Aleación de cobre y cinc, procedimiento de producción y uso.

Aleación de cobre-cinc compuesta por (en % en peso):

28,0 a 36,

0% de Zn,

0,5 a 1,5% de Si,

1,5 a 2,5% de Mn,

0,2 a 1,0% de Ni,

0,5 a 1,5% de Al,

0,1 a 1,0% de Fe,

además, a elección hasta máximo 0,1% de Pb,

además, a elección hasta máximo 0,2% de Sn,

además, a elección hasta máximo 0,1% de P,

además, a elección hasta 0,08% de S,

el resto Cu e impurezas inevitables, con siliciuros mixtos que contienen hierro- níquel, manganeso incluidos en la matriz,

en la cual, según una elaboración posterior que comprende al menos una conformación en caliente, respectivamente conformación en frío y otras etapas de recocido, la estructura se presenta con un contenido de fase β de hasta 45% en volumen, de siliciuros mixtos que contienen Fe-Ni-Mn de hasta 20% en volumen, así como un resto de fase α, y la relación entre los valores del límite de alargamiento y la resistencia a la tracción de la aleación Rp0,2 / Rm se sitúa entre 0,5 a 0,95.

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Aleación de cobre y cinc, procedimiento de producción y uso La invención se refiere a una aleación de cobre y cinc y a su utilización.

A causa de la creciente solicitación de los materiales para cojinetes de deslizamiento y de las crecientes presiones y temperaturas de trabajo en las máquinas, motores y agregados modernos aumentan las exigencias a las propiedades de las aleaciones adecuadas para una aplicación.

Por este motivo, existe el objetivo de seguir desarrollando las propiedades de trabajo de los materiales para cojinetes de deslizamiento. A ello pertenece por un lado el incremento de las propiedades de la resistencia, de la estabilidad térmica de la estructura y de la compleja resistencia a la abrasión, al mismo tiempo con suficientes propiedades de tenacidad. Por otro lado, la aleación para cojinetes de deslizamiento tiene que poseer propiedades suficientemente buenas para el funcionamiento en situaciones de emergencia, las cuales actúan contra la soldadura entre los componentes del cojinete. Hasta el momento, para estos fines se emplean aleaciones de cobre que contienen plomo.

A partir de los documentos DE 10 2004 058 318 B4 y DE 10 2005 015 467 A1 se conocen las posibilidades de utilización de una aleación de cobre-cinc para su empleo para guías de válvula y cojinetes de deslizamiento con mayor estabilidad térmica y resistencia a la abrasión. La aleación se compone de 59 -73% en peso de cobre, 2, 7 â?" 8, 5% en peso de manganeso, 1, 5 â?" 6, 3% en peso de aluminio, 0, 2â?" 4% en peso de silicio, 0, 2 â?" 3% en peso de hierro, 0 â?" 2% en peso de plomo, 0 â?" 2% de níquel, 0 â?" 0, 4% en peso de estaño y el resto cinc.

El incremento de la estabilidad térmica y de la resistencia a la abrasión en estas aleaciones con una proporción de aleación de manganeso y aluminio extremadamente elevada condiciona por lo regular una matriz β, en la cual están incluidas segregaciones α y fases duras. La estabilidad térmica y la resistencia a la abrasión de estas aleaciones se pueden considerar ciertamente como suficientes, sin embargo esta orientación unilateral del ajuste de la estructura influye negativamente sobre las propiedades de tenacidad del material.

Además, a partir del documento DE 29 19 478 C2 se conoce la utilización de una aleación parecida para anillos sincrónicos. En lo referente a esta utilización, se contempla como una ventaja el que aparezca una estabilidad a la abrasión mejorada y al mismo tiempo un valor del coeficiente de fricción considerablemente incrementado. Además, los productos semiacabados producidos con la aleación poseen una buena capacidad de mecanización, pudiendo ser bien conformados en frío en virtud de la proporción relativamente alta de aluminio, aunque frente a los latones especiales habituales hasta el momento cabe indicar un incremento de la dureza a la temperatura ambiente. La proporción de aluminio se sitúa en el intervalo de 4 a 6% en peso.

El siguiente documento OS 21 45 710 da a conocer una aleación de base cobre resistente a la abrasión a temperatura elevada para un asiento de válvula en máquinas de combustión interna, la cual presenta igualmente una proporción de aluminio comparativamente elevada de 5 a 12% en peso. La proporción de aluminio en el intervalo indicado mejora la resistencia a la corrosión junto con el efecto de refuerzo sobre la matriz. Un incremento más de la resistencia a la abrasión tiene lugar por la formación de una fase intermetálica de manganeso y silicio.

A partir de la memoria de publicación de patente (Auslegeschrift) 1 194 592 se conoce un procedimiento para la producción de anillos sincrónicos, que se caracterizan por un elevado y constante coeficiente de fricción, una elevada resistencia a la abrasión y buena posibilidad de mecanización con arranque de viruta. Para ello se proponen también tratamientos térmicos de la aleación, ampliamente constituida por fase β, entre 200 a 500º C, para alcanzar una segregación α del 5 a 50%.

En estos documentos anteriormente citados, generalmente se prevé también un cierto contenido de plomo para una mejor capacidad de mecanización con arranque de viruta.

A partir del documento DE 10 2005 059 391 A1 se conoce una aleación de cobre-cinc esencialmente exenta de plomo, que comprende 55 a 75% en peso de cobre, 0, 1 a 8% en peso de aluminio, 0, 3 a 3, 5% en peso de hierro, 0, 5 a 8% en peso de manganeso, 0 a menos de 5% en peso de níquel, 0 a menos de 0, 1% de plomo, 0 a 3% en peso de estaño, 0, 3 a 5% en peso de silicio, 0 a menos de 0, 1% en peso de cobalto, 0 a menos de 0, 05% en peso de titanio, 0 a menos de 0, 02% de fósforo y purezas inevitables, así como un resto de cinc. Este tipo de aleaciones son adecuadas, por ejemplo, para la producción de anillos sincrónicos.

La invención tiene por objeto poner a disposición una aleación de cobre-cinc con mejor capacidad de conformación en frío, elevadas dureza y estabilidad térmica.

La invención se refleja por las características de las reivindicaciones 1 y 2.

La invención incluye en sí la doctrina técnica de que una aleación de cobre-cinc se compone de (en % en peso) :

28, 0 a 36, 0% de Zn,

0, 5 a 2, 3% de Si, 1, 5 a 2, 5% de Mn, 0, 2 a 3, 0% de Ni, 0, 5 a 1, 5% de Al, 0, 1 a 1, 0% de Fe, además, a elección hasta máximo 0, 1% de Pb, además, a elección hasta máximo 0, 2% de Sn, además, a elección hasta máximo 0, 1% de P, además, a elección hasta 0, 08% de S, el resto Cu e impurezas inevitables, con siliciuros mixtos que contienen hierro-níquel-manganeso incluidos en la matriz.

La invención parte de la consideración de poner a disposición una aleación de cobre y cinc con siliciuros mixtos que contienen hierro-níquel-manganeso incluidos en la matriz, la cual se puede elaborar con ayuda del procedimiento de colada continua o semicontinua. Por la formación de siliciuros mixtos la aleación de cobre-cinc presenta una elevada proporción de fase dura, la cual contribuye a una mejora de la resistencia del material frente al desgaste abrasivo. Además, la elevada proporción de siliciuros, en virtud a su baja tendencia a soldarse, condiciona una mejor estabilidad frente al desgaste adhesivo.

Así, la aleación presenta elevados valores de dureza y resistencia, a pesar de ello, se garantiza una necesaria medida de ductilidad, expresada por el valor del alargamiento de rotura en un ensayo de tracción. Con esta combinación de propiedades, el objeto de la invención es particularmente adecuado para elementos de deslizamiento exentos de Pb en motores tales como, por ejemplo, bujes para ojos de pistones y en engranajes.

Al colar la aleación tiene lugar primeramente una segregación previa de siliciuros mixtos ricos en hierro y níquel. Estas segregaciones pueden crecer al seguir desarrollándose dando siliciuros mixtos que contienen hierro-níquelmanganeso de considerable tamaño y frecuentemente en forma de barritas. Además, queda también una considerable proporción más bien pequeña con estructura globular, que se presenta en la matriz finamente distribuida. Especialmente, los siliciuros finamente distribuidos se consideran el motivo por el cual tiene lugar una estabilización de la fase β. Esto proporciona una importante contribución al incremento de la estabilidad térmica y de la compleja resistencia a la abrasión.

La ventaja especial de la aleación conforme a la invención radica en una combinación de propiedades optimizadas para los fines de la aplicación, en forma de un incremento de la resistencia, de la estabilidad térmica de la estructura y de la compleja resistencia a la abrasión, al mismo tiempo que a suficientes propiedades de la tenacidad. Además, la aleación posee buenas propiedades para el funcionamiento en situaciones de emergencia en el caso de cojinetes de fricción, las cuales actúan contra la soldadura de las demás partes del cojinete. Además de esto, la solución exigida al material, en virtud de la sustitución del plomo, frente a las aleaciones habituales tiene en consideración la necesidad de una aleación alternativa tolerable para el medioambiente.

Además, este material está predestinado para aplicaciones especiales, en las cuales a pesar de las altas exigencias a la dureza y resistencia, importa una necesaria medida de capacidad plástica. Este es el caso, por ejemplo, en el sector de los agregados hidráulicos, cuyas zapatas deslizantes se realizan en parte por embutición a presión de las correspondientes partes que forman la unión. Particularmente en este sector de la construcción de máquinas hidráulicas, por ejemplo en el caso de máquinas con pistón axial, cabe contar en futuros perfeccionamientos con crecientes presiones de trabajo... [Seguir leyendo]

1. Aleación de cobre-cinc compuesta por (en % en peso) : 28, 0 a 36, 0% de Zn, 0, 5 a 1, 5% de Si, 1, 5 a 2, 5% de Mn, 0, 2 a 1, 0% de Ni, 0, 5 a 1, 5% de Al, 0, 1 a 1, 0% de Fe, además, a elección hasta máximo 0, 1% de Pb, además, a elección hasta máximo 0, 2% de Sn, además, a elección hasta máximo 0, 1% de P, además, a elección hasta 0, 08% de S, el resto Cu e impurezas inevitables, con siliciuros mixtos que contienen hierro- níquel, manganeso incluidos en la matriz, 15 en la cual, según una elaboración posterior que comprende al menos una conformación en caliente, respectivamente conformación en frío y otras etapas de recocido, la estructura se presenta con un contenido de fase β de hasta 45% en volumen, de siliciuros mixtos que contienen Fe-Ni-Mn de hasta 20% en volumen, así como un resto de fase α, y la relación entre los valores del límite de alargamiento y la resistencia a la tracción de la aleación Rp0, 2 / Rm se sitúa entre 0, 5 a 0, 95.

2. Uso de una aleación de cobre-cinc según la reivindicación 1, para elementos de deslizamiento en motores de combustión, engranajes o agregados hidráulicos.