionalmente el trabajo en plástico sobre el moldeo deacuerdo con la reivindicación 10 al menos una vez.

12. Un material trabajado en plástico de acuerdo con la reivindicación 11, en el que cuando el material trabajado en plástico se corta mediante un torno usando un bocado de un ángulo de inclinación: -6º y un radio de punta: 0, 4 mm enlas condiciones de una velocidad de corte: 80 a 160 m/min, una profundidad de corte: de 1, 5 mm y una velocidad dealimentación de 0, 11 mm/rev., una astilla de corte generada es un material trabajado cortado que toma una forma de segmento pequeño trapezoidal o una forma triangular y una forma de cinta o acicular que tiene una longitud de 25 mm o menor.

13. El moldeo de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el moldeo es un alambre, un rodillo o una barra hueca moldeada mediante moldeo continuo horizontal, moldeo vertical o ascendente.

14. El material trabajado en plástico de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el material trabajado es unmaterial extruido en caliente, un material forjado en caliente o un material laminado en caliente.

15. El material trabajado en plástico de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el material trabajado en plástico es un alambre, un rodillo o una barra hueca formada mediante extensión o estiramiento en frío del moldeo definido en la reivindicación 13.

16. El moldeo de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el moldeo es un moldeo, un moldeo de semifundición, un material formado semihundido, un material forjado metálico fundido o un material formado por moldeo por fundición a presión, en el que al menos la red de dendrita tiene la estructura cristalina dividida en estado semihundido de unafracción de fase sólida de 30 a 80 % y la forma bidimensional de la fase sólida tiene una cualquiera de la forma circular,

la forma no circular cercana a la forma circular, la forma elíptica, la forma en cruz, la forma acicular y la forma poligonal.

17. El moldeo de acuerdo con la reivindicación 16, en el que en la fracción de fase sólida del 60 %, un diámetro medio de grano de la fase sólida es inferior a 150 !m y/o una longitud máxima media de la fase sólida correspondiente es inferior a 200 !m.

18. El moldeo de acuerdo con la reivindicación 16 o 17, en el que la aleación de cobre se moldea hasta obtener una forma casi neta.

19. El moldeo o el material trabajado en plástico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 18, enel que el moldeo o el material trabajado en plástico es una conexión de contacto con agua usada en contacto con agua todo el tiempo o temporalmente.

20. El moldeo o el material trabajado en plástico de acuerdo con la reivindicación 19, en el que la aleación de cobrees una boquilla, una boquilla de manguera, un enchufe hembra, un codo, un disco, un enchufe macho, un buje, unaunión, una junta, una lengüeta, una válvula de retención, un retenedor, una válvula de SLITH, una válvula de puerta, una válvula de comprobación, una válvula globo, una válvula de diafragma, una válvula de pinza, una válvula de bola, unaválvula de aguja, una válvula en miniatura, una válvula de alivio, una llave principal, una llave de mano, una llave depaso, una llave de dos vías, una llave de tres vías, una llave de cuatro vías, una llave de gas, una válvula de bola, unaválvula de seguridad, una válvula de alivio, una válvula de reducción de la presión, una válvula electromagnética, unatrampa de vapor, un medidor de agua, un caudalímetro, un hidrante, un grifo pulverizador de agua, un grupo dedetención de agua, una llave de mano, un grifo mixto, un grifo de corporación, un canalón, un grifo de rama, una válvulade comprobación, una válvula de rama, una válvula flash, una llave de derivación, una ducha, un gancho de ducha, unenchufe macho, una pieza de unión, una boquilla para regar, un rociador, una pipa de calentamiento para un calentadorde agua, una pipa de calentamiento para un intercambiador de calor, una pipa de calentamiento para una caldera, una trampa, una válvula hidrante de incendios, un puerto de suministro de agua, un propulsor, un eje impulsor o un caso debomba o su miembro constituyente.

21. El moldeo o el material trabajado en plástico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 18, enel que el moldeo o el material trabajado en plástico es un miembro de engranaje de fricción relativo al movimiento encontacto con agua todo el tiempo o temporalmente.

22. El moldeo o el material trabajado en plástico de acuerdo con la reivindicación 21, en el que el moldeo o elmaterial trabajado en plástico es un engranaje, un buje deslizante, un cilindro, un zapato de pistón, un rodamiento, una parte de rodamiento, un miembro de rodamiento, un eje, un rodillo, una parte de junta rotatoria, un tornillo, una tuerca o un eje de rosca, o su miembro constituyente.

23. El moldeo o el material trabajado en plástico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 18, enel que la aleación de cobre es un sensor de presión, un sensor de temperatura, un conector, una parte de compresor, una parte de compresor de desplazamiento, una válvula de presión alta, una válvula de apertura-cierre para un aparatode aire acondicionado, una parte del carburador, una conexión de cable, una parte de antena de telefonía móvil o unterminal.

24. Un procedimiento para producir una aleación de cobre, un moldeo o material trabajado en plástico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, en el que, en un procedimiento de moldeo, se añade Zr en forma deun material de aleación de cobre que contiene Zr y se evita la adición de Zr en forma de un óxido y/o un sulfuro cuandose realiza el moldeo.

25. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 24, en el que el material de la aleación de cobre que contieneZr es una aleación de cobre que contiene adicionalmente al menos uno seleccionado de P, Mg, AI, Sn, Mn and B basado en una aleación de Cu-Zr, una aleación de Cu-Zn-Zr o su aleación.