BRPI0717012A2

BRPI0717012A2 - Mancal deslizante

Info

Publication number: BRPI0717012A2
Application number: BRPI0717012-2A2A
Authority: BR
Inventors: Robert Mergen
Original assignee: Miba Gleitlager Gmbh
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2013-10-08
Also published as: KR20090048476A; AT504088B1; EP2057296B1; US20100002968A1; JP2010501816A; EP2057296A1; CN101512025A; WO2008025046A1; AT504088A1; KR101345919B1; JP5099528B2; CN101512025B

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MANCAL DESLIZANTE". Campo técnico

A invenção refere-se a um mancai deslizante com uma concha de apoio e com uma camada metálica de base à base de cobre, livre de chumbo, tendo estanho e zinco como principais elementos de liga, aplicada sobre a concha de apoio. Estado da técnica

Materiais de mancai deslizante à base de cobre, tendo estanho e zinco como principais elementos de liga são conhecidos há muito tempo, mas uma proporção comparativamente elevada de chumbo tem que ser adi- cionada a esses materiais de mancai para melhorar as propriedades triboló- gicas, par emprego em mancais hidrodinâmicos para a alinha de acionamen- to de motores de combustão interna. Além disso, mancais com estes materi- ais de mancai deslizante conhecidos só podiam satisfazer as exigências es- tabelecidas se a camada metálica de base aplicada à concha de apoio de aço fosse coberta com uma camada de pista, a qual apresenta propriedades de deslizamento especiais, porque o alto teor de chumbo garante uma segu- rança suficiente em relação à propensão à gripagem, mas não a capacidade de deslizar.

A toxicidade de bronzes ao chumbo é um obstáculo crescente para o emprego de tais materiais de mancai. A tentativa de empregar bron- zes ao chumbo através de materiais de mangai deslizante livres de chumbo à base de cobre e tendo estanho e zinco como principais elementos de liga sempre esteve ligada a uma capacidade tribológica prejudicial dos materiais de mancai substitutos. Assim, por exemplo, foi proposto (DE10308779B3) aperfeiçoar as propriedades de deslizamento de uma liga de latão que apre- senta pelo menos 21,3% em peso de zinco e no máximo 3,5% em peso de estanho, adicionando magnésio, ferro ou cobalto, níquel e manganês ou silí- cio, mas sem muito sucesso. Em outra liga de cobre livre de chumbo, co- nhecida, com pelo menos 8,5% em peso de zinco e 1 a 5% em peso de silí- cio como principais componentes de liga (DE 10308778B3), bem como com no máximo 2% em peso de estanho e pequenas percentagens de ferro ou cobalto, níquel e manganês, resultam propriedades de deslizamento igual- mente insuficientes. Finalmente, em uma liga de cobre, por exemplo, com um teor de estanho de até 6% em peso de adição de chumbo, for evitado o acréscimo de bismuto em uma ordem de grandeza de 0,5% a 1% em peso (EP 0457478B1), então as propriedades tribológicas podem ser melhoradas, mas, ao mesmo tempo, os valores característicos de resistência baixam, o que torna esses materiais de mancai inapropriados para o emprego em mancais para linha de acionamento de motores de combustão interna de alta performance. Portanto, até agora somente materiais de mancai à base de bronzes com alto teor de chumbo puderam satisfazer as exigências de man- cais. As crescentes pressões de inflamação de motores de combustão inter- na modernos mostram, porém, que tais bronzes ao chumbo também, devido à proporção de chumbo, vão de encontro aos seus limites de carga mecâni- ca. Além disso, é preciso garantir uma resistência à corrosão suficiente em relação a lubrificantes agressivos e levar em conta uma deformibilidade a frio, de modo que mesmo bronzes ao chumbo poderiam não ser mais sufici- entes para as crescentes exigências de capacidade de carga dos materiais de mancai. Apresentação da invenção

Assim o objetivo da invenção é prover um mancai deslizante do tipo mencionado inicialmente, com uma camada metálica de base livre de chumbo, à base de cobre, o qual apresente uma boa resistência à corrosão, uma boa resistência com tenacidade elevada simultânea e um comporta- mento aperfeiçoado em relação a poluição de lubrificantes e gripagem.

Este objetivo é alcançado com a invenção em virtude de que a camada metálica de apoio apresenta uma ppercentagem de estanho de 2,5% até 11% em peso, uma percentagem de zinco de 0,5 a 5% em peso, uma percentagem de zircônio e titânio juntos de pelo menos 0,01% em peso e uma percentagem de fósforo de pelo menos 0,03% em peso, sendo que a soma das percentagens de zircônio, titânio e fósforo é de, no máximo, 0,25% em peso, e a soma das percentagens de estanho e zinco fica entre 3 e 13% em peso.

Verificou-se, de modo surpreendente, que, através da composi- ção proposta, a propensão à gripagem da camada metálica de apoio pode ser melhorada de maneira decisiva. Parte-se do fato de que a menor pro- pensão à gripagem é atribuível a uma matriz consistindo principalmente de alpha-bronze e à presença de eutectóides alfa-delta distribuídos finamente nos limites de grão, sendo que titânio e zircônio têm uma influência significa- tiva sobre a finura dos eutectóides alfa-delta, porém somente quando os e- Iementos titânio e zircônio adições de fósforo são protegidos de oxidação prematura. Uma melhoria notável do comportamento de gripagem da cama- da metálica de apoio já pode ser alcançada com uma percentagem de zircô- nio e titânio juntos de 0,01% em peso. Condição para isso é uma proteção correspondente contra uma oxidação, que condiciona uma percentagem mí- nima de fósforo de 0,03% em peso. Se forem escolhidas percentagem ele- vadas de zircônio e titânio, então esses elementos têm efeito de fragilização sobre a matriz, o que restringe de maneira inadmissível a deformabilidade da camada metálica de apoio. Percentagens excessivas de fósforo também de- vem ser evitadas, para não pôr em perigo a ductilidade e a resistência à fa- diga do material de mancai. Em uma soma das percentagens de zircônio, titânio e fósforo de, no máximo, 0,25% em peso, pode-se garantir uma dutibi- Iidade correspondente às exigências. A percentagem de fósforo pode ser limitada para cima com 0,08% em peso, vantajosamente.

Com as faixas de percentagens indicadas de estanho e zinco, podem ser atendidas as exigências de propriedade de deslizamento da ca- mada metálica de mancai e da capacidade de carga mecânica do mancai. Numa restrição da percentagem de estanho a, no máximo, 11% em peso, surgem ainda pequenos efeitos de endurecimento inadmissíveis. Além disso, podem ser esperadas pequenas composições de fase que levam a uma fra- gilização. O zinco representa um substituto adequado para percentagens de fósforo mais elevadas empregadas, as quais, em virtude da configuração ligações intermetálicas de ferro-fósforo, podem ter efeito desvantajoso sobre a ligação da camada metálica de apoio com a concha de apoio de metal. A liga da camada metálica de apoio pode ser dominada tanto na técnica de fundição quanto na técnica de sinterização, de modo que ela serve vantajo- samente para a chapeamento tanto de fundição quanto de sinterização.

Além disso, a adição de zinco melhora a proteção contra oxida- ção na fase líquida da produção da liga e apóia a configuração dos eutectói- des alfa-delta tribologicamente favoráveis. Para utilizar as vantagens do zin- co na camada metálica de apoio, é necessário um teor mínimo de 0,5% em peso. A percentagem de zinco não pode ultrapassar 5% em peso, para não prejudicar a resistência à corrosão. Devido a efeitos conhecidos em si de níquel, manganês, alumí-

nio, prata, ferro, arsênio, antimônio, magnésio e cobalto sobre a resistência, a resistência ao aquecimento e a resistência à corrosão, a camada metálica de apoio pode apresentar pelo menos um desses elementos, sendo que a percentagem individual desses elementos deve ser, no máximo, de 2,5% em peso e a percentagem somada dos elementos empregados deste grupo de, no máximo, 11% em peso, preferivelmente, no máximo, 9,5% em peso, por- que de outra maneira as propriedades exigidas da camada metálica de apoio não poderiam ser alcançadas. Neste contexto deve-se observar que a solu- bilidade desses elementos não pode ser impedida, por exemplo, por um ele- vado teor de zinco, para não prejudicar a configuração da matriz em forma de um bronze-alfa. Relações especialmente favoráveis resultam, em geral, quando a percentagem individual dos elementos empregados do grupo de elementos é de, no máximo, 0,5% em peso, preferivelmente, no máximo, 0,05% em peso.

Para maior redução da propensão à gripagem, a camada metáli-

ca de apoio pode apresentar uma percentagem de bismuto de até 2% em peso, no máximo. Numa percentagem de bismuto inferior a 2% por cento, os valores de resistência exigidos podem ser mantidos. Percentagens de bis- muto mais elevadas, porém, levam a um enfraquecimento da matriz. A me- nor resistência à corrosão leva também a que os ataques de corrosão po- dem ter efeito em faixas de matriz mais baixas. Modo de realizar a invenção Para determinação da resistência à gripagem, um mancai de teste com um diâmetro de 48,Omm1 uma largura de 21,0 mm e uma folga de mancai de 1,4 °/00, a um número de rotações de 5000 r/min e uma taxa de óleo de 1,1 l/min, sob uma pressão de 0,7 bar e a uma temperatura de fluxo de óleo de 120°C, foi solicitado com uma caga estática, que foi aumentada a cada 1,75 min, em etapas, até a gripagem, e a carga de atrito foi medida. Enquanto nas ligas metálicas de mancai livres de chumbo conhecidas à ba- se de cobre, tendo zinco como principal elemento de liga, se alcança, no máximo, um dos valores mínimos requeridos para a resistência média à gri- pagem de, p.ex., 20 MPa para a carga de atrito, e para a resistência à gripa- gem de, p.ex., 150 MPa a 2.106 mudanças de carga, esses valores mínimos podem ser garantidos sem dificuldade, com mancais deslizantes de acordo com a invenção. Assim, com a liga metálica de mancai à base de cobre com 3% em peso de estanho, 1% em peso de zinco e uma percentagem somada de zircônio, titânio e fósforo de 0,08% em peso, como uma percentagem de níquel de 1% em peso e uma percentagem de alumínio de 0,3% em peso, são medidas uma carga de atrito de 24 MPa, e uma resistência à mudança de dobramento de 152 MP. Aumentando a percentagem de estanho para 4% em peso e a percentagem somada de zircônio, titânio e fósforo para 0,09% em peso, então a carga de atrito foi de 24 MP a e a resistência à mudança de dobramento de 154 MPa, sem um acréscimo de níquel e alumínio. Com um aumento adicional de percentagem somada de zircônio, titânio e fósforo para 0,12% em peso e um acréscimo de 0,05% em peso de cobalto e 0,05% em peso de magnésio, a carga de atrito pode ser aumentada para 28 MPa e a resistência à mudança de dobramento para 164 Mpa. Numa camada metá- lica de apoio à base de cobre, com 4% em peso de estanho, 1% em peso de zinco e uma percentagem somada de zircônio, titânio e fósforo de 0,11% em peso, numa aplicação à concha de apoio de aço, através de chapeamento por laminação, constatou-se uma carga de atrito de 26 MPa e uma resistên- cia à mudança de dobramento de 163 MPa. Com a mesma liga metálica de mancai, porém acrescentada, pode-se alcançar uma carga de atrito de 24 MPa e uma resistência à mudança de dobramento de 165 MPa. Com uma elevação adicional dessa percentagem de estanho, aumentam também os valores para a carga de atrito e a resistência à mudança de dobramento. Com uma percentagem de estanho de 5% em peso, com uma percentagem de zinco inalterada de 1% em peso e uma percentagem somada de zircônio, titânio e fósforo de 0,10% em peso, a uma percentagem adicional de ferro de 0,2% em peso e de manganês de 0,1% em peso, alcançou-se uma carga de atrito de 34 MPa e uma resistência à mudança de dobramento de 168 MPa. Sem esses elementos adicionais ferro e manganês, a carga de atrito foi de MPa e a resistência à mudança de dobramento de 163 MPa. Uma maior elevação da percentagem de estanho para 8% em peso e da percentagem somada de zircônio, titânio e fósforo para 0,17% em peso, com uma percen- tagem de zinco inalterada e uma percentagem adicional de 0,2% em peso de manganês, 0,1% de cobalto e 1% em peso de níquel, resultarem uma carga de atrito de 37 MPa e uma resistência à mudança de dobramento de 173 MPa.

Claims

1. Mancai deslizante com uma concha de apoio de aço e com uma camada metálica de apoio livre de chumbo à base de cobre, aplicada dobre a concha de apoio, tendo estanho e zinco como principais elementos de liga, caracterizado pelo fato de que a camada metálica de apoio apresen- ta uma percentagem de estanho de 2,5% a 11% em peso, uma percentagem de zinco de 0,5 a 5% em peso, uma percentagem de zircônio e titânio juntos de pelo menos 0,1% em peso e uma percentagem de fósforo de pelo menos 0,03% em peso, sendo que a soma das percentagens de zircônio, titânio e fósforo é de, no máximo, 025% em peso, e a soma das percentagens de estanho e zinco fica entre 3 e 13% em peso.

2. Mancai deslizante de acordo com a reivindicação 1, caracteri- zado pelo fato de que a percentagem de fósforo é limitada para cima com0,08% em peso.

3. Mancai de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a camada metálica de apoio apresenta pelo menos um ele- mento adicional de um grupo de elementos que abrange níquel, manganês, alumínio, prata, ferro, arsênio, antimônio, magnésio e cobalto, sendo que a percentagem individual desses elementos é de, no máximo 2,5% em peso, e a percentagem somada dos elementos empregados deste grupo é de, no máximo, 11% em peso, preferivelmente, no máximo, 9,5% em peso.

4. Mancai deslizante de acordo com a reivindicação 3, caracteri- zado pelo fato de que a percentagem individual dos elementos empregados do grupo de elementos é de, no máximo, 0,5% em peso, preferivelmente, no máximo, 0,05% em peso.

5. Mancai deslizante de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a camada metálica de apoio apresenta uma percentagem de bismuto de até, no máximo, 2% em peso.