Aleación de latón al silicio de fácil mecanización, libre de plomo y con alto contenido de zinc, y método de producción de la misma.

Aleación de latón al silicio de fácil mecanización libre de plomo y con altocontenido de zinc que comprende:

del 35,0 al 42,0% en peso de Zn; del 0,1 al1,5% en peso de Si; del 0,03 al 0,4% en peso de Al; del 0,01 al 0,36% en pesode P; del 0,001 al 0,05% en peso de elementos de las tierras raras; al menos uncomponente del grupo consistente en el 0,05 al 0,5% en peso de Sn y del 0,05al 0,2% en peso de Ni; que opcionalmente comprende del 0,01 al 0,1% en pesode Ti; que opcionalmente comprende del 0,05 al 0,4% en peso de Mg;consistiendo el resto en Cu e impurezas inevitables, pudiendo comprender dichaaleación Fe en una cantidad igual o menor del 0,1% en peso y pudiendocomprender dicha aleación además Pb en una cantidad menor del 0,2% enpeso.

ALEACIÓN DE LATÓN AL SILICIO DE FÁCIL MECANIZACIÓN, LIBRE DE PLOMO Y CON ALTO CONTENIDO DE ZINC, Y MÉTODO DE PRODUCCIÓN DE LA MISMA

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere en general a una aleación de latón al silicio de fácil mecanización libre de plomo, en especial a una aleación de latón al silicio de fácil mecanización libre de plomo y con alto contenido de zinc y a un método de producción de la misma que se puede aplicar en fundiciones inyectadas a baja presión y forjas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Actualmente, las aleaciones de latón de fundición ampliamente utilizadas tienen muchas series, como las series Cu-Zn, Cu-Zn-Si y Cu-Zn-Al. Cada serie de aleación incluye además varias aleaciones con contenido de plomo. Las aleaciones de latón de fundición con contenido de plomo tienen excelentes propiedades de cortabilidad y moldeabilidad y un bajo coste. Sin embargo, estas aleaciones son perjudiciales para el medio ambiente y el cuerpo humano en el proceso de su producción y uso. Además, la soldabilidad de las aleaciones de latón con contenido de plomo es mala.

El problema del carácter perjudicial del plomo para el medio ambiente y el cuerpo humano plantea un gran interés. De acuerdo con estadísticas incompletas, durante 15 años se han publicado o concedido muchas patentes de aleaciones de latón de fácil mecanización libres de plomo o con bajo contenido de plomo en muchos países, como EE.UU., China, Japón, Alemania y Corea. Entre estas patentes de invención hay más de 20 aleaciones de latón al bismuto, más de 10 aleaciones de latón al silicio, 8 aleaciones de latón al estaño, 1 o 2 aleaciones de latón al antimonio, aleaciones de latón al magnesio, aleaciones de latón al aluminio y aleaciones de latón al telurio. Estas referencias dan a conocer principalmente aleaciones de latón para deformación de fácil mecanización y libres de plomo. En muy pocos casos las referencias indican que las aleaciones de la invención son aplicables en fundiciones. Ninguna referencia indica que las aleaciones de la invención son aplicables en fundición inyectada a baja presión.

Las aleaciones de latón al bismuto para fundición de fácil mecanización y libres de plomo o con bajo contenido de plomo publicadas en la actualidad incluyen U.S C89550 (alto contenido de zinc, libre de plomo) , U.S C89837 (bajo contenido de zinc, alto contenido de cobre, libre de plomo) , U.S C89510 y U.S C89520 (bajo contenido de zinc, alto contenido de cobre, libre de plomo) , FR CuZn39Bi1Al y otras aleaciones de latón al bismuto con bajo contenido de Sn y Se. El contenido del C89550 incluye principalmente un 58, 0!64, 0% en peso de Cu, un 32, 0!38, 0% en peso de Zn, un 0, 6!1, 2% en peso de Bi, un 0, 01-0, 11% en peso de Se, un 0, 1-0, 6% en peso de Al, un 0!1, 2% en peso de Sn, un 0!1, 0% en peso de Ni. El contenido del C89837 incluye principalmente un 84, 0!88, 0% en peso de Cu, un 6, 0!10, 0% en peso de Zn, un 0, 7-1, 2% en peso de Bi, un 3, 0!4, 0% en peso de Sn, un 0, 1-1, 0% en peso de elementos de las tierras raras y un 0, 5!1, 0% en peso de Ni. El contenido del C89510 incluye principalmente un 86, 0!88, 0% en peso de Cu, un 4, 0!6, 0% en peso de Zn, un 4, 0!6, 0% en peso de Sn, un 0, 5!1, 5% en peso de Bi, un 0, 35!0, 7% en peso de Se y un 1, 0% en peso de Ni. El contenido del C89520 incluye principalmente un 85, 0!87, 0% en peso de Cu, un 4, 0!6, 0% en peso de Zn, 4, 0!6, 0% en peso de Sn, un 1, 2!2, 5% en peso de Bi, un 0, 8!1, 2% en peso de Se y un 1, 0% en peso de Ni. Las aleaciones de latón al bismuto dadas a conocer por otras referencias también añaden Se y Sn, que resultan costosos, y Te e In, que resultan incluso más costosos, para cambiar el estado disperso del Bi en la superficie de contacto entre cristales adyacentes de una forma de película continua a una forma de grano discontinuo con el fin de reducir la fragilidad en caliente y la fragilidad en frío de la aleación de latón al bismuto.

Los metales arriba indicados son muy costosos. De acuerdo con la lista de precios publicada por China metal exchange en agosto de 2008, el precio del Bi era de 156.000 RMB/T, el del Sn era de 155.000 RMB/T, el del Ni nº 1 era de 147.000 RMB/T, el del Se era de 600.000 RMB/T, el del Te era de 1550 RMB/kg y el del In era de 3100 RMB/kg. La moldeabilidad y soldabilidad de las aleaciones de latón al bismuto son malas. Las piezas forjadas hechas de aleación de latón al bismuto mediante fundición inyectada a baja presión tienden a agrietarse, por lo que son de una calidad particularmente baja. Las piezas forjadas hechas de aleación de latón al bismuto mediante procesos de soldadura fuerte también tienden a agrietarse durante la soldadura y en una zona afectada por el calor. Además, el intervalo de temperatura de forja es reducido. Todos estos son los obstáculos principales de la aplicación de aleaciones de latón al bismuto. Ahora muchos clientes necesitan cuerpos de llaves de paso fabricados en serie y hechos de latón de fácil mecanización libre de plomo mediante fundición inyectada a baja presión y moldeo por soldadura y cuerpos de válvula también hechos de latón de fácil mecanización libre de plomo mediante forja y moldeo por soldadura. Mientras el bismuto sea muy escaso y costoso y sea necesario mejorar la técnica de forja y soldadura, la utilización y el potencial de desarrollo de las aleaciones de latón al bismuto estarán limitados.

Las aleaciones de latón al silicio de fundición normalmente contienen Pb, como la serie C87000. La serie C87000 incluye 11 aleaciones de latón al silicio con contenido de plomo. Diez de ellas son aleaciones de latón al silicio con bajo contenido de zinc, que normalmente contienen un 4, 0!16, 0% en peso de Zn, un 2, 5!5, 0% en peso de Si y un 0, 15!1, 0% en peso de Pb. Una de ellas es una aleación de latón al silicio con alto contenido de zinc, C87900. El C87900 contiene un 30, 0!36, 0% en peso de Zn, un 0, 8!1, 2% en peso de Si, un 0, 25% en peso de Pb, un 0, 25% en peso de Sn, un 0, 4% en peso de Fe y un 0, 15% en peso de Mn. Las series de aleaciones son muy propensas al agrietamiento en caliente durante el proceso de fundición inyectada a baja presión. Mientras el contenido de Pb oscile entre el 0, 15!0, 25% en peso, la liberación de Pb sobrepasará el requisito de la norma NSF61. Las aleaciones de latón con contenido de plomo siguen siendo muy utilizadas en la fabricación de muchos productos debido a su excelente cortabilidad y su bajo coste. Sin embargo, el vapor contaminado con Pb producido mediante le proceso de fundición y moldeo de aleaciones de latón con contenido de plomo y el polvo contaminado con Pb producido en el proceso de corte y rectificado de las aleaciones de latón con contenido de plomo son perjudiciales para el cuerpo humano y el medio ambiente. Si las aleaciones de latón con contenido de plomo se utilizan en instalaciones de agua potables tales como llaves de paso, válvulas y casquillos, la contaminación del agua potable con Pb es inevitable. Además, los juguetes producidos con aleaciones de latón con contenido de Pb son más perjudiciales, ya que son tocados con frecuencia, lo que aumenta la exposición potencial al Pb.

Actualmente, la investigación y desarrollo de aleaciones de latón al silicio de fácil mecanización libres de plomo o con bajo contenido de plomo se basa en aleaciones de latón con bajo contenido de zinc y alto contenido de cobre y utiliza n aumento de la relación relativa de la fase ∀, que es dura, con respecto a la fase #, que es frágil, en la aleación para asegurar la facilidad de corte de la aleación. Con ello se sacrificará la plasticidad de la aleación y además es malo para el moldeo por soldadura y el moldeo a máquina. Además, dado que el contenido de Cu es alto, el coste de material es alto. Diez o más patentes de aleaciones de latón al silicio describen aleaciones para deformación y el contenido de zinc y cobre de estas aleaciones coincide parcialmente y principalmente se trata de aleaciones de latón al silicio con alto contenido de cobre. Las diferencias entre estas patentes consisten en el metal seleccionado y su margen de contenido. No existe ninguna publicación o revelación de la soldabilidad de las aleaciones, en especial información sobre su aplicación en la fundición inyectada a baja presión.

Dos patentes de aleaciones de latón al antimonio emitidas a nombre de Zhang y colaboradores describen aleaciones en las que el Sb es uno de los elementos principales. Se diferencian en los elementos seleccionados y en su margen de contenido. Dichas patentes no indican nada sobre la soldabilidad de la aleación, en especial la soldabilidad aplicada a la función inyectada a baja presión. Además, la liberación de Sb de estas aleaciones en el agua... [Seguir leyendo]

1. Aleación de latón al silicio de fácil mecanización libre de plomo y con alto contenido de zinc que comprende: del 35, 0 al 42, 0% en peso de Zn; del 0, 1 al 1, 5% en peso de Si; del 0, 03 al 0, 4% en peso de Al; del 0, 01 al 0, 36% en peso de P; del 0, 001 al 0, 05% en peso de elementos de las tierras raras; al menos un componente del grupo consistente en el 0, 05 al 0, 5% en peso de Sn y del 0, 05 al 0, 2% en peso de Ni; que opcionalmente comprende del 0, 01 al 0, 1% en peso de Ti; que opcionalmente comprende del 0, 05 al 0, 4% en peso de Mg; consistiendo el resto en Cu e impurezas inevitables, pudiendo comprender dicha aleación Fe en una cantidad igual o menor del 0, 1% en peso y pudiendo comprender dicha aleación además Pb en una cantidad menor del 0, 2% en peso.

2. Aleación de latón al silicio de fácil mecanización libre de plomo y con alto contenido de zinc según la reivindicación 1, comprendiendo dicha aleación: del 35, 0 al 42, 0% en peso de Zn; del 0, 1 al 1, 5% en peso de Si; del 0, 03 al 0, 4% en peso de Al; del 0, 01 al 0, 36% en peso de P; del 0, 01 al 0, 1% en peso de Ti; del 0, 001 al 0, 05% en peso de elementos de las tierras raras; al menos un componente del grupo consistente en el 0, 05 al 0, 5% en peso de Sn y del 0, 05 al 0, 2% en peso de Ni, consistiendo el resto en Cu e impurezas inevitables.

3. Aleación de latón al silicio de fácil mecanización libre de plomo y con alto contenido de zinc según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, comprendiendo dicha aleación: del 39, 00 al 42, 00% en peso de Zn, del 0, 1 al 1, 5% en peso de Si, del 0, 1 al 0, 3% en peso de P, del 0, 03 al 0, 4% en peso de Al, del 0, 05 al 0, 2% en peso de Ni, del 0, 01 al 0, 1% en peso de Ti, del 0, 001 al 0, 05% en peso de elementos de las tierras raras, consistiendo el resto en Cu e impurezas inevitables.

4. Aleación de latón al silicio de fácil mecanización libre de plomo y con alto contenido de zinc según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, comprendiendo

dicha aleación: del 39, 00 al 42, 00% en peso de Zn, del 0, 1 al 0, 2% en peso de Si, del 0, 03 al 0, 4% en peso de Al, del 0, 15 al 0, 3% en peso de P, del 0, 05 al 0, 1% en peso de Sn, del 0, 05 al 0, 1% en peso de Ni, del 0, 05 al 0, 1% en peso de Ti, del 0, 001 al 0, 05% en peso de elementos de las tierras raras, consistiendo el resto en Cu e impurezas inevitables.

5. Aleación de latón al silicio de fácil mecanización libre de plomo y con alto contenido de zinc según la reivindicación 1, comprendiendo dicha aleación: del 39, 00 al 42, 00% en peso de Zn, del 0, 1 al 0, 5% en peso de Si, del 0, 03 al 0, 4% en peso de Al, del 0, 15 al 0, 25% en peso de P, del 0, 05 al 0, 2% en peso de Sn, del 0, 05 al 0, 2% en peso de Ni, del 0, 05 al 0, 4% en peso de Mg, del 0, 01 al 0, 1% en peso de Ti, del 0, 001 al 0, 01% en peso de elementos de las tierras raras, consistiendo el resto en Cu e impurezas inevitables.

6. Aleación de latón al silicio de fácil mecanización libre de plomo y con alto contenido de zinc según la reivindicación 1, comprendiendo dicha aleación: del 40, 00 al 42, 00% en peso de Zn, del 0, 1 al 0, 2% en peso de Si, del 0, 03 al 0, 4% en peso de Al, del 0, 05 al 0, 3% en peso de Mg, del 0, 01 al 0, 3% en peso de P, del 0, 1 al 0, 3% en peso de Sn, del 0, 05 al 0, 1% en peso de Ni, del 0, 01 al 0, 1% en peso de Ti, del 0, 001 al 0, 05% en peso de elementos de las tierras raras, consistiendo el resto en Cu e impurezas inevitables.

7. Aleación de latón al silicio de fácil mecanización libre de plomo y con alto contenido de zinc según la reivindicación 1, comprendiendo dicha aleación: del 40, 00 al 42, 00% en peso de Zn, del 0, 2 al 0, 5% en peso de Si, del 0, 03 al 0, 4% en peso de Al, del 0, 01 al 0, 1% en peso de P, del 0, 1 al 0, 25% en peso de Mg, del 0, 1 al 0, 3% en peso de Sn, del 0, 05 al 0, 15% en peso de Ni, del 0, 001 al 0, 04% en peso de elementos de las tierras raras, consistiendo el resto en Cu e impurezas inevitables.

8. Aleación de latón al silicio de fácil mecanización libre de plomo y con alto contenido de zinc según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, comprendiendo dicha aleación del 0, 03 al 0, 3% en peso de Al.

9. Aleación de latón al silicio de fácil mecanización libre de plomo y con alto contenido de zinc según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, seleccionándose los elementos de las tierras raras seleccionados entre el grupo consistente en La y Ce.

10. Aleación de latón al silicio de fácil mecanización libre de plomo y con alto contenido de zinc según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, siendo el alargamiento de fundición de dicha aleación mayor del 10%, oscilando la rigidez HRB de dicha aleación entre 55 y 75; y siendo el ángulo de plegado de bandas de muestra de dicha aleación mayor de 55º.

11. Método para producir la aleación de latón al silicio de fácil mecanización, libres de plomo y con alto contenido de zinc según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, comprendiendo dicho método procedimientos de fundición y consistiendo dicha fundición en fundición inyectada a baja presión; produciéndose las piezas de forja mediante lingotes continuos horizontales más que mediante barras extrudidas; y oscilando la temperatura en el proceso de fundición inyectada a baja presión entre 970 y 1000 ºC y la temperatura en el proceso de forja entre 600 y 720 ºC.

FIGURA 1

FIGURA 2

FIGURA 3

FIGURA 4

FIGURA 6