BR0208080B1 - composiÇÕes de liga de alumÍnio com resistÊncia a corrosço intergranular, artigo, trocador de calor bem como mÉtodos de fabricaÇço da mesma. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COMPOSIÇÕESDE LIGA DE ALUMÍNIO COM RESISTÊNCIA À CORROSÃO INTERGRANU-LAR, ARTIGO, TROCADOR DE CALOR BEM COMO MÉTODOS DE FABRICAÇÃO DA MESMA".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a uma liga de alumínio e seusmétodos de fabricação e uso, e, especialmente, a uma liga de alumínio ten-do quantidades controladas de ferro, manganês, cromo e titânio e níveiscontrolados de zinco para resistência à corrosão, particularmente resistênciaà corrosão intergranular.

Fundamentos da Técnica

Na técnica anterior, várias ligas de alumínio resistentes à corro-são foram desenvolvidas para uso em aplicações de tubos redondos e chatoscomo trocadores de calor, especialmente condensadores. Algumas destasligas são descritas na Patente dos Estados Unidos Nas 5 906 689 e 5 976 278ambas concedidas a Sircar.

Patente dos Estados Unidos Ns 5 906 689 (patente '689) descre-ve uma liga que emprega quantidades de manganês, titânio, baixos níveisde cobre e zinco.

Patente dos Estados Unidos Ns 5 976 278 (patente '278) descre-ve uma liga de alumínio tendo quantidades controladas de manganês, zircô-nio, zinco, baixos níveis de cobre e titânio. A patente '278 difere em váriosaspectos da patente '689, incluindo, por exemplo, níveis mais altos de man-ganês e o uso de zircônio.

Ambas as patentes são projetadas para produzir ligas de alumí-nio resistentes à corrosão por meio de controle químico. Uma razão paramelhor resistência à corrosão na liga da patente '689 é reduzir a quantidade doFe3AI intermetálico, encontrado nas ligas da técnica anterior como AA3102.No entanto, embora a corrosão seja melhorada, esta liga tem um númeroreduzido de intermetálicos e pode ser deficiente na formabilidade necessáriaem certas aplicações, por exemplo, na fabricação de conjuntos de trocado-res de calor.As ligas da patente '278 podem ter também formabilidade defici-ente em certos casos em resultado da presença de intermetálicos similares aagulhas que são geralmente MnAI6.

Em resposta a estas desvantagens, ligas de alumínio melhora-das foram propostas no pedido de patente número 09/564 053, depositadoem 3 de maio de 2000, que é baseado no pedido de patente provisório nú-mero 60/171 598 depositado em 23 de dezembro de 1999, e pedido de pa-tente número 09/616 015 depositado em 13 de julho de 2000. Nestas ligasotimizadas, a distribuição de intermetálicos é melhorada e a química de par-tícula intermetálica é controlada para formabilidade, resistência à corrosão,maleabilidade a quente e adaptabilidade à soldagem forte melhoradas. Elasapresentam, também, uma estrutura de grão fino no produto trabalhado,particularmente em ligas que empregam estruturas de parede fina, comotubos flat ou "multivoid". Pelo aumento do número de grãos por meio de ta-manho fino de grão, o caminho do grão se torna mais tortuoso, e a corrosãoao longo do contorno do grão é impedida.

No entanto, estas ligas melhoradas de alumínio ainda possuemdesvantagens em termos de desgaste de matriz aumentado e pressões detrabalho mais altas. Em certas aplicações, as ligas apresentam altas-tensõesde escoamento, a extrusão se torna mais difícil, e o desgaste da matriz deextrusão é aumentado.

Embora estas ligas de alumínio melhoradas realmente apresen-tem excelente resistência à corrosão nas condições SWAAT, corrosão inter-granular nos contornos de grão, é ainda, um mecanismo de corrosão pre-dominante, e corrosão pode ser um problema apesar da química de partículaintermetálica preferida, e do tamanho fino de grão. Corrosão intergranularpode ser particularmente problemática quando os tubos são unidos por sol-dagem forte ao material de aleta em um conjunto de condensador ou similar.

Em primeiro lugar, a montagem dos tubos com a aleta pode criar uma célulagalvânica devido à diferença de potencial entre a aleta de uma composição eo tubo tendo outra composição, podendo ocorrer corrosão galvânica. Emsegundo lugar, a diferença de potencial de corrosão entre certas aletas e ostubos pode ser significativa e, neste caso, um tubo que seja particularmentesusceptível à corrosão intergranular pode rapidamente se degradar. Tal de-gradação pode resultar em falha prematura do dispositivo montado. Esteproblema pode ser especialmente complicado quando o tubo tem paredefina, por exemplo, tubo de condensador micromultivoid. Com espessuras deparede finas e um mecanismo de corrosão intergranular, corrosão galvânicaao longo dos contornos de grão pode comprometer a integridade da paredea ponto do tubo se romper, o conjunto geral do condensador devendo sersubstituído.

Outro problema com estas ligas melhoradas é que, em algunscasos, o produto trabalhado ou extrudado deve ser adicionalmente trabalha-do ou estirado a frio para atender a suas limitações dimensionais. Esta con-formação a frio adicional confere uma energia estocada maior na matriz domaterial, e esta energia extra se manifesta como grãos maiores durante osubseqüente ciclo de soldagem forte. Conseqüentemente, embora estesmateriais sejam projetados para ter um tamanho de grão fino para controlarcorrosão intergranular, a produção de um tamanho de grão fino no produtopré-unido por soldagem forte nem sempre assegura que o material terá pro-teção adequada em seu estado de montagem final.

À luz destes problemas, existe necessidade de prover ligas dealumínio com resistência à corrosão melhorada e menor sensibilidade a ta-manho de grão. A presente invenção resolve esta necessidade provendouma liga de alumínio que emprega quantidades controladas de ferro, man-ganês, cromo, e titânio, em que o potencial eletrolítico dos contornos de grãocombina bastante com a do material da matriz, e corrosão preferencial aolongo dos contornos de grão é minimizada. Esta combinação de potenciaispermite proteção forte em situações em que corrosão galvânica está pre-sente, isto é, os contornos de grão não sofrem corrosão preferencialmentecom relação ao material da matriz, e o material sofre corrosão de maneiramais homogênea.

Sumário da Invenção

É um primeiro objetivo da presente invenção prover uma liga dealumínio melhorada que apresente excelente resistência à corrosão, nãotenha corrosão intergranular como seu princípio de mecanismo de corrosãoe é menos sensível à exigência de tamanho de grão fino para controle decorrosão.

Outro objetivo da invenção é prover uma liga de alumínio utili-zando quantidades ou níveis controlados de ferro, manganês, cromo, zinco etitânio.

Um outro objeto da invenção é um método de utilização de ligasde alumínio como componentes em aplicações de soldagem forte, por meiodo qual os potenciais eletroquímicos similares da matriz e dos contornos degrão dos componentes minimizam a corrosão ao longo dos contornos degrão, particularmente em situações onde corrosão galvânica pode estar pre-sente. Os componentes podem ser chapa, tubos ou outros similares.

Ainda outro objeto da invenção é um método de fabricação deuma liga de alumínio em que uma razão de manganês para ferro, uma razãode cromo para titânio, e níveis de zinco são controlados durante a etapa defabricação para reduzir a susceptibilidade da liga à corrosão ao longo doscontornos de grão quando posta em uso.

Outros objetivos e vantagens da presente invenção se tornarãoaparentes à medida que se prossegue com sua descrição.

A presente invenção, que satisfaz os objetivos e vantagens apre-sentados acima, é uma melhoria em ligas de alumínio de vida longa queusam baixos níveis de cobre, e manganês, ferro, zinco titânio e zircôniocomo elementos de liga para resistência à corrosão, adaptabilidade à solda-gem forte, formabilidade, e trabalhabilidade a quente. A liga de alumínio dainvenção consiste essencialmente em:

entre cerca de 0,05 e 0,5% de silício;

uma quantidade de ferro entre cerca de 0,05% e até 1 %uma quantidade de manganês de até cerca de 2,0%;

menos de 0,1 % de zinco;

até cerca de 0,1% de magnésio;até cerca de 0,1% de níquel;até cerca de 0,5% de cobre;

entre cerca de 0,03% e 0,50% de cromo;

entre cerca de 0,03% e 0,35% de titânio;

com o restante de alumínio e impurezas inevitáveis; os valores sendo ex-pressos em percentagem em peso;

em que a razão manganês para ferro é mantida entre cerca de 2,0 e cerca de 6,0, e as quantidades de cromo e titânio são controlados demodo que a razão de cromo para titânio fica na faixa de 0,25 a 2,0.

Em modalidades mais preferidas, a composição de liga podevariar em termos das quantidades de manganês, ferro, cromo, titânio, níveisde cobre e zinco como se segue:

A quantidade de titânio fica na faixa de cerca de 0,06 a 0,30%,mais preferivelmente entre cerca de 0,08 e 0,25%. A quantidade de cobrefica na faixa de 0,06 a 0,30%, mais preferivelmente entre 0,08 e 0,25%. Osníveis de zinco podem ser inferiores a 0,06% e a razão de cromo para titâniopode ficar entre cerca de 0,5 e 1,5.

A invenção também acarreta o uso da liga em aplicações de sol-dagem forte, particularmente como parte da fabricação de montagens detrocadores de calor. A liga é particularmente eficaz em montagens em que aliga é empregada como tubos, redondos, chatos ou similares, e é unida porsoldagem forte a materiais dessemelhantes como material de aleta, tubos ououtros componentes de trocadores de calor.

Na fabricação da liga, a composição é controlada de modo quecada uma das quantidades de manganês em relação a ferro e quantidadesde cromo e titânio são ajustados conforme as razões reivindicadas.

A composição de liga pode ser transformada em qualquer artigousando processamentos convencionais de fundição, homogeneização, con-formação a quente/a frio, tratamento térmico, envelhecimento, operações deacabamento e similares. Os artigos podem ser usados em combinação comoutros artigos ou componentes também.

Breve Descrição dos Desenhos

É feita referência agora a desenhos da invenção em que:A Figura 1 é um gráfico comparando densidade de corrente ver-sus tempo e potencial versus tempo para uma composição de liga de alumí-nio tendo zinco e titânio e diferentes materiais de aleta;

A Figura 2 é um gráfico comparando densidade de corrente ver-sus tempo e potencial versus tempo para uma composição de liga de alumí-nio tendo cromo e titânio e diferentes materiais de aleta.

A Figura 3 é uma micrografia mostrando padrão de corrosão in-tergranular de uma liga da técnica anterior; e

A Figura 4 é uma micrografia mostrando corrosão homogêneade uma liga de acordo com a invenção.

Descrição das Modalidades Preferidas

A presente invenção oferece vantagens significativas no campodas ligas de alumínio resistentes à corrosão, particularmente aquelas usadaspara fabricar tubos tanto redondos como chatos, para aplicações de trocado-res de calor, como aqueles usados em veículos, por exemplo condensado-res e outros usos, por exemplo ares-condicionados, geladeiras, e similares.

A presente invenção se desvia das técnicas da técnica anteriorque controlavam a química intermetálica e buscavam tamanhos de grão fi-nos para inibir resistência à corrosão. As ligas da invenção utilizam quanti-dades e razões de elementos de liga para igualar o potencial eletroquímicoda matriz da liga com o dos contornos de grãos, isto é, a diferença entre opotencial de corrosão dos contornos de grão e da matriz é minimizada. Comtal equilíbrio, ação local da célula nos contornos de grãos ou não é ativadaou a ativação é significativamente reduzida ou minimizada. Esta igualdadede potenciais melhora significativamente o desempenho de vida dos tubos,quando montados em dispositivos que inerentemente expõem os tubos a umambiente condutor, a corrosão, e é particularmente eficaz contra ambientesonde corrosão galvânica pode ser um problema. A invenção também reduz anecessidade de se ter um tamanho de grão fino e a química certa de partí-cuia na liga, que é o caso das ligas da técnica anterior.

Outra característica da invenção é que o controle do potencial decorrosão dos contornos de grão e da matriz diminui a sensibilidade do mate-rial ao tamanho de grão e à necessidade de certa percentagem de interme-tálicos. Isto é, já que o ataque intergranular aos contornos de grão é signifi-cativamente reduzido ou eliminado, o material pode ter um tamanho de grãomaior sem perder a resistência à corrosão. Esta tolerância a um grão de ta-manho maior é significativa em aplicações onde um material acabado podeser submetido a um trabalho a frio adicional, por exemplo, estiramento. Emtais processos, embora o tamanho de grão aumente em resultado do estira-mento, a liga resiste à corrosão localizada nos contornos de grãos, corroen-do, ao invés disso, de maneira mais gera! ou homogênea. Pela diminuiçãoda necessidade de se ter um tamanho de grão fino, o corolário de ser umnúmero de intermetálicos finos para controlar o tamanho de grão durante oprocessamento e/ou condições de fabricação, por exemplo, ciclos de extru-são ou soldagem forte, é também, menos crítico. Conseqüentemente, ocontrole da composição da liga de acordo com a invenção oferece não sómelhorias significativas em corrosão, mas também facilidade de controle detamanho de grão e da química necessária para as ligas da técnica anterior.Conseqüentemente, a liga tem uso mais fácil na fabricação, particularmentede artigos, como tubos, para utilização em montagens como trocadores decalor.

A invenção é uma melhoria com relação às composições deta-lhadas no Pedido Co-pendente Nes 09/564 053 e 09/616 015. A liga de alu-mínio da invenção é uma melhoria em que os níveis de zinco, cromo e titâniosão agora controlados em conjunto com o controle da razão de manganês eferro, como descrito no Pedido Co-pendente 09/564 053.

A liga da presente invenção consiste essencialmente em, emporcentagem em peso:

entre cerca de 0,05 a 0,5% de silício;

uma quantidade de ferro entre cerca de 0,05% e até 1%uma quantidade de manganês de até cerca de 2,0%;

menos de 0,1% de zinco; isto é, um nível de impureza;

até cerca de 0,10% de magnésio;

até cerca de 0,10% de níquel;até cerca de 0,5% de cobre;

entre cerca de 0,03% e 0,50% de cromo;

entre cerca de 0,03% e 0,35% de titânio;

com o restante de alumínio e impurezas inevitáveis;

em que a razão manganês para ferro é mantida entre cerca de2,0 e cerca de 6,0, e as quantidades de cromo e titânio são controlados demodo que a razão de cromo para titânio fica na faixa de 0,25 a 2,0.

Razões mais preferidas de cromo para titânio ficam na faixa de0,5 a 1,5, sendo ainda mais preferida de 0,8 a 1,2.

Em termos das quantidades percentuais de cromo e titânio, fai-xas preferidas de titânio incluem de cerca de 0,06 a 0,30%, com maior prefe-rência 0,08 a 0,25%, e com maior preferência ainda 0,10 a 0,20%. Similar-mente, as faixas de cromo preferidas são de 0,06 a 0,30%, com maior prefe-rência 0,08 a 0,25%, e com preferência maior ainda de cerca de 0,10 a 0,20%.As quantidades de cromo e titânio são ajustadas para atender as razões es-pecificadas acima.

Outras preferências incluem a especificação da faixa inferior darazão Μη/Fe como de cerca de 2,25 e mesmo 2,5.

A faixa superior da razão Μη/Fe pode ficar na faixa de 6,0 regis-trada acima, até um limite superior preferido de 5,0, um limite superior maispreferido de 4,0 e um limite ainda mais preferido de cerca de 3,0.

Em termos das quantidades de manganês e ferro em percenta-gem em peso, um limite superior preferido de ferro inclui cerca de 0,7%,mais preferivelmente cerca de 0,5%, ainda mais preferido cerca de 0,4%,0,3% e 0,2%. Em um modo preferido, as quantidades de ferro e manganêsem conjunto totalizam mais do que cerca de 0,30%.

Da mesma forma, os limites superiores preferidos de manganêsficam na faixa dos 2,0% mencionado acima a valores mais preferidos decerca de 1,5%, ainda mais preferido de 1,0% e ainda mais preferido valoresde cerca de 0,75%, e mesmo de 0,7%, 0,6%, 0,5% e até de mais do que0,4%.

Um limite inferior de ferro é de 0,10%. Um limite inferior de man-ganês é de cerca de 0,5%.

Outra faixa preferida para ferro é de cerca de 0,07 a 0,3% comuma faixa de manganês ficando entre cerca de 0,5 a 1,0%.

A quantidade de zinco é considerada como uma quantidade deimpureza; zinco não é empregado em quaisquer níveis efetivos quando secontrola cromo e titânio. Uma quantidade de impureza é fixada em cerca de0,10%, mas o nível de zinco pode ser controlado em faixas mais apertadas,a níveis de menos que 0,08%, menos que 0,06% e de ainda menos que0,05%, por exemplo, 0,02% ou 0,03%. A invenção neste aspecto difere si-gnificativamente das ligas da técnica anterior que acreditavam que zinco de-sempenhava um importante papel na contribuição para as propriedades ge-rais destas ligas de vida longa. Como será mostrada abaixo, a presença dezinco pode ser eficaz no controle da corrosão em condições similares às en-contradas em testes de SWAAT. No entanto, acredita-se que a presença dezinco contribui para corrosão intergranular nestas ligas contendo zinco, ecorrosão ao longo dos contornos de grão pode resultar ainda em taxas decorrosão aceleradas nas condições corretas, por exemplo, corrosão galvânica.

Com o controle de ferro, manganês, cromo e titânio, a liga émais tolerante em termos da quantidade de cobre, isto é, nas ligas da técni-ca anterior acreditava-se que os níveis de cobre deveriam ser minimizados.No entanto, alterando-se o mecanismo de corrosão primária de intergranularpara um que afete tanto a matriz como os contornos de grão de maneirasemelhante, os níveis de cobre podem ser de até 0,5%, mais preferivel-mente de até 0,35%, de até 0,20%, de até 0,1 ou até 0,05%. O objetivo éassegurar que o teor de cobre seja tal que o cobre presente na liga estejaem solução ao invés de em uma quantidade que possa causar sua precipita-ção (intermetálicos contendo cobre são indesejáveis para resistência à cor-rosão).

A invenção também acarreta a fabricação de artigos que utilizamas composições da liga da invenção por técnicas de fusão e fundição, co-nhecidas na técnica. Durante a fusão e/ou fundição, a composição da liga écontrolada de modo que quantidades apropriadas e razões de manganês eferro e cromo e titânio são alcançadas. Os níveis de zinco detalhados acimasão também controlados. Uma vez que a liga apropriada é fundida e molda-da (cast), a forma moldada pode então ser trabalhada em um artigo oumontagem usando técnicas de conformação convencionais.

Um uso preferido da composição da invenção é a conformaçãoda liga de alumínio em tubos para aplicação em trocadores de calor. Estestubos freqüentemente são feitos por extrusão de uma forma moldada e/outrabalhada como um tarugo. A barra é submetida a aquecimento apropriadopara extrusão e é tratada termicamente e/ou temperada/envelhecida da for-ma apropriada, dependendo das propriedades finais desejadas. Os tubospodem, então, ser montados com outros componentes, por exemplo, tubos,material de aleta e similares e submetidos a ciclo de soldagem forte parainterconectar as várias peças em um único conjunto.

A liga da invenção é particularmente desejável quando é monta-da com outros materiais que podem dar lugar a efeitos de corrosão galvâni-ca. Deste modo, a liga da invenção como tubo, redondo ou chato (flat), cha-pa ou outro produto moldado, corrói de maneira mais homogênea do queartigos da técnica anterior, cuja química é susceptível à corrosão intergra-nular. Por exemplo, o material de aleta que é unido por soldagem forte aotubo em um conjunto de trocador de calor pode criar uma célula galvânicaem certas condições corrosivas, com os tubos. Pelo emprego de uma quími-ca de liga que reduz ou elimina a diferença potencial entre os contornos degrão e a matriz, efeitos de corrosão intergranular são significativamente re-duzidos, e a liga corrói de uma maneira geral ou homogênea. Esta corrosãohomogênea resulta em deterioração geral da superfície do material sendoevitada corrosão rápida e localizada ao longo do contorno de grão e subse-qüente rompimento do tubo.

Embora a liga seja preferivelmente utilizada em processos deextrusão que fabricam tubos, particularmente, processos de extrusão proje-tados para fabricação de tubos de trocadores de calor, a liga pode tambémser transformada em produto em chapa ou outras formas e usada em aplica-ções onde seja importante a formabilidade.Em conjunto com a invenção, estudos investigativos foram reali-zados em várias ligas de alumínio, com um foco no problema de corrosãointergranular. A Tabela 1 mostra elementos de vários materiais experimen-tais. Somente os elementos de ferro, manganês, cromo, zinco, e titânio sãomostrados já que estes elementos são considerados como elementos queafetam as propriedades da liga de alumínio para as aplicações pretendidas.

Os outros elementos, como silício, cobre, níquel, impurezas e o restante dealumínio ficam nas faixas divulgadas acima.

Tabela I

Composição de materiais experimentais *

<table>table see original document page 12</column></row><table>

* A composição da liga não descreve os níveis de silício, cobrem níquel, orestante de alumínio ou outras impurezas.

As quantidades de elementos de liga variam nas Ligas 1 - 12 databela I. Por exemplo, a Liga 1 difere das Ligas 2 - 12 em termos da razãomanganês para ferro, com a Liga 1 representando uma liga AA1100 típica. ALiga 1 tem alto ferro e baixo manganês para produzir uma razão Μη/Fe bai-xa, enquanto as Ligas 2-12 possuem ferro mais baixo e manganês maisalto para uma razão Μη/Fe superior. Por exemplo, a liga 2 tem uma razãoΜη/Fe de 3,3. A razão Μη/Fe é geralmente mantida a mesma para as Ligas2-12 (aproximadamente entre 3,0 e 4,0) e não é reafirmada abaixo paraLigas 3 - 12. As alterações nas quantidades de cromo, zinco e titânio para aTabela I e listadas abaixo são baseadas nos níveis encontrados na Liga 1que é essencialmente isenta de cromo, zinco e titânio. Isto é, uma liga queseria semelhante à Liga 1, mas com adição de cromo seria descrita comotendo uma quantidade de cromo. O texto a seguir descreve a presença deelementos de liga em termos de cada uma das Ligas 1-12.

1) Baixa razão de manganês para ferro, nenhum cromo, nenhumzinco e nenhum titânio.

2) Alta razão de manganês para ferro, com aproximadamente osmesmos níveis de impureza de cromo, zinco e titânio como Liga 1.

3) Nenhum cromo, nenhum zinco, uma quantidade de titânio.

4) Nenhum cromo, uma quantidade de zinco, nenhum titânio.

5) Uma quantidade de cromo, nenhum zinco, nenhum titânio.

6) Uma quantidade de cromo, uma quantidade de zinco, nenhum titânio.

7) Nenhum cromo, uma quantidade de zinco, e uma quantidadede titânio.

8) Semelhante à Liga 7, nenhum cromo, quantidades de zinco etitânio, com titânio ligeiramente mais alto que na Liga 7.

9) Quantidade de cromo, nenhum zinco, quantidade de titânio.

10) Quantidade de cromo, quantidade de zinco, quantidade detitânio.

11) Nenhum cromo, quantidades de zinco e de titânio.

12) Semelhante à Liga 11, nenhum cromo, quantidades de zincoe de titânio.

Cada uma das ligas 1 - 12 foi submetida a teste de corrosãoSWAAT de acordo com ASTM G85 A3. Já que este procedimento de testede corrosão é bem conhecido, acredita-se que não seja necessária, para oentendimento da invenção, uma descrição adicional de suas particularida-des. Os resultados de teste para diferentes períodos de tempo, por exemplo,20, 30 e 40 dias são mostrados na Tabela II.Tabela II

Resultados de corrosão (número de amostras aprovadas na SWAAT)*

<table>table see original document page 14</column></row><table>

* SWAAT foi realizado de acordo com ASTM G85 A3. Amostras foram testa-das em pressão de 137,89 KPa (20 psi) após cada período de exposição.

Em primeiro lugar, a Tabela Il torna aparente que ligas tendorazão Μη/Fe baixa não proporcionam resistência à corrosão aceitáveis. Aliga 1 apresenta resultados de teste SWAAT totalmente inaceitáveis. Isto édevido ao fato de que intermetálicos são primariamente FeAI3, que exacer-bam a corrosão devido à sua diferença de potencial eletrolítico com relaçãoà matriz de alumínio.

Outras conclusões aparentes da Tabela Il vêm da comparaçãode ligas em termos da presença ou ausência dos elementos cromo, zinco, etitânio. A liga 2, deficiente em cromo, zinco e titânio provê pouca resistênciaà corrosão.

Cada uma das ligas 3, 4 e 5 só usa um elemento entre cromo,zinco e titânio. Observando o número de aprovações para 40 dias, as ligastendo somente cromo (Liga 5), somente zinco (Liga 4) ou titânio (Liga 3)produziram resistência à corrosão marginal, isto é somente 3 de 5 foramaprovadas. Isto indica que qualquer um destes elementos sozinho não pro-porciona resistência à corrosão ótima.

A Liga 6 é semelhante à Liga 5, mas também contém zinco.Teste SWAAT mostra que esta combinação é particularmente pobre em re-sistência à corrosão. Isto é, enquanto cromo na Liga 5 fornece resultadosmarginais, a adição de zinco produziu uma perda significativa na resistênciaà corrosão, e é claro que zinco é um mau agente quando se usa uma razãode Μη/Fe preferida e cromo.

A Liga 7 tendo somente zinco e titânio também tem resistência àcorrosão deficiente; somente uma amostra de teste foi aprovada após 40dias de teste.

A Liga 8 mostra que níveis aumentados de titânio com relação àliga 7 aumentam a resistência à corrosão. No entanto, deve ser notado queas ligas 7 e 8 são representativas do pensamento da técnica anterior no usodo zinco como um elemento de liga. Como será explicado abaixo, enquantoa Liga 8 apresenta boa resistência à corrosão no teste de SWAAT, um me-canismo de corrosão intergranular é predominante e a liga pode ainda apre-sentar resistência à corrosão deficiente em condições de corrosão galvânica.Conseqüentemente este tipo de composição não fornece resistência à cor-rosão consistente em todas as condições.

A liga 9 emprega cromo e titânio, mas nenhum zinco, com a Liga10 sendo semelhante à Liga 9, mas com zinco. Comparando as Ligas 9 e10, é evidente que tendo cromo e titânio mas nenhum zinco, a liga provêexcelente resistência à corrosão nas condições de SWAAT. O efeito prejudi-cial de zinco para a Liga 10 é consistente com o efeito de zinco na Liga 6.Mais importante, como mostrado nas micrografias abaixo, a Liga 9 apresentaum comportamento de corrosão homogênea, que contrasta grandementecom as ligas da técnica anterior, por exemplo Ligas 7 e 8, que apresentamum mecanismo de corrosão intergranular.

As Ligas 11 e 12 são semelhantes às Ligas 7 e 8 no fato de exi-birem boa resistência à corrosão em teste SWAAT. Apesar disso, de novo,pelo uso de zinco e titânio, estas ligas apresentam um mecanismo de corro-são intergranular, e não se saem tão bem quando submetidas à corrosãogalvânica.

Com referência, agora, às Figuras 1 e 2, e Ligas 7-12, estudosforam realizados examinando os efeitos de corrosão intergranular quando sealteram composições em termos de zinco e cromo. A figura 1 mostra a sen-sibilidade da liga de alumínio contendo níveis de zinco e titânio quando napresença de um material de aleta. Quando a liga de alumínio contendo zincoe titânio é acoplada a um material de aleta, existe pequena densidade decorrente galvânica, e a combinação dos dois tem boa resistência à corrosãoe a corrosão é mínima. No entanto, quando outro material de aleta é acopla=do com a liga de alumínio contendo zinco e titânio, grandes densidades decorrente são geradas, e a resistência à corrosão não é boa. Além disso, jáque liga de alumínio contendo zinco e titânio sofre corrosão primariamentenos contornos de grão, corrosão é especialmente ruim em aplicações detubos de paredes finas. As ligas de alumínio Zn-Ti da Figura 1 são seme-lhantes às ligas 7, 8, 11 e 12 das Tabelas I e II.

A Figura 2 demonstra a descoberta do aspecto crítico da minimi-zação do zinco, enquanto que ao mesmo tempo, se têm suficiente cromo etitânio, bem como quantidades apropriadas de ferro e manganês na liga dealumínio. Esta Figura emprega uma liga de alumínio tendo cromo e titânio aoinvés de zinco e titânio usada na Figura 1. A Figura 2 mostra claramente quea corrente galvânica gerada entre os tubos que usam cromo e titânio e qual-quer tipo de material de aleta é quase o mesmo. Embora ainda ocorra corro-são com a liga de alumínio contendo cromo e titânio, a corrosão ocorre demaneira muito mais homogênea, sem ser intergranular como é o caso dasligas de alumínio com Zn - Ti da Figura 1. Por causa da corrosão mais ho-mogênea, as falhas dos conjuntos de trocadores de calor devido à corrosãoatravés da espessura de parede de tubos de parede fina são reduzidas.

O contraste entre a corrosão homogênea da liga de alumíniocontendo cromo e titânio e a corrosão intergranular da liga de alumínio con-tendo zinco e titânio é adicionalmente ilustrado nas Figuras 3 e 4. A Figura 3é uma micrografia da liga de alumínio contendo zinco e titânio mostrandocorrosão intergranular severa. Em contraste, a Figura 4, que ilustra a liga dealumínio contendo cromo e titânio, apresenta uma corrosão muito mais ho-mogênea. Estas micrografias confirmam que o uso de cromo com titânio,bem como as razões de manganês e ferro, inesperadamente proporcionamuma liga de alumínio significativamente melhorada em termos de resistênciaà corrosão, particularmente resistência à corrosão intergranular.

Em resumo, o teste SWAAT e observações de amostras reaisque foram testadas, claramente mostram que pelo menos o controle dos ní-veis de zinco, cromo e titânio, é importante na minimização da extensão dacorrosão nos contornos de grão. Altos níveis de zinco são prejudiciais. Oselementos de cromo e titânio por si mesmos são insuficientes para proverexcelente resistência à corrosão. No entanto, quantidades de cromo e titâniocom níveis de impureza de zinco, por exemplo, menos que 0,1% ou menoscomo detalhado acima, produzem uma liga de alumínio tendo excelente re-sistência à corrosão. Como notado acima, acredita-se que esta resistência àcorrosão é alcançada igualando-se o potencial eletrolítico da matriz e docontorno de grão de modo que nenhum deles, particularmente o contorno degrão, seja locais preferidos para corrosão.

A invenção também inclui um método para fabricação da liga dealumínio pelo controle de pelo menos os níveis de ferro, manganês, cromo,zinco e titânio para atender as faixas e razões descritas acima. O métodoinclui prover um banho de alumínio ou liga de alumínio fundidos e ajustar acomposição por métodos da técnica de modo que a liga quando fundida ousolidificada tenha uma composição alvo.

Uma vez que a liga da invenção é fundida, ela pode ser traba-lhada convencionalmente para formar qualquer artigo com necessidade deuma ou mais propriedades entre resistência à corrosão, adaptabilidade àsoldagem forte, trabalhabilidade a quente, e formabilidade. Uma aplicaçãopreferida da liga é fazer tubos, tipicamente usando extrusão como um méto-do de trabalho a quente. Os tubos podem ser empregados em aplicações detrocadores de calor, em que os tubos são montados com outros componen-tes do trocador de calor e submetidos à operação de soldagem forte parafixar os vários componentes de trocador de calor em uma estrutura integral.A liga da invenção é especialmente útil nestas aplicações, já que a liga temboa trabalhabilidade a quente para o processo de extrusão, boa formabilida-de para operações de fabricação, como etapas de expansão para o proces-so de montagem do condensador, boa adaptabilidade à soldagem forte paraa operação de soldagem forte e boa resistência à corrosão.

Assim, foi descrita uma invenção em termos das modalidadespreferidas da mesma, que preenche cada um dos objetivos da presente in-venção como apresentado acima e provê liga de alumínio, artigos conforma-dos a partir da liga, novos e melhorados, e um método para produzir e utili-zar artigos feitos da liga de alumínio.

Naturalmente, várias trocas, modificações e alterações origina-das dos ensinamentos da presente invenção podem ser contempladas poraqueles versados na técnica, sem se afastar do espírito e escopo pretendidopela mesma. Pretende-se que a presente invenção só seja limitada em ter-mos das reivindicações anexas.

Claims (20)

1. Composição de liga de alumínio, consistindo essencialmente em:- 0,05 a 0,5% de silício;uma quantidade de ferro de 0,05% e até 1 %uma quantidade de manganês de até 2,0%;menos de 0,1% de zinco;até 0,10% de magnésio;até 0,10% de níquel;até 0,5% de cobre;entre 0,03% e 0,50% de cromo;entre 0,03% e 0,35% de titânio;com o restante de alumínio e impurezas inevitáveis; os valoressendo expressos em percentagem em peso; caracterizada pelo fato de quea razão manganês para ferro é mantida entre 2,0 e 6,0, e as quantidades decromo e titânio são controladas de modo que a razão de cromo para titâniofica na faixa de 0,25 a 2,0.

2. Liga de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fatode que a quantidade de titânio fica na faixa de 0,06 a 0,30%, e a quantidadede cromo fica na faixa de 0,06 a 0,30%.

3. Liga de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fatode que a quantidade de titânio fica na faixa de 0,08 a 0,25%, e a quantidadede cromo fica na faixa de 0,08 a 0,25%.

4. Liga de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fatode que os níveis de zinco são inferiores a 0,06%.

5. Liga de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fatode que a razão de cromo para titânio fica na faixa de 0,5 a 1,5.

6. Artigo, feito de liga de alumínio, consistindo essencialmenteem:- 0,05 a 0,5% de silício;uma quantidade de ferro entre 0,05% e até 1%uma quantidade de manganês de até 2,0%;menos de 0,1% de zinco;até 0,10% de magnésio;até 0,10% de níquel;até 0,5% de cobre;entre 0,03% e 0,50% de cromo;entre 0,03% e 0,35% de titânio;com o restante de alumínio e impurezas inevitáveis; os valoressendo expressos em percentagem em peso; caracterizada pelo fato de quea razão manganês para ferro é mantida entre 2,0 e 6,0, e as quantidades decromo e titânio são controladas de modo que a razão de cromo para titâniofica na faixa de 0,25 a 2,0.

7. Artigo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelofato de que o artigo é um tubo.

8. Trocador de calor, tendo tubos unidos por soldagem forte amaterial de aleta, onde os tubos são feitos de liga de alumínio consistindoessencialmente em:-0,05 a 0,5% de silício;uma quantidade de ferro entre 0,05% e até 1%uma quantidade de manganês de até 2,0%;menos de 0,1 % de zinco;até 0,10% de magnésio;até 0,10% de níquel;até 0,5% de cobre;entre 0,03% e 0,50% de cromo;entre 0,03% e 0,35% de titânio;com o restante de alumínio e impurezas inevitáveis; os valoressendo expressos em percentagem em peso; caracterizado pelo fato de quea razão manganês para ferro é mantida entre 2,0 e 6,0, e as quantidades decromo e titânio são controladas de modo que a razão de cromo para titâniofica na faixa de 0,25 a 2,0.

9. Método de fabricação de uma liga de alumínio tendo resistên-cia à corrosão, onde a liga é fundida e pelo menos moldada em um formato,tendo uma composição consistindo, essencialmente, em:entre 0,05 e 0,5% de silício;uma quantidade de ferro entre 0,05% e até 1,0%uma quantidade de manganês de até 2,0%;uma quantidade de zinco;até 0,10% de magnésio;até 0,10% de níquel;até 0,5% de cobre;até 0,50% de cromo;entre 0,03% e 0,35% de titânio;com o restante de alumínio e impurezas inevitáveis; os valoressendo expressos em percentagem em peso; caracterizado pelo fato de quea razão manganês para ferro é mantida entre 2,0 e 6,0, a melhoria consistin-do em controlar a quantidade de zinco, cromo e titânio quando da fabricaçãoda liga, tal que a quantidade de zinco seja de menos que 0,1%, o cromo fi-que entre 0,03 e 0,35%, e a razão de cromo para titânio seja controlada de- 0,25 e 2,0.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelofato de que a quantidade de titânio fica na faixa de 0,06 e 0,30%, e a quanti-dade de cobre fica na faixa de 0,06 a 0,30%.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pe-lo fato de que a quantidade de titânio fica na faixa de 0,08 a 0,25%, e aquantidade de cromo fica na faixa de 0,08 a 0,25%.

12. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelofato de que o nível de zinco é controlado a menos que 0,06%.

13. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelofato de que a forma fundida é trabalhada para se transformar em uma formade tubo.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pe-lo fato de que os tubos são montados com aletas em um conjunto de troca-dor de calor.

15. Método de fabricação de um trocador de calor definido nareivindicação 8 caracterizado pelo fato de que vários tubos tendo uma com-posição conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, sãounidos por soldagem forte a material de aleta,

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pe-Io fato de que a quantidade de titânio fica na faixa de 0,06 a 0,30% e a quan-tidade de cromo fica na faixa de 0,06 a 0,30%.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pe-lo fato de que tanto a quantidade de titânio na liga de alumínio fica na faixade 0,08 e 0,25 e a quantidade de cromo fica na faixa de 0,08 a 0,25%.

18. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pe-lo fato de que o zinco na liga de alumínio é menor do que 0,06%.

19. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pe-lo fato de que a razão de cromo para titânio na liga de alumínio fica na faixaentre 0,5 e 1,5.

20. Composição de liga de alumínio, conforme reivindicação 1caracterizada pelo fato de que a razão manganês para ferro é mantida entre-2,0 e 6,0, as quantidades de cromo e titânio sendo controladas de modo queuma razão de cromo para titânio fique na faixa entre 0,25 e 2,0.