BR112016014727B1 - Componente de liga de cobre compatível com lubrificante, método para produzir uma peça de uma liga de cobre e engrenagem - Google Patents

Abstract

componente de liga de cobre compatível com lubrificante, método para produzir uma peça de uma liga de cobre e engrenagem a invenção refere-se a uma liga de cobre compatível com lubrificante compreendendo, em por-centagens em peso: 54-65% de cobre, 2,5-5,0% de alumínio, 1,0-3,0% de silício, 2,0-4,0% de níquel, 0,1-1,5% de ferro, (menor igual) 1,5% de manganês, (menor igual) 1,5% de estanho, (menor igual) 1,5% de cromo e (menor igual) 0,8% de chumbo, o restante sendo zinco junta-mente com impurezas adicionais inevitáveis, silício livre estando presente com pelo menos 0,4% ne matriz de liga ou nas fases não de siliceto contendo silício. um método para produzir tal liga de cobre compreende uma etapa de tratamento térmico que é executada tal que a proporção de silício livre na matriz ou nas fases não de siliceto contendo silício corresponda a no mínimo 0,4%. a invenção refere-se também a uma engrenagem compreendendo pelo menos um componente de engrenagem produzido a partir de tal liga de cobre.

Description

[001] A invenção refere-se a uma liga de cobre compatível com lubrificante que é apropriada em particular para produzir componentes de engrenagem que entram em contato com lubrificante e são expostos a tensões de atrito tais como anéis sincronizadores, bem como a um método para fabricar tais componentes de engrenagem e a uma engrenagem tendo tais componentes de engrenagem.

[002] Para desenvolvimento da liga de cobre para fabricar peças ou componentes, tais como, por exemplo, anéis sincronizadores que são expostos a óleo e a tensões de atrito, a fim de que eles tenham uma resistência à corrosão melhorada, todos o sistema tribológico deve ser levado em conta. Isto envolve a composição do lubrificante, em particular dos aditivos contidos nele, bem como o material da superfície de atrito oposta, além das camadas de liga próximas da superfície. Além disso, a distribuição de temperatura local estabelecida no caso de tensão de atrito e o comportamento de envelhecimento do lubrificante têm influência no uso devido à corrosão.

[003] Sob tensão de atrito, forma-se uma camada de adsorção consistindo principalmente de aditivos de lubrificante após apenas um breve tempo de contato com um lubrificante sob uma carga produzida ou acionada pelo atrito. No caso de uma carga termomecânica, uma camada reativa compreendida de componentes da camada de adsorção e de constituintes de liga próximos da superfície reagindo com uma outra desenvolve-se sob a camada de adsorção. Neste processo, a camada de adsorção e a camada de reação formam uma camada limite externa sobre a peça de liga de cobre, sob a qual há uma camada limite interna de espessura de vários micrometros. Por causa da proximidade com a camada limite interna, esta camada é influenciada pela carga mecânica agindo na superfície bem como pelos processos de transformação química ocorrendo na camada de reação. Processos de difusão e processos de oxidação envolvendo a liga substrato também podem influenciar a formação da camada de reação na região da camada limite interna.

[004] Muitos lubrificantes contêm aditivos tais como aditivos que contêm enxofre e fósforo e podem ter um efeito corrosivo sob a carga termomecânica correspondente devido a contato de atrito, que por sua vez causa uma redução significativa na vida média da peça. Já foram propostas ligas de cobre para reduzir o efeito corrosivo de constituintes de enxofre num lubrificante. JP S 60162742 A descreve uma liga de cobre para o mancal de um turboalimentador que consiste de 57-61% de Cu, 2,5-3,5% de Pb, baseado nas quantidades em peso, onde Fe e Zn podem estar presentes como impurezas. Diz- se que uma camada de CuS estável se desenvolve sobre a superfície de atrito.

[005] EP 0 872 565 A1 descreve como se pode reduzir corrosão por enxofre de uma liga de cobre introduzindo além de Cu e Zn, um componente de níquel na quantidade de 10-70% em peso bem como ingrediente de liga oxidável (Sn, Mn, Al e Si) na liga. Diz-se que uma camada de óxido interrompe o desenvolvimento de uma camada de sulfeto de cobre. EP 1 281 838 A2 divulga que corrosão devida a um teor de enxofre no óleo lubrificante pode ser neutralizada por uma razão selecionada de Cu/Zn. Além disso, adicionam-se Mn, Al, Si para melhorar a dureza da liga, formando-se fases duras de manganês-siliceto principalmente cristalizadas. Portanto, é preferível usar uma grande quantidade de Mn de liga de até 7% na liga conhecida anteriormente. JP S 61117240 A propõe uma liga de cobre com quantidades em peso de 54-64% de Cu, 0,5-3% de Si, 0,5-2% de Al, 3-7% de Mn e o restante sendo Zn, na qual precipitação de fase dura está presente na forma de silicetos de manganês. A liga reduz a formação de camadas de sulfeto de cobre de modo que esta tem uma menor tendência de corrosão como um material de mancal para um turboalimentador em elevadas temperatura de exaustão.

[006] Além disso, DE 41 01 620 C2 descreve uma liga de cobre com uma tendência à corrosão reduzida com respeito a óleos lubrificantes que contêm enxofre. A composição de liga consiste de 11,5-25% em peso de Zn, 5-18% em peso de Pb, 1-3,5% de Mn, 0,3-1,5% em peso de Si. Na estrutura consistindo de uma fase α pura, o teor de chumbo está uniformemente distribuído. Além disso, os constituintes de liga silício e manganês são adicionados de modo que estejam presentes numa razão estequiométrica para formar silicetos de manganês para impedir cristalização de silício livre, o que causaria fragilização.

[007] Para peças, tais como, por exemplo, anéis sincronizadores que são expostos a tensões de atrito, a precipitação de fase dura reforça a dureza de superfície e, portanto, reduz a extensão de uso. No sistema tribológico com o lubrificante, precipitação de fase dura na área próxima da superfície, que apresenta a máxima resistência ao desgaste e processos de alisamento, formam áreas limitadas espacialmente com uma elevada tensão mecânica, onde podem ocorrer no local

[008] Para neutralizar tais processos a patente U.S. n° 6.793.468 B2 propõe uma liga de cobre contendo 54-64% em peso de Cu, 0,2-3% em peso de Si, 0,2-7% em peso de Mn, 0,5-3,5% em peso de Al e o restante sendo Zn, com silicetos de manganês cristalinos estando presentes como estruturas alinhadas alongadas na matriz de liga de cobre. Para atingir estes objetivos, o alinhamento das fases duras deve ser provido na direção axial com respeito a um eixo de rotação para ser apoiado e/ou o corpo oposto. Para um desenvolvimento adicional deste conceito, DE 10 2011 004 856 A1 propõe que a formação de uma película de sulfeto resistente ser acelerada, porque isto impede a gripagem de uma superfície oposta deslizando sobre ela quando em contato com óleo lubrificante quente. Uma liga de cobre que se usa para este propósito contém 25-45% em peso de Zn, 0,3-2% em peso de Si, 1,5-6% em peso de Mn e o restante sendo cobre na qual compostos de siliceto de manganês cristalino estão presentes num arranjo orientado. Seleciona-se a densidade destes precipitados a fim de que haja um espaçamento médio entre grãos de 5-30 μ m, que leva a tensão térmica na junta quando ela entra em contato com o óleo lubrificante quente, acelerando assim o desenvolvimento da película de sulfeto desejada na superfície do componente.

[009] Com relação a uma resistência à corrosão melhorada de um componente submetido a tensão de atrito, é relevante a influência dos ingredientes individuais de liga do substrato sobre a composição e a estrutura microscópica da camada limite interna adjacente à camada de reação. Nesse aspecto, EP 0 709 476 B1 propõe uma liga de cobre sinterizada como um material de atrito num ambiente lubrificante que inclui os presentes componentes de enxofre e fósforo, onde se formam fases duras intermetálicas, selecionados de FeMo, FeCr, FeTi, FeW, FeB e Al2O3. Além disso, há uma estrutura porosa com um diâmetro médio de poro de pelo menos 30 μ m, que está presente numa quantidade de pelo menos 20% em volume. A liga consiste de 5-40% em peso de Zn, 5-40% em peso de Ni, 1-5% em peso de Si, 0,1-5% em peso de Al, 0,5-3% em peso de Pb e preferivelmente Sn numa quantidade de 3-30% em peso com o restante sendo cobre. Elimina-se a formação de sulfeto de cobre pelas grandes quantidades de zinco e níquel. Além disso, formam-se também silicetos de níquel que melhoram o coeficiente de atrito.

[010] Descrevem-se ligas de cobre-zinco adicionais em DE 10 2005 059 391 A1, DE 42 40 157 A1 ou CH 223 580. Usam-se estas ligas para produzir componentes de latão usados num ambiente de óleo tais como, por exemplo, anéis sincronizadores. Formulam-se estas ligas de modo que o silício que elas contêm entrará completamente na formação de silicetos. Uma vez que o manganês é uma substância preferida para formar siliceto, as quantidades de manganês especificadas nas ligas exemplares são adequadamente elevadas e usualmente excedem muito 2% em peso. Ajusta-se o teor de silício para estar de acordo com as porções formadoras de siliceto e se inclui em no máximo 1% em peso na liga exemplar especificada nos documentos acima mencionados.

[011] Em muitos casos, adicionam-se aditivos aos lubrificantes com o objetivo de reduzir corrosão numa superfície de atrito e diminuindo assim o desgaste devido à abrasão. Um exemplo de tal inibidor de corrosão (ingrediente ativo anti desgaste) é, por exemplo, ditiofosfato de dialquil zinco. Um vidro de fosfato que protege a superfície da camada de reação é formado deste aditivo na camada de reação. Isto envolve idealmente uma troca de ligantes do aditivo com elementos de liga bem como uma incorporação de cátions de substrato a fim de que se forme uma camada de reação durável. Entretanto, os processos de reação que protegem a superfície dependem da composição da cama limite interna do material de substrato. Além disso, aditivos adicionais têm uma influência sobre o processo e em algumas circunstâncias agem como aditivos protetores, que protegem competitivamente a superfície com respeito à aderência na camada aderente. A estrutura de liga e os processos térmicos ocorrem na camada de reação com relação à dissipação de calor e picos de temperatura local também são importantes para desenvolvimento de camada e processos de decomposição. Portanto, dependendo do respectivo sistema tribológico, envolvimento de inibidores de corrosão podem levar até mesmo a um processo de decomposição química indesejada envolvendo a camada de atrito em algumas circunstâncias. Ligas de cobre resistentes à corrosão conhecidas até o momento são, portanto, individualmente adaptadas para um sistema lubrificante muito específico.

[012] Se houver uma mudança na composição de aditivos no lubrificante, todo o sistema tribológico será afetado, que então por sua vez influenciará as reações químicas de interação na superfície metálica das camadas de atrito. Portanto, a formação da camada de reação também pode ser influenciada não apenas por tais aditivos que se adicionam ao lubrificante com o objetivo de alterar a superfície da superfície de atrito, mas também por aqueles adicionados principalmente com o propósito de proteger ou melhorar o óleo-base. Além disso, há a possibilidade de um efeito nos processos de envelhecimento de lubrificante. Podem ocorrer processos de oxidação operativos ou processos de decomposição envolvendo aditivos, influenciando a troca com a camada de adsorção sobre a superfície de atrito além do erguimento de partículas deterioradas.

[013] Além de uma mudança na composição aditiva, substituindo o óleo-base do lubrificante resulta também numa mudança fundamental no sistema tribológico. Atualmente, principalmente óleos-base na forma de óleos minerais, óleos de hidrocraqueamento ou óleos sintéticos tais como poli-α- olefinas ou ésteres estão sendo usados como lubrificantes que são modificados para serem usados como óleos de engrenagens. Para satisfazer a exigência para um lubrificante biocompatível, a substituição do óleo-base por óleos vegetais ou gorduras animais pode levar a mudanças fundamentais nas propriedades adesivas porque os óleos vegetais têm tipicamente uma alta polaridade e, portanto, promove uma afinidade por uma superfície metálica. As mudanças no sistema tribológico causadas pela mudança no lubrificante, em particular em seu óleo-base, até o momento resulta principalmente na necessidade se ajustar a composição de liga das camadas de atrito a fim de manter o efeito de impedir corrosão.

[014] Portanto, o objetivo da presente invenção é propor uma liga de cobre tendo uma elevada resistência à corrosão para uma ampla faixa de lubrificantes diferentes, em particular óleos-base diferentes e uma variação de aditivos de lubrificantes. A propriedade de uma baixa tendência de corrosão para diferentes sistemas tribológicos deve ser combinada com boas propriedades mecânicas. A liga deve ter, em particular, uma alta resistência. Além disso, ela deve ter baixo desgaste e deve ter, em particular, um coeficiente de atrito que se adapte tanto quanto possível para uso como um anel sincronizador num emparelhamento de atrito com aço.

[015] De acordo com a invenção atinge-se este objetivo com uma liga de cobre contendo as seguintes quantidades dadas em % em peso: 54-65% de cobre, 2,5-5,0% de alumínio, 1,0-3,0% de silício, 2,0-4,0% de níquel, 0,1-1,5% de ferro, <1,5% de manganês, <1,5% de estanho, <1,5% de cromo, <0,8% de chumbo; o restante sendo zinco mais outros contaminantes inevitáveis, sendo que o silício livre está presente na matriz de liga ou nas fases de não siliceto na quantidade de no mínimo 0,4%, preferivelmente de no mínimo 0,5% e especialmente preferivelmente de no mínimo 0,6%.

[016] Quando se mencionam contaminantes inevitáveis no contexto da descrição da invenção, deve-se indicar que estes são elementos introduzidos no fundido usando material reciclado, sendo que cada elemento que é para ser considerado como um contaminante não deve exceder 1,5% em peso. Preferivelmente, faz-se uma tentativa para minimizar os contaminantes baseada nos materiais e na soma total.

[017] A liga de acordo com a invenção - uma liga de latão especial - e/ou a peça fabricada com ela, isto é, um anel sincronizador, caracteriza-se por uma elevada compatibilidade com óleo para uma ampla faixa de sistemas lubrificantes. Reconhece-se que a liga de acordo com a invenção forma camadas de reação particularmente estáveis em diferentes sistemas tribológicos sob a influência de atrito e tensão térmica, com nivelamento e processos de abrasão envolvendo a camada limite interna sendo substancialmente retardados. A estabilização da camada limite resulta da razão selecionada entre os constituintes de liga Si, Cu e Zn. A razão da quantidade de silício livre em comparação com a soma dos constituintes de liga cobre e zinco é de particular importância.

[018] O efeito do componente zinco é visto como estabilizando a camada de reação, tornando disponível uma reatividade suficiente para a formação rápida de uma camada e a cura. Consegue-se um efeito um pouco ao contrário pelo componente silício. Aqui ele é importante para silício livre que não está ligado em silicetos para estar presente em forma dissolvida na matriz ou nas fases não de siliceto contendo silício numa quantidade em peso de pelo menos 0,4%. Aqui o efeito vantajoso já ocorre quando o teor de silício livre está acima do limite de contaminantes individuais de 0,15% em peso. A quantidade ponderal mínima de 0,4% leva a uma estabilização definida da camada de reação. Uma quantidade mesmo maior de silício preferivelmente de pelo menos 0,5% e em particular preferivelmente de pelo menos 0,6% aumenta o efeito desejado no desenvolvimento da camada de reação, sendo que um limite superior é dado pela exigência de processabilidade da liga. Fases y ricas em silício, que produzem propriedades de liga mecanicamente desfavoráveis, devem ser evitadas. Portanto, é preferível que a quantidade em peso de silício livre se limite a no máximo 2% e especialmente preferivelmente a no máximo 1,5%. Com limite selecionado para o teor de silício absoluto, tensões na liga fundida que podem a fissuração em algumas circunstâncias são eliminadas e se mantém uma vantajosa resistência à fissuração da liga.

[019] Além disso, é preferível que a razão ponderal entre o zinco constituinte de liga e o teor de silício absoluto esteja na faixa de 10-40 e preferivelmente na faixa de 20-35. Se o teor de zinco em relação à quantidade de silício livre na matriz de liga for levado em conta, o quociente está preferivelmente entre 15 e 75 e preferivelmente entre 20 e 55. O balanço mencionado abaixo entre o zinco componente que aumenta a reatividade e o teor de silício livre que influencia a taxa de reação é ajustado a fim de que a formação da camada de reação ocorra seletivamente com relação aos aditivos de lubrificante envolvidos.

[020] O silício em forma livre age como um inibidor de oxidação de outros constituintes de liga, e em particular se reduz a tendência de oxidação de zinco de modo que camadas de óxido de zinco se formem somente numa extensão mínima e ao invés disso o zinco está presente em forma elementar para incorporação na camada de reação. Adicionalmente, admite-se que o silício livre no latão especial reduz a taxa de difusão de terceiros elementos e reduz também a transferência de calor dentro da liga. Isto influencia a cinética da formação da camada de reação até o ponto que se retardem os processos de síntese enquanto que ao mesmo tempo ocorram mais seletivamente. Em vez da formação de uma camada de óxido com um elevado teor de óxido de zinco, forma-se uma camada de reação estável e de crescimento lento, na qual o zinco elementar que está disponível como um reagente reagirá seletivamente com aditivos individuais do óleo lubrificante, enquanto que a maior parte dos aditivos de óleo conhecidos até o momento se incorporam na camada de reação somente em menor extensão. Portanto, o desenvolvimento da camada de reação não é eliminado inteiramente, mas em vez disso ocorre crescimento seletivo de camada devido à reatividade aumentada por causa do teor de zinco e do efeito inibidor do silício livre dissolvido na matriz ou nas fases a base de silício.

[021] Esta interação resulta no fato de que somente aditivos de lubrificantes muito específicos tendo efeitos que alteram a superfície influenciam o desenvolvimento da camada de reação. Isto explica a natureza de banda larga da resistência à corrosão das peças produzidas com a liga de acordo com a invenção, por exemplo, anéis sincronizadores fabricados com a liga porque a maioria dos aditivos de óleo pode ser usada e substituída sem ter um efeito negativo sobre o processo de formação de camada. Até este ponto, o sistema tribológico permanece mais ou menos inalterado para peças feitas da liga de acordo com a invenção, por exemplo, anéis sincronizadores, com respeito à camada de reação para uma variedade de variações de lubrificantes. Para uso em diferentes ambientes lubrificantes, é necessário apenas garantir que não sejam usadas composições de aditivos ou aditivos específicos que possam ter um efeito negativo sobre o sistema tribológico.

[022] Enquanto que somente lubrificantes muito específicos podem ser usados com peças de ligas conhecidas no passado, no caso de peças feitas com a liga aqui reivindicada, há apenas somente poucos lubrificantes e/ou composições lubrificantes com as quais o sucesso pretendido não pode ser alcançado. Portanto, peças produzidas com a liga reivindicada tem compatibilidade de banda larga com óleo.

[023] Para peças confeccionadas com a liga reivindicada, aceita-se desgaste na camada externa sujeita a tensão mecânica para formar a camada de reação, a fim de que se forme a camada de reação estável. Isto é o contrário do procedimento usual para reduzir desgaste, mesmo desgaste inicial. Nas investigações que levaram à invenção reivindicada, descobriu-se que a fim de se obter uma camada de reação estável, não é necessário apenas controlar o crescimento da camada, incluindo a espessura de camada e a composição da camada, mas a estabilização da camada limite interna adjacente à camada de reação também é importante do ponto de vista de formação estável da camada de reação do componente. Adicionando-se silício, observa-se uma estabilidade mecânica melhorada da camada limite, aumentando em particular a resistência ao desgaste localizado. Este efeito é adicionalmente melhorado pela precipitação de fases duras intermetálicas, de modo que a liga de acordo com a invenção possa ser uma mistura de silicetos e aluminetos contendo apenas silício e/ou alumínio, mas também manganês, ferro e níquel constituintes de liga bem como o elemento opcional cromo. O teor de alumínio selecionado resulta principalmente na formação de fases intermetálicas de alumínio, capturando assim os elementos que de outra forma são necessários para a formação de siliceto. Como resultado, um teor de silício permanece como um excesso e pode estar presente como silício livre dissolvido na matriz de liga. Ajusta-se a razão ponderal constituintes de liga para uma incorporação preferida da invenção, de modo que o teor de alumínio exceda a razão estequiométrica da soma dos teores de ferro, manganês, níquel e cromo.

[024] A quantidade mínima requerida de 0,4%, preferivelmente de pelo menos 0,5% e especialmente preferivelmente de pelo menos 0,6% de silício livre deriva para o presente sistema de múltiplos componentes não apenas através de uma quantidade suficientemente grande de alumínio, a fim de que se formem aluminetos em competição com silicetos, mas outro fator de influência sobre a solubilidade de silício leva ao ajuste da estrutura de liga, que pode ser controlada através do teor de zinco absoluto. Se houver somente ou predominantemente latão-e, haverá uma boa solubilidade para silício na matriz de liga. Dentro dos limites de liga predeterminados, são possíveis quantidades de combinação, nas quais a fase α é termodinamicamente estável abaixo de 600°C e na qual silício livre é solúvel apenas numa extensão menor que na fase β. Da mesma forma, a quantidade mínima requerida de 0,4%, preferivelmente de pelo menos 0,5% e especialmente preferivelmente de pelo menos 0,6% de silício livre é estabelecida pelo fato que um teor de fase β está congelado na liga devido às condições de resfriamento selecionadas após fusão da liga e possivelmente etapas adicionais de formação de calor e recozimento.

[025] Outra possibilidade de controle da solubilidade de silício na matriz de liga também é obtida no caso de um ajuste estrutural para que uma fase K na forma de um cristal misto de Cu-Zn-Al-Si que está presente na forma de precipitações de fases finas. Devido à esta medida, o silício pode ser aproveitado de um cristal misto (α + β). Para influenciar a formação da fase k, pode-se executar a repetição do recozimento com resfriamento controlado. Além disso, o elemento cromo opcional também influencia o equilíbrio de fases, de modo que para uma incorporação preferida da liga, o cromo está presente apenas como um contaminante inevitável.

[026] O cobalto pode estar presente na liga numa quantidade máxima de 1,5% em peso. Entretanto, prefere-se uma incorporação na qual o teor de cobalto é menor que 0,7% em peso ou mais ou menos livre de cobalto.

[027] Considera-se um teor de chumbo máximo de 0,8% em peso como sendo uma impureza. Surpreendentemente descobriu-se que a compatibilidade de óleo especial da liga aqui descrita também é atingida mesmo se ela não contiver Pb. Isto foi surpreendente tendo em conta que as ligas de estado da técnica devem conter uma determinada quantidade de Pb. A fim de se conseguir a compatibilidade de óleo. As ligas de acordo com a invenção cujo teor de Pb for menor que 0,1% em peso serão consideradas com estando livres de Pb dentro dos limites de abrangência destas incorporações.

[028] Surpreendentemente, descobriu-se que a despeito do baixo teor de manganês em comparação com ligas conhecidas anteriormente do tipo em questão, forma-se uma quantidade suficiente de siliceto nos componentes produzidos com a liga de acordo com a invenção para conferir a resistência à abrasão requerida ao componente. Esta descoberta foi surpreendente porque o manganês é um elemento formador de siliceto preferido e foi consistente com a opinião dominante que o teor de manganês deve ser qualidade elevada por causa de sua afinidade para a formação de siliceto a fim de se obter o teor de siliceto desejado. Com a liga de acordo com a invenção também foi possível introduzir outros elementos na formação de siliceto, tais como, por exemplo, níquel e/ou ferro, a despeito do fato de que eles têm uma afinidade significativamente menor para formação de siliceto em comparação com o manganês. Contra este histórico, a liga reivindicada contém também alumínio como um constituinte de liga, podem ser formados aluminetos com os elementos ferro e/ou níquel, mas é predominante a afinidade para a formação de siliceto.

[029] Neste ponto, tem sido surpreendentemente possível não apenas garantir que o componente produzido terá um teor de siliceto suficiente, mas também que o silício livre desejado também estará presente, assumindo a utilização habilidosa das diferentes afinidades dos elementos com o silício. Estudos mostraram que se estabelece o silício livre desejado na faixa reivindicada somente se ele for necessário para confiar nos processos de produção convencionais.

[030] Peças produzidas com a liga de acordo com a composição da invenção em interação com o lubrificante garantem o desenvolvimento de uma camada limite interna, que permite boa aderência de camadas de reação além de garantir uma elevada estabilidade térmica e mecânica. Presume-se que esta propriedade inesperada seja o resultado de uma capacidade de difusão adaptada que tem um efeito sobre o crescimento de camada da camada de reação bem como abrindo a possibilidade de se usar um componente auto lubrificante como proteção adicional contra a corrosão. A adição de estanho na composição de liga de acordo com a invenção serve este propósito quando ele atinge, através de difusão, a superfície de atrito, onde ele tem um efeito auto lubrificante.

[031] Para produzir a liga de acordo com a invenção, uma reforma e tratamento térmico são executados preferivelmente após ligação dos constituintes de liga a fim de que se forma uma fase β com um teor de matriz de pelo menos 70% e preferivelmente maior que 80%. Além da solubilidade melhorada de silício na matriz de liga, o resultado é uma elevada dureza de peça e uma grande resistência ao desgaste abrasivo de modo que um endurecimento por precipitação final é desnecessário em muitas aplicações. Neste caso, pode-se reduzir a quantidade do ingrediente cobalto opcional na liga. É preferível omitir inteiramente o cobalto exceto como impurezas inevitáveis. A respeito disso, supreendentemente, descobriu-se que a compatibilidade de óleo de banda larga da composição de liga requerida é adicionalmente melhorada por uma quantidade de cobalto menor que 0,7% em peso. Portanto, presume-se que no presente sistema de múltiplos componentes, há uma interação entre frações de cobalto e frações de ferro e também com cromo, que tem um efeito indireto sobre o teor de silício livre.

[032] Pode-se atingir um aumento nas propriedades positivas da liga supramencionada com uma liga de cobre preferida contendo as seguintes quantidades em peso: 54-65% de cobre, 3,0-5,0% de alumínio, 1,0-3,0% de silício, 2,0-4,0% de níquel, 0,5-1,5% de ferro, <1,5% de manganês, <0,7% de estanho, <1,5% de cromo, <0,8% de chumbo, o restante sendo zinco mais outras impurezas inevitáveis, sendo que o silício livre está presente numa quantidade de no mínimo 0,4%, preferivelmente de no mínimo 0,5% e especialmente preferivelmente de no mínimo 0,6% na matriz de liga ou nas fases de não siliceto contendo silício.

[033] Pode-se conseguir um melhoramento adicional nas propriedades positivas da liga supramencionada com uma liga de cobre preferida contendo as seguintes quantidades em peso: 56-60% de cobre, 3,0-4,0% de alumínio, 1,3-2,5% de silício, 3,0-4,0% de níquel, 0,5-1,5% de ferro, 0,1-1,5% de manganês, 0,3-0,7% de estanho, <0,7% de cromo, <0,8% de chumbo, o restante sendo zinco mais outras impurezas inevitáveis, sendo que o silício livre está presente numa quantidade de no mínimo 0,4%, preferivelmente de no mínimo 0,5% e especialmente preferivelmente de no mínimo 0,6% na matriz de liga ou nas fases de não siliceto contendo silício.

[034] Contra os antecedentes das vantagens da liga de cobre de acordo com a invenção descrita acima e/ou peças produzidas com ela, pode-se observar que esta liga é apropriada para produzir componentes que são usados num ambiente de óleo tais como, por exemplo, anéis sincronizadores, peças de mancais ou similares. Isto significa que as propriedades positivas dos produtos produzidos com esta liga são atingidas não apenas quando o produto é uma camada de atrito de um par de atrito, tal como um anel sincronizador, mas também quando outros componentes providos numa combinação, por exemplo, um emparelhamento, por exemplo, um mancal (mancal axial ou mancal radial). Estas aplicações adicionais incluem também buchas usadas como partes de mancais. É óbvio aqui que as propriedades especiais das peças produzidas com tal liga são estabelecidas em particular quando elas são expostas a lubrificação de manganês pelo menos temporariamente em seu ambiente de óleo.

[035] Mesmo se as propriedades positivas descritas acima são estabelecidas ao longo de toda a largura de banda reivindicada, ligas fabricadas com a composição seguinte são preferidas para partes de mancais por causa de critérios de resistência, em particular quando os componentes fabricados com estas ligas são expostos a cargas mecânicas maiores (quantidades dadas em % em peso): 59-61% de cobre, 3,5-4,2% de alumínio, 1,1-1,7% de silício, 2,6-3,8% de níquel, 0,61,1% de ferro, 0,5-1,0% de manganês, 0,1-0,3% de estanho, máximo de 0,8% de chumbo, o restante sendo zinco mais outras impurezas inevitáveis, sendo que o silício livre está presente numa quantidade de no mínimo 0,4%, preferivelmente de no mínimo 0,5% e especialmente preferivelmente de no mínimo 0,6% na matriz de liga ou nas fases de não siliceto contendo silício.

[036] Os experimentos apresentados abaixo foram executados com produtos semiacabados contendo os seguintes componentes de liga (quantidades dadas em % em peso): 60% de cobre, 4,0% de alumínio, 1,6% de silício, 3,2% de níquel, 0,9% de ferro, 0,9% de manganês, 0,2% de estanho, 0,8% de chumbo, o restante sendo zinco mais impurezas inevitáveis.

[037] Os produtos semiacabados extrudados com a composição de liga acima aqui investigados têm uma grande tenacidade e resistência suficiente mais um elevado alongamento na ruptura. Podem ser obtidas peças e/ou produtos semiacabados com uma dureza HB de 2,5/62,5 na faixa de 250-270. Uma vez que este nível de resistência é suficiente para muitas aplicações, as peças produzidas com esta liga não requerem qualquer endurecimento subsequente. No caso de peças fabricadas com liga conhecida anteriormente, tal dureza pode ser atingida somente com a etapa adicional de endurecimento. Testes de tração mostraram um limite de deformação de 0,2% na faixa de 650-750 MPa. Além disso, a liga de acordo com a invenção tem um valor de atrito deslizante maior ou igual a 0,1. Isto é ilustrado com base na Figura 1 onde os experimentos A foram executados no lubrificante de titânio EG 52512 com os experimentos B executados no lubrificante BOT 350 M3 e com medidas C executadas com BOT 402, de modo que todos estes são classificados como lubrificantes.

[038] Determinou-se a quantidade de silício livre não ligado na forma de silicetos por estudos de micrografia eletrônica de varredura (SEM) num produto semiacabado produzido com a liga de acordo com a invenção. A Figura 2 mostra uma micrografia com pontos de mensuração rotulados por análise por espectroscopia fotoeletrônica de raios-X (EDX). A tabela seguinte mostra a quantidade de silício livre para um ponto de mensuração selecionado/superfícies de mensuração, determinada neste contexto de modo que estes pontos de mensuração podem ser atribuídos à matriz de liga e, portanto, estão fora das fases duras intermetálicas:

[039] Além disso, realizaram-se estudos de micrografia eletrônica de varredura que não estão apresentados aqui em detalhes, confirmando, portanto, as mensurações de SEM-EDX ao longo de toda a faixa de composições de ligas selecionadas. Mediu-se um teor de silício livre de no mínimo 0,6% em peso.

[040] A Figura 3 mostra os resultados de experimentos de desgaste com a liga experimental nos lubrificantes acima, isto é, A (titânio EG 52512), B (BOT 350 M3) e C (BOT 402) que tinham a compatibilidade de óleo de banda larga. Em todos os sistemas lubrificantes, detectou-se o desenvolvimento de uma camada de reação estável, com os experimentos sendo executados numa temperatura de óleo de 80°C, uma pressão de superfície de 50 MPa e uma velocidade de deslizamento de 1 m/s. Após percorrer uma distância de atrito de 100 km, os valores de resistência ao desgaste estavam dentro dos limites de uma faixa relativamente estreita de 140-170 km/g. Foi surpreendente descobrir que nos experimentos de desgaste já descritos, a peça de amostra não apenas exibiu uma compatibilidade de óleo particularmente de banda larga, mas também a respectiva resistência ao desgaste foi elevada e a faixa coberta pelos valores de resistência ao desgaste assim determinados é bastante estreita, a despeito do uso de diferentes variedades de óleo.

[041] Resultados comparativos também podem ser atingidos em variantes libres de Pb. Ligas das variantes livres de Pb são basicamente apropriadas para produção de componentes ou de produtos semiacabados para os mesmos usos pretendidos como as variantes de ligas contendo Pb descritas acima, mas elas têm a vantagem de serem livres de Pb. Nesse ínterim, isto é requerido principalmente por razões de segurança ambiental.

[042] Uma composição de liga tendo os seguintes elementos indicados em % em peso seria apropriada para este propósito: 59-62% de cobre, 3,5-4,5% de alumínio, 1,2-1,8% de silício, 2,5-3,9% de níquel, 0,7-1,1% de ferro, 0,7-1,0% de manganês, 0,05-0,5% de estanho, <1,5% de cromo, o restante sendo zinco mais outras impurezas inevitáveis, sendo que o silício livre está presente numa quantidade de no mínimo 0,4%, preferivelmente de no mínimo 0,5% e especialmente preferivelmente de no mínimo 0,6% na matriz de liga ou nas fases de não siliceto contendo silício.

[043] Executaram-se testes de compatibilidade de óleo usando este grupo de ligas com base em dois diferentes tipos de ligas que diferem uma da outra com respeito ao seu teor de níquel e alumínio. É interessante notar que os resultados de compatibilidade de óleo alcançados com estas ligas mostram que, a despeito da ausência de chumbo como um ingrediente de liga, a compatibilidade de óleo corresponde àquela encontrada para a liga contendo Pb, descrita acima. Estes são os seguintes tipos de liga (quantidade em % em peso), sendo que silício livre está preferivelmente presente na matriz de liga ou nas fases não de siliceto contendo silício na quantidade de no mínimo 0,4%, preferivelmente de no mínimo 0,5% e especialmente preferivelmente de no mínimo 0,6%.

[044] Liga de tipo 1: 59,5-61,5% de cobre, 3,6-4,2% de alumínio, 1,2-1,8% de silício, 2,8-3,3% de níquel, 0,7-1,1% de ferro, 0,6-1,2% de manganês, <0,28% de estanho, < 0,1% de chumbo, o restante sendo zinco mais impurezas inevitáveis.

[045] Liga de tipo 2: 58,5-61,0% de cobre, 3,9-4,4% de alumínio, 1,2-1,8% de silício, 3,3-4,0% de níquel, 0,7-1,1% de ferro, 0,6-1,2% de manganês, <0,28% de estanho, < 0,1% de chumbo, o restante sendo zinco mais impurezas inevitáveis.

[046] A amostra de liga de tipo 1 foi testada especificamente com relação à sua compatibilidade de óleo e descobriu-se ter a seguinte composição (quantidade em % em peso): 60% de cobre, 4,0% de alumínio, 1,6% de silício, 3,2% de níquel, 0,9% de ferro, 0,9% de manganês, 0,2% de estanho, 0,02% de chumbo, o restante sendo zinco mais impurezas inevitáveis.

[047] A composição da amostra testada de liga de tipo 2 tinha a seguinte composição (quantidades em % em peso): 60% de cobre, 4,2% de alumínio, 1,6% de silício, 3,7% de níquel, 0,9% de ferro, 0,9% de manganês, 0,2% de estanho, 0,02% de chumbo, o restante sendo zinco mais impurezas inevitáveis.

[048] Buchas como partes de mancal podem ser produzidas com uma tal liga com as etapas de processo que são conhecidas per se. Isto inclui as seguintes etapas: - Comprimir o material de tubo preliminar - Recozimento leve do material de tubo preliminar comprimido - Estiramento a frio do material de tubo preliminar levemente recozido em no máximo 5%, preferivelmente de 2 a 3% - Decomposição térmica do produto semiacabado estirado a frio.

Claims (13)

1. Componente de liga de cobre compatível com lubrificante, caracterizadopelo fato de compreender em % em peso: 54-65% de cobre, 2,5-5,0% de alumínio, 1,0-3,0% de silício, 2,0-4,0% de níquel, 0,1-1,5% de ferro, <1,5% de manganês, <1,5% de estanho, <1,5% de cromo, <1,5% de cobalto, <0,8% de chumbo, o restante sendo zinco mais outros contaminantes inevitáveis, sendo que o silício livre está presente com uma % em peso de 0,4% e no máximo 2% na matriz de liga ou em fases de não siliceto contendo silício, e a razão ponderal entre zinco e silício livre é de 15 a 75; e o teor da fase β maior que 80% está presente, e nenhuma fase y rica em silício ocorre na matriz de liga.

2. Componente de liga de cobre, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de conter em % em peso: 3,0-5,0% de alumínio; 0,5-1,5% de ferro; e <0,7% de estanho.

3. Componente de liga de cobre, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de conter em % em peso: 56-60% de cobre, 3,0-4,0% de alumínio, 1,3-2,5% de silício, 3,0-4,0% de níquel, 0,5-1,5% de ferro, 0,1-1,5% de manganês, e 0,3-0,7% de estanho.

4. Componente de liga de cobre, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizadopelo fato de conter 59-62% de cobre, 3,5-4,5% de alumínio, 1,2-1,8% de silício, 2,5-3,9% de níquel, 0,7-1,1% de ferro, 0,7-1,0% de manganês, 0,05-0,5% de estanho, e <0,1% de chumbo.

5. Componente de liga de cobre, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizadopelo fato de a proporção de silício livre ser de pelo menos 0,65% em peso.

6. Componente de liga de cobre, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de a razão ponderal entre zinco e silício livre ser selecionada na faixa de 20-55.

7. Componente de liga de cobre, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de a quantidade de alumínio exceder a razão estequiométrica da soma das proporções de ferro, manganês, níquel e cromo.

8. Componente de liga de cobre, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de a razão da soma dos elementos Ni + Fe + Mn para Si ser <3,45, preferivelmente <3,25.

9. Componente de liga de cobre, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizada pelo fato de o chumbo como uma impureza estar presente na quantidade de no máximo 0,8% em peso na estrutura da liga.

10. Método para produzir uma peça de um componente de liga de cobre, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de pelo menos uma etapa de tratamento térmico ser executada com resfriamento subsequente, de modo que a proporção de silício livre na matriz ou nas fases de não siliceto contendo silício corresponda a pelo menos 0,4%.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a gestão do método da etapa de tratamento térmico e do resfriamento de controle subsequente criar a fase β com um teor de pelo menos 80%.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo fato de se fabricar um anel sincronizador para uma engrenagem com a liga de cobre.

13. Engrenagem, tendo pelo menos um componente de liga de cobre que é exposta a atrito, tal como um anel sincronizador, fabricada a partir de uma liga de cobre, conforme definida em qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, a dita engrenagem caracterizada pelo fato de compreender uma carcaça de engrenagem na qual o componente de engrenagem fabricado a partir da liga de cobre está arranjado num ambiente de óleo de engrenagem, o dito componente de engrenagem tendo uma camada de reação sobre sua superfície que está exposta a atrito, com aditivos presentes no óleo de engrenagem e silício livre presente como um elemento reativo na matriz ou nas fases de não siliceto contendo silício ou os produtos de reação e/ou produtos de decomposição do mesmo.

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