BRPI0619813A2 - liga de cobre-zinco e anel de sincronismo produzido a partir da mesma - Google Patents
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Abstract
LIGA DE COBRE-ZINCO E ANEL DE SINCRONISMO PRODUZIDO A PARTIR DA MESMA. 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, O a menos de 5% em peso de níquel, O a menos de 0,1% em peso de chumbo, O a 3% em peso de estanho, 0,3 a 5% em peso de silício, O a menos de 0,1% em peso de cobalto, O a menos de 0,05% em peso de titânio, O a menos de 0,02% em peso de fósforo, as inevitáveis impurezas e o material restante sendo zinco.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "LIGA DE COBRE-ZINCO E ANEL DE SINCRONISMO PRODUZIDO A PARTIR DA MESMA".
A invenção refere-se a uma liga de cobre-zinco que é essenci- almente isenta de chumbo. A invenção também refere-se ao uso de tal liga de cobre-zinco para a produção de um anel de sincronismo, bem como a um anel de sincronismo.
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.
Para ser capaz de processar facilmente uma liga de cobre-zinco, 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 dese- jada para o processamento mecânico de latões é alcançada adicionando-se uma certa proporção de chumbo. O chumbo, entretanto, nas doses corres- pondentes, desvantajosamente representa um perigo para a saúde humana.
É, portanto, desejável fornecer-se ligas de cobre-zinco proces- sáveis mecanicamente que tenham um teor de chumbo o mais baixo possí- vel ou mesmo que não tenha nenhum teor de chumbo. Embora várias orien- tações da União Européia ainda permitam o uso de chumbo em ligas de la- tão, deve, todavia, ser esperado que o teor de chumbo de até 4% permitido para latões usados em veículos motorizados seja corrigido para teores me- nores.
Uma liga de cobre-zinco para aplicações na indústria sanitária 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.
Ligas de cobre-zinco com baixo teor de chumbo e com alta resis- tência 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.
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 des- gaste, esta liga compreende uma malha de 60 a 85% de predominantemente cristais α mistos como uma distribuição finamente dispersa na fase β. O chumbo é ligado a ela em uma proporção de peso relativamente pequena.
A DE 37 35 783 C1 propõe uma liga de cobre-zinco para ser u- sada 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 silí- cio, 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 pro- porção 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 predomi- nantemente como um composto intermetálico com silício e alumínio.
Uma liga de cobre-zinco tendo alta resistência ao desgaste é também conhecida da EP 0 657 555 B1, que compreende 40 a 65% em pe- so 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.
Além disso, a DE 28 30 459 C3 refere-se 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 cobal- to, 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 chum- bo.
Finalmente, na DE 38 09 994 C3 é formada uma liga cobre-zinco 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 compos- tos intermetálicos, pelo menos um dos componentes sendo titânio, e sendo a parte restante cobre e as impurezas aleatórias. A alta resistência ao desgas- te é alcançada pelos compostos intermetálicos. O chumbo é desnecessário.
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 intermetáli- cas 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 proporção de chumbo pode ser omiti- da. 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.
É um objetivo da invenção fornecer uma liga de cobre-zinco re- sistente ao desgaste que, em particular, seja adequada para uso em um anel de sincronismo e seja essencialmente isenta de chumbo.
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 pe- so de alumínio, 0,3 a 3,5% em peso de ferro, 0,5 a 8% em peso de manga- nês, 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 me- nos 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.
A invenção é baseada na idéia de reduzir-se deiiberadamente 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 desgas- te 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 intermetáli- cas na liga de cobre-zinco. Em particular, o alumínio endurece o cristal mis- to. O manganês faz uma contribuição positiva para a resistência ao desgas- te. 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 disso, entretanto, é desnecessária para a capacidade de processamento mecânico desejada e para alcançar a resistência ao desgaste desejada. O fósforo co- mo elemento da liga é desnecessário para melhorar a resistência à remoção do zinco.
Reduzir o teor de chumbo para abaixo de 0,1% sem aumentar a proporção das fases intermetálicas é surpreendentemente possível, ao con- trário da opinião prévia dos técnicos do mundo, uma vez que foi descoberto, após extensos estudos, que é possível usinar-se as ligas de cobre-zinco rei- vindicadas, particularmente para a produção de um anel de sincronismo, mesmo sem a adição de chumbo.
A resistência ao desgaste e a resistência à abrasão da liga de cobre-zinco podem ser melhoradas quando a liga de cobre-zinco compreen- de vantajosamente alumínio em uma proporção de 0,5 a 2,5% em peso, fer- ro 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.
Em uma configuração alternativa vantajosa da invenção, a liga de cobre-zinco compreende uma proporção maior de alumínio e é diferenci- ada 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 proprie- dades mecânicas necessárias para um anel de sincronismo.
A liga de cobre-zinco é adequada para a produção de um anel de sincronismo, particularmente por usinagem.
Modalidade de exemplo daJnvenção serão explicadas em maio- res detalhes com a ajuda do desenho e dos exemplos a seguir.
A Figura 1 mostra um anel de sincronismo em uma representa- ção em perspectiva.
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 arran- jados 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 dire- ção àxial, que retiram rapidamente o óleo presente no caso de fricção por acoplamento.
Exemplos:
Quatro ligas foram estudadas ao todo, cada par de ligas diferin- do apenas em seu teor de chumbo. A liga 1A contém 57,9% em peso de co- bre, 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 chum- bo está ausente dela, isto é, ela contém chumbo apenas a um nível de impu- reza inevitável de 0,02% em peso. A liga 2A contém 69,7% em peso de co- bre, 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:
Para as ligas mencionadas, a resistência ao desgaste em kg/m e o coeficiente de fricção são determinados em uma balança Reichert de fric- ção 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 gira- tório. A resistência ao desgaste e o coeficiente dé fricção são determinados a partir da perda de peso do pino de latão após a distância percorrida espe- cificada. O resultado está resumido na tabela a seguir:
<table>table see original document page 7</column></row><table>
Pode ser visto 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:
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 ferra- menta 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 resultado a seguir foi obtido:
<table>table see original document page 8</column></row><table>
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:
Os cavacos removidos nos testes de corte comportaram-se con- forme 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.
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
1. anel de sincronismo
2. dente
3. superfície interna
4. canais de óleo
Claims (6)
1. 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 im- purezas e o material restante sendo zinco.
2. Liga de cobre-zinco de acordo com a reivindicação 1, caracte- rizada pelo fato de que ela compreende alumínio em uma proporção de 0,5 a -2,5% em peso, ferro em uma proporção de 0,3 a 1% em peso, manganês -1,1 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.
3. Liga de cobre-zinco como definido na reivindicação 1, caracte- rizada 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.
4. Uso de uma liga de cobre-zinco como definida em uma das reivindicações 1 a 3, para produção de um anel de sincronismo (1).
5. Uso de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o anel de sincronismo (1) é produzido da liga de cobre-zinco por usi- nagem.
6. Anel de sincronismo (1) feito de uma liga de cobre-zinco como definida em uma das reivindicações 1 a 3.
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