BR122014003022B1 - Liga de cobre-zinco, seu uso e anel de sincronismo - Google Patents
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Abstract
resumo patente de invenção: "liga de cobre-zinco, seu uso e anel de sincronismo". a presente invenção se refere a uma liga de cobre-zinco, compreendendo 55 a 75% em peso de cobre, 0,1 a 8% em peso de alumínio, 0,3 a 3,5% em peso de ferro, 0,5 a 8% em peso de manganês, 0 a menos de 5% em peso de níquel, 0 a menos de 0,1% em peso de chumbo, 0 a 3% em peso de estanho, 0,3 a 5% em peso de silício, 0 a menos de 0,1% em peso de cobalto, 0 a menos de 0,05% em peso de titânio, 0 a menos de 0,02% em peso de fósforo, as inevitáveis impurezas e o material restante sendo zinco.
Description
(54) Título: LIGA DE COBRE-ZINCO, SEU USO E ANEL DE SINCRONISMO (51) Int.CI.: C22C 9/02; F16D 23/02 (30) Prioridade Unionista: 13/12/2005 DE 10 2005 059 391.7 (73) Titular(es): DIEHL METALL STIFTUNG & CO. KG (72) Inventor(es): NORBERT GAAG; MEINRAD HOLDERIED; FRIEDRICH GEBHARD
1/8
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para LIGA DE COBRE-ZINCO, SEU USO E ANEL DE SINCRONISMO.
[001] Dividido do PI0619813-9, depositado em 5.12.2006.
[002] A invenção se refere a uma liga de cobre-zinco que é essencialmente isenta de chumbo. A invenção também se refere ao uso de tal liga de cobre-zinco para a produção de um anel de sincronismo, bem como a um anel de sincronismo.
[003] Ligas de cobre-zinco ou latões são usados na indústria sanitária assim como na indústria eletrônica. Na indústria automobilística, anéis de latão com uma alta resistência ao desgaste e um alto coeficiente de fricção são empregados para anéis de sincronismo que são usados em uma caixa de mudanças para sincronismo das rodas dentadas.
[004] Para ser capaz de processar facilmente uma liga de cobrezinco, particularmente por usinagem, uma certa fragilidade do material deve ser alcançada para evitar tanto quanto possível a criação de cavacos grandes durante o processamento, o que seria difícil de retirar do local de trabalho e da ferramenta de processamento. Como é conhecido, esta fragilidade desejada para o processamento mecânico de latões é alcançada adicionando-se uma certa proporção de chumbo. O chumbo, entretanto, nas doses correspondentes, desvantajosamente representa um perigo para a saúde humana.
[005] É, portanto, desejável fornecer-se ligas de cobre-zinco processáveis mecanicamente que tenham um teor de chumbo o mais baixo possível ou mesmo que não tenha nenhum teor de chumbo. Embora várias orientações da União Européia ainda permitam o uso de chumbo em ligas de latão, deve, todavia, ser esperado que o teor de chumbo de até 4% permitido para latões usados em veículos motorizados seja corrigido para teores menores.
[006] Uma liga de cobre-zinco para aplicações na indústria saniPetição 870170092605, de 29/11/2017, pág. 4/22
2/8 tária é conhecida da EP 1 045 041 B1. A liga descrita compreende 69 a 79% em peso de cobre, 2 a 4% em peso de silício, 0,1 a 1,5% em peso de alumínio e 0,02 a 0,25% em peso de fósforo. Esta interação dos componentes silício, alumínio e fósforo é programada para produzir um fase gama da liga, que garante boa processabilidade na usinagem sem o uso de chumbo.
[007] Ligas de cobre-zinco com baixo teor de chumbo e com alta resistência ao desgaste para uso em um anel de sincronismo são conhecidas da DE 29 19 478 C2, da DE 37 35 783 C1 e da EP 0 657 555 B1.
[008] A DE 29 19 478 C2 descreve uma liga de cobre-zinco tendo 60 a 73% em peso de cobre, 6 a 8% em peso de manganês, 4 a 6% em peso de alumínio, 1 a 4% em peso de silício, 1 a 3% em peso de ferro, 0,5 a 1,5% em peso de chumbo, 0 a 0,2% em peso de níquel, 0 a 0,2% em peso de estanho e zinco como material restante. Para se alcançar a alta resistência ao desgaste, esta liga compreende uma malha de 60 a 85% de predominantemente cristais a mistos como uma distribuição finamente dispersa na fase β. O chumbo é ligado a ela em uma proporção de peso relativamente pequena.
[009] A DE 37 35 783 C1 propõe uma liga de cobre-zinco para ser usada particularmente em anéis de sincronismo, que consiste em 50 a 65% em peso de cobre, 1 a 6% em peso de alumínio, 0,5 a 5% em peso de silício, 5 a 8% em peso de níquel bem como seletivamente 0 a 1% em peso de ferro, 0 a 2% em peso de chumbo e zinco como material restante. Uma proporção de chumbo de menos de 2% em peso é opcional. A alta resistência ao desgaste é alcançada pelo fato de que o níquel está presente predominantemente como um composto intermetálico com silício e alumínio.
[0010] Uma liga de cobre-zinco tendo alta resistência ao desgaste é também conhecida da EP 0 657 555 B1, que compreende 40 a 65%
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3/8 em peso de cobre, 8 a 25% em peso de níquel, 2,5 a 5% em peso de silício, 0 a 3% em peso de alumínio, 0 a 3% em peso de ferro, 0 a 2% em peso de manganês, 0 a 2% em peso de chumbo, o material restante sendo zinco e as inevitáveis impurezas. A alta resistência ao desgaste é alcançada pelos teores muito altos de níquel e silício, cujo efeito é que a matriz contém um alto teor de volume de silicetos. A malha não compreende nenhuma fase γ e consiste principalmente de fases β. O chumbo em pequenas quantidades é considerado útil com vistas a uma boa capacidade de processamento.
[0011] Além disso, a DE 28 30 459 C3 se refere a uma liga de cobre-níquel com alta resistência ao desgaste, que consiste em 45 a 75% em peso de cobre, 2 a 7% em peso de alumínio, 0,1 a 2% em peso de ferro, 1 a 5% em peso de níquel, 0,5 a 2% em peso de silício, 0,1 a 2% em peso de cobalto, e o material restante sendo zinco. Para a alta resistência ao desgaste, esta liga também contém um composto intermetálico do tipo níquel -silício, ao qual o alumínio e o cobalto estão também ligados. Ela não contém chumbo.
[0012] Finalmente, na DE 38 09 994 C3 é formada uma liga cobrezinco para anéis de sincronismo com 20 a 40% em peso de zinco, 2 a 8% em peso de alumínio, de pelo menos dois outros componentes que formam compostos intermetálicos, pelo menos um dos componentes sendo titânio, e sendo a parte restante cobre e as impurezas aleatórias. A alta resistência ao desgaste é alcançada pelos compostos intermetálicos. O chumbo é desnecessário.
[0013] Uma característica comum às ligas de cobre-zinco de baixo teor de chumbo ou isentas de chumbo que têm uma alta resistência ao desgaste é que elas têm um alto teor de fases intermetálicas. Essas fases intermetálicas levam a uma certa fragilidade da liga, de forma que ela se torna mais fácil para o processo de usinagem. Os cavacos se quebram rapidamente e podem ser retirados. Por esta razão, a proPetição 870170092605, de 29/11/2017, pág. 6/22
4/8 porção de chumbo pode ser omitida. Se não for necessária uma alta resistência ao desgaste, como na EP 1 045 041 B1, então o teor de chumbo pode ser reduzido pelo estabelecimento de uma fase γ na liga através de uma interação do silício, alumínio e fósforo. Essa liga contém fósforo para garantir uma resistência à remoção do zinco da liga para a aplicação desejada na indústria sanitária.
[0014] É um objetivo da invenção fornecer uma liga de cobre-zinco resistente ao desgaste que, em particular, seja adequada para uso em um anel de sincronismo e seja essencialmente isenta de chumbo. [0015] Esse objetivo é alcançado conforme a invenção por uma liga de cobre-zinco que compreende 55 a 75% em peso de cobre, 0,1 a 8% em peso de alumínio, 0,3 a 3,5% em peso de ferro, 0,5 a 8% em peso de manganês, 0 a menos de 5% em peso de níquel, 0 a menos de 0,1% em peso de chumbo, 0 a 3% em peso de estanho, 0,3 a 5% em peso de silício, 0 a menos de 0,1% em peso de cobalto, 0 a menos de 0,05% em peso de titânio, 0 a menos de 0,02% em peso de fósforo, as inevitáveis impurezas e o material restante sendo zinco.
[0016] A invenção é baseada na idéia de reduzir-se deliberadamente o teor de chumbo para abaixo de 0,1% em peso sem fornecer compensação em relação à capacidade de processamento mecânico desejada pelas fases intermetálicas ou à estabilização de uma fase γ. Uma resistência ao desgaste suficiente é garantida pelos componentes necessários da liga alumínio, manganês, ferro e silício. Manganês, ferro e silício nas faixas de quantidades especificadas levam a uma proporção básica suficiente de fases intermetálicas na liga de cobrezinco. Em particular, o alumínio endurece o cristal misto. O manganês faz uma contribuição positiva para a resistência ao desgaste. Uma melhoria pode ser alcançada através dos outros elementos da liga mencionados opcionalmente, níquel e estanho. Ela pode conter cobalto e titânio até abaixo dos limites especificados. A ligação com eles além
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5/8 disso, entretanto, é desnecessária para a capacidade de processamento mecânico desejada e para alcançar a resistência ao desgaste desejada. O fósforo como elemento da liga é desnecessário para melhorar a resistência à remoção do zinco.
[0017] Reduzir o teor de chumbo para abaixo de 0,1% sem aumentar a proporção das fases intermetálicas é surpreendentemente possível, ao contrário da opinião prévia dos técnicos do mundo, uma vez que foi descoberto, após extensos estudos, que é possível usinarse as ligas de cobre-zinco reivindicadas, particularmente para a produção de um anel de sincronismo, mesmo sem a adição de chumbo. [0018] A resistência ao desgaste e a resistência à abrasão da liga de cobre-zinco podem ser melhoradas quando a liga de cobre-zinco compreende vantajosamente alumínio em uma proporção de 0,5 a 2,5% em peso, ferro em uma proporção de 0,3 a 1% em peso, manganês em uma proporção de 0,5 a 5% em peso, níquel em uma proporção de 0,5 a menos de 5% em peso, estanho em uma proporção de 0 a 1,5% em peso, e silício em uma proporção de 0,3 a 2% em peso. [0019] Em uma configuração alternativa vantajosa da invenção, a liga de cobre-zinco compreende uma proporção maior de alumínio e é diferenciada pelo fato de que ela compreende alumínio em uma proporção de 3 a 8% em peso, ferro em uma proporção de 1 a 3% em peso, manganês em uma proporção de 5 a 8% em peso, níquel em uma proporção de 0 a menos de 0,5% em peso, estanho em uma proporção de 0 a menos de 0,5% em peso, e silício em uma proporção de 1 a 4% em peso. Tal material tem as propriedades mecânicas necessárias para um anel de sincronismo.
[0020] A liga de cobre-zinco é adequada para a produção de um anel de sincronismo, particularmente por usinagem.
[0021] Modalidade de exemplo da invenção serão explicadas em maiores detalhes com a ajuda do desenho e dos exemplos a seguir.
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6/8 [0022] A Figura 1 mostra um anel de sincronismo em uma representação em perspectiva.
[0023] A Figura 1 representa um anel de sincronismo típico que pode ser produzido, em particular, por usinagem a partir de uma liga cobre-zinco. O anel de sincronismo 1 tem uma superfície interna 3, que é programada para fricção casada com um parceiro cônico de fricção. O dente 2 que se acopla com as ranhuras correspondentes de um cilindro dentado são arranjados na circunferência externa do anel de sincronismo 1. Para melhorar a saída do óleo, a superfície interna 3 tem canais de óleo 4 instalados na direção axial, que retiram rapidamente o óleo presente no caso de fricção por acoplamento.
Exemplos:
[0024] Quatro ligas foram estudadas ao todo, cada par de ligas diferindo apenas em seu teor de chumbo. A liga 1A contém 57,9% em peso de cobre, 1,65% em peso de alumínio, 0,4% em peso de ferro, 1,95% em peso de manganês, 0,55% em peso de chumbo, 0,6% em peso de silício e o material restante sendo zinco. A liga 1B difere desta liga 1A pelo fato de que o chumbo está ausente dela, isto é, ela contém chumbo apenas a um nível de impureza inevitável de 0,02% em peso. A liga 2A contém 69,7% em peso de cobre, 5,2% em peso de alumínio, 1,1% em peso de ferro, 7,8% em peso de manganês, 0,8% em peso de chumbo, 1,8% em peso de silício, e o material restante sendo zinco bem como as inevitáveis impurezas. A liga 2B difere da liga 2A pelo fato de que ela contém chumbo apenas como uma impureza inevitável de 0,05%. As ligas A são ligas comparativas contendo chumbo, que são adequadas em relação à sua resistência ao desgaste e capacidade de processamento parta anéis de sincronismo. As ligas B são configurações da invenção.
Exemplo 1:
[0025] Para as ligas mencionadas, a resistência ao desgaste em
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7/8 kg/m e o coeficiente de fricção são determinados em uma balança Reichert de fricção de desgaste com uma velocidade de deslizamento de 1,65 m/s e uma carga de 52 N/mm2 sobre uma distância viajada total de 2500m. Para essa finalidade um pino de latão feito da respectiva liga de teste com um diâmetro de 2,7 mm é pressionado com a carga especificada em um anel de aço giratório. A resistência ao desgaste e o coeficiente de fricção são determinados a partir da perda de peso do pino de latão após a distância percorrida especificada. O resultado está resumido na tabela a seguir:
| Número de Liga | Resistência ao Desgaste, km/g | Coeficiente de Fricção |
| 1A | 201 | 0,12 |
| 1B | 235 | 0,12 |
| 2A | 1215 | 0,11 |
| 2B | 1458 | 0,11 |
| [0026] Pode ser vis1 | to que a resistência ao desgaste e o coeficiente |
de fricção das ligas isentas de chumbo B não são inferiores em relação às ligas A contendo chumbo, mas, ao contrário, aumentaram. Exemplo 2:
[0027] Testes de corte são executados com as mencionadas ligas. Para esse fim uma rosca de parafuso com uma profundidade de rosca de 0,37 mm, uma inclinação de 0,65 mm e um ângulo de flanco de 60° é cortada em anéis de sincronismo conforme a figura 1, que são feitos das ligas de teste. A ranhura da rosca é percorrida cinco vezes no total; isto é, há cinco fendas de roscas. Um material de metal duro de qualidade K20 conforme a DIN 4990 é usado como material de corte da rosca. Após um número definido de ranhuras de rosca cortadas com a ferramenta de corte, o desgaste da ferramenta é medido. Para essa finalidade, é determinada a diferença na área da seção transversal da inclinação da rosca antes e após a execução do teste. O resulPetição 870170092605, de 29/11/2017, pág. 10/22
8/8 tado a seguir foi obtido:
| Número de Liga | Número de Ranhuras de Rosca Cortadas | Desgaste da Ferramenta em mm2 |
| 1A | 6846 | 0,0226 |
| 1B | 14670 | 0,0085 |
| 2A | 10273 | 0,0015 |
| 2B | 10273 | 0,0005 |
[0028] O teste foi parado após 6848 ranhuras de rosca para a liga 1A, uma vez que um desgaste significativo da ferramenta já tinha ocorrido aqui. Pode ser estabelecido que o desgaste da ferramenta com as ligas B isentas de chumbo torna-se menor que o das ligas A contendo chumbo.
Exemplo 3:
[0029] Os cavacos removidos nos testes de corte comportaram-se conforme foi observado no Exemplo 2. Foi estabelecido que embora os cavacos das ligas B isentas de chumbo tenham sido maiores em comparação com os das ligas A contendo chumbo, eles não se conformaram de tal forma que se interligassem e se enrolassem uns nos outros. Ao contrário do esperado, os cavacos puderam ser transportados sem problemas durante a usinagem.
[0030] As ligas isentas de chumbo são particularmente adequadas para a produção de um anel de sincronismo. A adição de chumbo para melhorar a capacidade de processamento mecânico pode, portanto, ser evitada.
Lista de Referência anel de sincronismo dente superfície interna canais de óleo
Petição 870170092605, de 29/11/2017, pág. 11/22
1/1
Claims (2)
- REIVINDICAÇÕES1. Liga de cobre-zinco, caracterizada pelo fato de que compreende:55 a 75% em peso de cobre,3 a 8% em peso de alumínio,1 a 3% em peso de ferro,5 a 8% em peso de manganês,0 a menos de 0,5% em peso de níquel,0 a menos de 0,1% em peso de chumbo,0 a menos de 0,5% em peso de estanho,1 a 4% em peso de silício,0 a menos de 0,1% em peso de cobalto,0 a menos de 0,05% em peso de titânio,0 a menos de 0,02% em peso de fósforo, as inevitáveis impurezas, e o material restante sendo zinco.
- 2. Liga de cobre-zinco, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um anel de sincronismo (1) é feito da mesma.Petição 870170092605, de 29/11/2017, pág. 22/221/1
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