Aleación de latón comprendiendo aluminio de fácil mecanización libre de plomo y método de producción de la misma.

Aleación de latón de aluminio de fácil mecanización libre de plomo,

que comprende: un 57, 0 ~ 63, 0% en peso de Cu, un 0, 3 ~ 0, 7% en peso de Al, un 0, 1 ~ 0, 5% en peso de Bi, un 0, 2 ~ 0, 4% en peso de Sn, un 0, 1 ~ 0, 5% en peso de Si, un 0, 01 ~ 0, 15% en peso de P, al menos dos elementos seleccionados de entre el grupo consistente en un 0, 01 - 0, 15% en peso de Mg, un 0, 0016 - 0, 0020% en peso de B, un 0, 001-0, 05% en peso de tierras raras y siendo el resto Zn e impurezas inevitables, entre las cuales: Pb : 0, 1% en peso, Fe : 0, 1% en peso, Sb : 0, 03% en peso, Zr a lo sumo un 0, 0007% en peso y C menos del 0, 0015% en peso.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

En general, la presente invención se refiere a una aleación de latón con aluminio de fácil mecanización libre de plomo, en particular a una aleación de latón con aluminio de fácil mecanización libre de plomo y a su método de producción, la cual puede utilizarse en moldeados y forjas a baja presión.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Actualmente, en la búsqueda y desarrollo de aleaciones de latón de fácil mecanización libres de plomo o con bajo contenido en plomo típicamente se siguen dos vías para encontrar aquellos elementos que pueden sustituir al plomo: una vía es seleccionar elementos que apenas forman soluciones sólidas en Cu y que no pueden formar compuestos intermetálicos con Cu, tales como Bi, Se y Te, etc.; la otra vía es seleccionar aquellos elementos que forman soluciones sólidas en Cu donde la solubilidad en el sólido disminuye cuanto disminuye la temperatura, de modo que se forman compuestos intermetálicos con Cu y con Sb, P, Mg, Si, B y Ca, etc. La primera vía es bien conocida desde hace bastante tiempo. La segunda vía es un desarrollo más reciente.

En el proceso de investigación y desarrollo, la selección de elementos para la aleación y su contenido variará según las propiedades del proceso y en comparación con los requisitos de coste en el mercado. Por ello se han inventado diversas aleaciones de latón de fácil mecanización y libres de plomo. La aleación de latón con bismuto es la más común de estas aleaciones.

Por ejemplo, la publicación nº CN 101225487ª, de Xuhong Hu, describe una aleación de latón que contiene arsénico y presenta un bajo contenido en plomo que incluye (% en peso) 57-62 Cu, 36-43 Zn, 0, 01-1, 0 Al, 0, 05-2, 5 Bi, 0, 005-0, 3 As, : 0, 2 Pb y : 0, 65 Sn, donde se anaden selectivamente pequenas cantidades de Ni, Fe y S y cantidades minimas de Si, Mg, Mn y Re (renio) . No se anade P. El arsenico es uno de los elementos principales de dicha aleacion. Cuando el contenido de As se encuentra entre la mitad y el límite superior del intervalo arriba especificado y cuando el contenido en Pb oscila entre el 0, 1 y el 0, 2% en peso, tanto el As como el Pb se liberan en el agua en cantidades que superan los límites superiores de la norma NSF. Por consiguiente, estas aleaciones de laton no pueden ser utilizadas en los componentes de los sistemas de abastecimiento de agua potable, tales como grifos y válvulas.

La patente nº CN 1045316C, de Kohler, describe una aleación de latón con bismuto que presenta un bajo contenido en plomo, la cualincluye (% enpeso) 55-70 Cu, 30-45 Zn, 0, 2-1, 5 Al, 0, 2-0, 3 Bi, : 1, 0 Pb, : 2, 0 Ni, : 1, 0 Fe, : 0, 25Iny 0, 005-0, 3 Ag, y que además comprende cantidades mínimas de uno o más de los siguientes elementos Ta, Ga, V, B, Mo, Nb, Co y Ti. Tambien se anade Zr de forma selectiva. No se anade Si ni P.

La publicación nº CN 1710126A, de Powerway, describe una aleación de latón con bismuto de fácil mecanización que presenta un bajo contenido en antimonio y está libre de plomo y también el procedimiento de producción de la misma, incluyendo (% en peso) 55-65 Cu, 0, 3-1, 5 Bi, 0, 05-1, 0 Sb, 0, 0002-0, 05 B, anadiendose selectivamente elementos tales como Ti, Ni, Fe, Sn, P y tierras raras, consistiendo el resto en Zn e impurezas. No se anade Si ni Al. Si el contenido de Sb es º 0, 1, la cantidad de Sb liberado en el agua superara los requisitos de la norma NSF.

El documento JP2000-239765A, de Joetsu, describe una aleación de latón libre de plomo y resistente a la corrosión para moldeados que incluye (% en peso) 64-68 Cu, 1, 0-2, 0 Bi, 0, 3-1, 0 Sn, 0, 01-0, 03 P, 0, 5-1, 0 Ni, 0, 4-0, 8 Al, < 0, 2 Fe y el resto consiste en Zn e impurezas. El contenido de Bi es mayor y no se anade Si.

Con la creciente utilización extensiva de los latones de bismuto, sus efectos negativos también son cada vez más importantes, por ejemplo la potencial capacidad de agrietarse en caliente y frío, mala soldabilidad, necesidad de calentamiento y enfriado lento durante el recocido, etc. La causa de estos efectos negativos tiene una razón termodinámica básica: la gran diferencia entre la tensión superficial del bismuto (350 dinas/cm) y la del cobre (1.300 dinas/cm) y el hecho de que el bismuto no puede formar una solución sólida en cobre y no puede formar compuestos intermetálicos con el cobre. Como consecuencia, el bismuto líquido presenta una buena humectación con granos a y 1 de cobre y latón. El ángulo diedro entre el bismuto y el cobre o latón tiende a cero. Después de la solidificación, el bismuto se distribuye por el límite de los granos en forma de una película continua.

Actualmente, los latones de bismuto desarrollados consisten principalmente en aleaciones de deformación y comprenden más de un 0, 5% en peso de bismuto. Los latones de bismuto de moldeado conocidos, como C89550 (que comprende un 0, 6 º 1, 2% en peso de Bi) tienen una alta tendencia a sufrir agrietamiento en caliente durante el moldeado a baja presión y no se sueldan fácilmente.

El latón de antimonio de fácil mecanización libre de plomo o con bajo contenido en plomo tiene una excelente moldeabilidad, soldabilidad, formabilidad de mecanización en caliente y resistencia a la corrosión por deszincificación. Sin embargo, el antimonio es mas toxico que el plomo. La norma NSF/ANSI61-2007 exige que la liberación de Sb en agua potable sea : 0, 6 Ig/l y que el Pb sea liberado en cantidades : 1, 5 Ig/l (la norma NSF61 -2005 exige que la liberación de Pb sea : 5 Ig/l) . El laton de antimonio no es adecuado para los componentes utilizados en sistemas de abastecimiento de agua potable.

El latón de silicio de fácil mecanización libre de plomo es un latón que tiene algunas perspectivas buenas de desarrollo. Los latones de silicio de fácil mecanización libres de plomo investigados y desarrollados en la actualidad consisten principalmente en un latón con silicio de deformación de bajo contenido en zinc. La mayor parte de ellos incluye pequenas cantidades de bismuto y el coste de la materia prima es bastante mas alto.

El latón con aluminio tiene buena resistencia a la corrosión, pero su mecanizabilidad es inadecuada. Existen pocas patentes u otras publicaciones referentes a latones de aluminio de fácil mecanización libres de plomo. La patente estadounidense nº 3.773.504 (1973) describe una aleación serie de Cu-Zn-Al-P resistente al desgaste. La patente japonesa 2003-253358 describe un latón de aluminio de fácil mecanización libre de plomo y con bajo contenido en zinc (que contiene vanadio y boro, etc.) .

El documento de XIE JIANHUI y col., "Preparation technology of lead free and free-cutting casting bismuth brass", Foundr y Technology, tomo 29, nº 4, 1 de enero de 2008, paginas 520-523, XP009131920, describe una aleación de latón con aluminio de fácil mecanización libre de plomo que comprende: un 62, 5-63, 5% en peso de Cu, un 0, 65-0, 75% en peso de Al, un 0, 4-0, 6% en peso de Bi, : 0, 30% en peso de Sn, siendo el resto Zn e impurezas inevitables.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figuras 1A, 1B y 1C: muestran la forma de las virutas del ejemplo de aleación 1 obtenida a una velocidad de corte de 40 m/min, con alimentaciones de 0, 1, 0, 2 y 0, 3 mm/revolución, respectivamente.

Figuras 1D, 1E y 1F: muestran la forma de las virutas de la aleación CuZn40Pb1Al0, 6 obtenida a una velocidad de corte de 40 m/min, con alimentaciones de 0, 1, 0, 2 y 0, 3 mm/revolución, respectivamente.

Figuras 2A, 2B y 2C: muestran la forma de las virutas del ejemplo de aleación 1 obtenida a una velocidad de corte de 60 m/min, con alimentaciones de 0, 1, 0, 2 y 0, 3 mm/revolución, respectivamente.

Figuras 2D, 2E y 2F: muestran la forma de las virutas de la aleación CuZn40Pb1Al0, 6 obtenida a una velocidad de corte de 60 m/min, con alimentaciones de 0, 1, 0, 2 y 0, 3 mm/revolución, respectivamente.

Figuras 3A, 3B y 3C: muestran la forma de las virutas del ejemplo de aleación 1 obtenida a una velocidad de corte de 80 m/min, con alimentaciones de 0, 1, 0, 2 y 0, 3 mm/revolución, respectivamente.

Figuras 3D, 3E y 3F: muestran la forma de las virutas de la aleación CuZn40Pb1Al0, 6 obtenida a una velocidad de corte de 80 m/min, con alimentaciones de 0, 1, 0, 2 y 0, 3 mm/revolución, respectivamente.

Figuras 4A, 4B y 4C: muestran la forma de las virutas del ejemplo de aleación 1 obtenida a una velocidad de corte de 100 m/min, con alimentaciones de 0, 1, 0, 2 y 0, 3 mm/revolución,... [Seguir leyendo]

1. Aleación de latón de aluminio de fácil mecanización libre de plomo, que comprende: un 57, 0 ~ 63, 0% en peso de Cu, un 0, 3 ~ 0, 7% en peso de Al, un 0, 1 ~ 0, 5% en peso de Bi, un 0, 2 ~ 0, 4% en peso de Sn, un 0, 1 ~ 0, 5% en peso de Si, un 0, 01 ~ 0, 15% en peso de P, al menos dos elementos seleccionados de entre el grupo consistente en un 0, 01 - 0, 15% en peso de Mg, un 0, 0016 - 0, 0020% en peso de B, un 0, 001-0, 05% en peso de tierras raras y siendo el resto Zn e impurezas inevitables, entre las cuales: Pb : 0, 1% en peso, Fe : 0, 1% en peso, Sb : 0, 03% en peso, Zr a lo sumo un 0, 0007% en peso y C menos del 0, 0015% en peso.

2. Aleación de latón de aluminio de fácil mecanización libre de plomo según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende un 0, 4 - 0, 6 por ciento en peso de Al, un 0, 2 - 0, 5% en peso de Si y un 0, 1 - 0, 3% en peso 10 de Bi.

3. Aleación de latón de aluminio de fácil mecanización libre de plomo según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque las impurezas comprenden : 0, 1% en peso de Pb, : 0, 1% en peso de Fe y : 0, 03% en peso de Sb.

4. Método de producción de moldeado a baja presión en el que se utiliza la aleación de latón de aluminio de fácil

mecanización libre de plomo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la temperatura para el 15 moldeado a baja presión es d.

98. 1.000º C.

5. Método de producción de moldeado continuo horizontal en el que se utiliza la aleación de latón de aluminio de fácil mecanización libre de plomo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la temperatura de forja de molde para el moldeado continuo horizontal es d.

65. 710º C.