ES2297598T3 - Utilizacion de una aleacion de cobre baja en migracion y piezas de esta aleacion. - Google Patents
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Abstract
Un uso de una aleación de cobre para la producción de componentes para conducciones de gas o agua transportadoras de medios, particularmente conducciones de agua potable y accesorios y griferías de la misma, donde la aleación de cobre comprende, en porcentaje en peso: 2,8 <_ Si <_ 4; 1 <_ Zn <_ 15; 0,05 <_ Mn <_ 2; y 80 <_ Cu <_ 96,95 comprendiendo opcionalmente adicionalmente; 0,05 <_ Al <_ 0,4; 0,05 <_ Sn <_ 2; y contaminaciones inevitables.
Description
Utilización de una aleación de cobre baja en
migración y piezas de esta aleación.
Aleación de cobre baja en migración.
La presente invención se refiere a uso de una
aleación de cobre baja en migración para la producción de
componentes para instalación gas y sanitaria, especialmente para
componentes que se usan en la instalación de agua potable y que se
ponen directamente en contacto con el agua potable conducida en los
componentes, por norma tuberías, accesorios y griferías, y
componentes se componen de tal aleación de cobre.
Las materias primas para la producción de
componentes para la instalación de gas y de agua están sometidas a
requerimientos particulares, que se plantean particularmente a
conducciones que conducen agua potable y sus componentes. En este
punto se tiene que mencionar en primer lugar la resistencia a
corrosión de los componentes, ya que los componentes utilizados no
deben corroerse incluso con durante un uso a lo largo de varios
años. Por lo demás se plantean requerimientos particulares a la
capacidad de producción y la procesabilidad, donde las aleaciones
no solamente se deben poder fundir de sencilla y económica, sino que
por lo demás también existe el requerimiento de que los componentes
fundidos se puedan procesar de forma sencilla mecánicamente. Se
tiene que tener en cuenta particularmente una buena propiedad de
virutaje. Finalmente, los componentes producidos a partir de la
aleación de cobre también tienen que resistir los esfuerzos
mecánicos requeridos para el ámbito de aplicación. De este modo,
por norma, en aleaciones de
cobre-estaño-cinc se considera un
requisito una resistencia a tracción de más de 180 N/mm^{2} con
un umbral de dilatación del 0,2% de 85 N/mm^{2}. En bronces
(aleaciones de cobre-estaño), la resistencia a la
tracción se debe situar en 240 N/mm^{2} y el umbral de dilatación
es de 0,2% en 130 N/mm^{2} y más.
Adicionalmente, el comportamiento de las
materias primas con respecto a la emisión de iones de los
componentes de la aleación de las materias primas o de los
productos de reacción con componentes del agua es de interés
particular. Se tienen que respetar, para la protección de los
usuarios, límites muy estrechos con respecto a la emisión permitida
de iones metálicos de los componentes al agua potable.
Además de otras aleaciones, actualmente también
se emplean aleaciones de metal no ferroso de elevado contenido en
cobre como bronce o bronce industrial para la producción de los
componentes que transportan medios para conducciones de gas y de
agua. Con respecto a una buena procesabilidad a máquina, a estas
aleaciones de metal no ferroso se añaden ciertas cantidades de
plomo. Para aumentar la resistencia a corrosión y la rigidez se
prefiere la adición de níquel.
En la DIN EN de 1982 se resumen representantes
habituales de aleaciones de fundición de bronce. En este documento
se menciona a modo de ejemplo la aleación de bronce industrial
CuSn5Zn5Pb5 con respectivamente del 4 al 6% de estaño, cinc y plomo
con un contenido de hasta el 2,0% en peso de níquel y hasta el 0,1%
en peso de fósforo y añadidos de hasta el 0,3% en peso de hierro y
hasta el 0,25% de antimonio. Esta materia prima se caracteriza por
una buena capacidad de fundición y resistencia a la corrosión
incluso con respecto a agua de mar. Con respecto a la emisión de
iones metálicos al agua, este material, mientras tanto, con el
trasfondo de los valores umbral esperables en un futuro se tiene
que considerar como no satisfactorio. Se critica particularmente la
elevada emisión de plomo de CuSn5Zn5Pb5.
A partir del documento EP-1 045
041 ya se conoce una aleación de cobre sin plomo, que debe presentar
una propiedad de virutaje satisfactoria y que comprende hasta el
79% en peso de cobre, entre el 2 y el 4% en peso de silicio y el
resto como cinc. Esta aleación se considera especialmente para la
producción de griferías, accesorios y piezas similares para
sistemas de tuberías transportadoras de agua. La aleación no se
comporta como el bronce industrial desde el punto de vista de la
resistencia a corrosión, y como consecuencia, no lo puede
sustituir.
El documento GB-1 443 090
describe una aleación de cobre mejorada con respecto a la
eliminación de cinc con entre un 80 y un 90% en peso de cobre,
entre un 6,3 y un 17,5% en peso de cinc y entre un 2,8 y un 4,75% en
peso de silicio como componentes esenciales de la aleación con
entre un 0,03 y un 0,05% en peso de arsénico. Para mejorar las
características de corrosión, de acuerdo con la propuesta de
solución del documento GB-1 443 090, se propone un
tratamiento térmico de las partes fundidas. Durante ese tratamiento
térmico, las piezas fundidas se recuecen a temperaturas entre 600ºC
y 750ºC a lo largo de 5 a 10 días y a continuación se enfrían
bruscamente. Este tratamiento térmico se realiza con el objetivo de
obtener la fase \alpha y \xi preferible con respecto a la
corrosión. Por el enfriamiento brusco se debe evitar particularmente
la formación de fases cuya resistencia a la corrosión es reducida,
es decir, la fase \mu y \chi.
A partir del documento GB-1 385
411 se conoce una aleación de cobre que tienen hasta el 10% en peso
de aluminio y hasta el 5% en peso de hierro y que se usa para la
producción de componentes transportadores de agua de instalaciones
de agua. Esta aleación muestra un comportamiento de corrosión
insuficiente y particularmente una migración demasiado elevada de
iones metálicos al agua.
La presente invención tiene el problema de
indicar una aleación de cobre mejorada con respecto al
comportamiento de migración que sea particularmente adecuada para
la producción de conducciones transportadoras de medios de gas o de
agua y sus piezas y que tenga una buena resistencia a la corrosión
con respecto a los medios, una buena rigidez y una buena
procesabilidad y capacidad de fundición. En la procesabilidad son
particularmente importantes las características de virutaje de la
aleación de cobre. Por lo demás, la invención quiere indicar
componentes correspondientes transportadores de medios,
particularmente accesorios o griferías, y un uso ventajoso de la
aleación de cobre de acuerdo con la invención.
Con respecto al aspecto referido al material de
la presente invención se propone el uso de una aleación de cobre
con las características de la reivindicación 1. Esta aleación de
cobre comprende entre el 2 y el 4,5% en peso de silicio, entre el 1
y el 15% en peso de cinc y entre el 0,05 y el 2% en peso de
manganeso. Además de estos elementos necesarios, la aleación de
cobre puede contener entre el 0,05 y el 0,4% en peso de aluminio
y/o entre 0,05 y el 2% en peso de estaño. Como resto en la aleación
están contenidos cobre y contaminaciones inevitables. Esas
contaminaciones están limitadas preferiblemente a una parte del 0,5%
en peso. Particularmente preferiblemente, el límite superior para
las contaminaciones se sitúa en el 0,25%. Este límite superior se
aplica particularmente a la parte acumulativa de níquel y plomo en
aleación, lo que se ha demostrado como una medida particularmente
eficaz para disminuir la migración de plomo o níquel. Desde este
punto de vista, la aleación está preferiblemente libre de plomo y/o
níquel. Como aleación sin plomo se considera una aleación en la que
la parte de plomo comprende menos del 0,25%. Como aleación sin
níquel se considera una aleación en la que la parte de níquel
comprende menos del 0,15%.
Se ha demostrado que con una aleación de cobre
como se indica en la reivindicación 1, se puede responder de la
mejor forma posible los requerimientos que se plantean a las
conducciones de agua o de gas transportadora de medios. De este
modo, la aleación muestra un buen comportamiento de fundición. Los
componentes producidos por fundición se pueden procesar bien con
desprendimiento de virutas. Los ensayos en piezas de muestra han
demostrado que la rigidez se corresponde a los requerimientos que se
tienen que plantear. Por lo demás, la resistencia a la corrosión de
la aleación es alta.
En ensayos prácticos se pudo confirmar que los
componentes de los que se trata para conducciones que transportan
medios se pueden fabricar sin más con los métodos de fundición
habituales, a modo de ejemplo, en el método de fundición en arena,
en coquilla, centrifugada o de extrusión. Con respecto a las
condiciones de enfriamiento de la colada no se aplican
requerimientos particulares. La pieza de fundición obtenida de esta
forma se puede procesar con buen desprendimiento de virutas. Para
disminuir la tendencia a la migración de la pieza de fundición, la
misma se puede someter preferiblemente a un tratamiento térmico
antes de un procesamiento con desprendimiento de virutas. La pieza
de fundición se recuece preferiblemente entre 400ºC y 800ºC durante
al menos media hora. Preferiblemente, el tratamiento térmico se
produce en un intervalo de temperaturas entre 600ºC y 700ºC. El
tiempo de recocido puede ser aleatoriamente largo. Con respecto a
las condiciones límite económicas el mismo se fija entre 2 y 16
horas. En este tiempo de recocido no se incluye la fase de
calentamiento.
El recocido se produce particularmente con el
objetivo de ajustar la fase \alpha en el componente fundido, que
posibilite de acuerdo con la actual concepción de los inventores la
combinación que se quiere obtener de diferentes características.
Sin embargo, se hace referencia a que ya la parte principal de los
elementos necesarios de la aleación cobre, cinc y silicio
solidifica durante un enfriamiento natural de la colada sin
tratamiento térmico separado en forma de cristales mixtos
\alpha.
Una adición de silicio en el interior del
intervalo indicado favorece adicionalmente el virutaje durante el
procesamiento. Sin embargo, con un contenido de silicio creciente
también aumenta el desgaste de la herramienta durante el
procesamiento con desprendimiento de virutas de componentes
producidos a partir de la aleación. De forma correspondiente, el
límite superior para el contenido de silicio se fija finalmente
también desde el punto de vista de la procesabilidad mecánica de la
aleación al 4,5% en peso.
Desde el punto de vista de la resistencia a la
corrosión requerida, en la aleación de cobre el contenido de cinc
se limita al 15% en peso. Por el contrario, un contenido mínimo del
1% en peso de cinc garantiza una medida mínima de propiedad de
virutaje.
A la aleación se añade manganeso en los límites
del 0,05 al 2% para mejorar la estructura de la unión. El manganeso
refina la unión el influye sobre el comportamiento de solidificación
de la aleación de cobre de forma positiva. Sin embargo, el
contenido en manganeso está limitado teniendo en cuenta la tendencia
a la migración del manganeso al 2% en peso.
Con una limitación de la suma de las
contaminaciones a un máximo del 0,5% en peso, el contenido de
componentes que posiblemente pueden migrar al agua potable se
limita a un mínimo seleccionado incluso bajo puntos de vista
económicos. Con un valor límite superior todavía más limitado para
las contaminaciones inevitables del 0,25% en peso se puede
conseguir una mayor seguridad contra migración, sin embargo, se
producen cargas en los costes de producción.
Preferiblemente, la aleación contiene entre el 5
y el 15% en peso de cinc. En este intervalo delimitado se puede
conseguir la mejor combinación posible de resistencia a corrosión y
propiedad de virutaje.
Para optimizar la resistencia con
características de dilatación suficientes del material en
combinación con buenos valores de migración, el contenido en
silicio se fija entre el 2,8% en peso y el 4% en peso.
Para disminuir adicionalmente la tendencia a la
migración del manganeso se fija su contenido preferiblemente del
0,2 al 06% en peso. La aleación no contiene, por los mismos motivos,
preferiblemente nada de níquel o plomo. El contenido en cobre en la
aleación debe comprender al menos un 80 y como máximo un 96,95% en
peso.
De acuerdo con un aspecto de la presente
invención se propone el uso de la aleación de cobre para la
producción de componentes para conducciones de gas o de agua
transportadoras de medios. Entre los mismos se tienen que entender
particularmente tales componentes que forman conducciones de agua
potable, como particularmente accesorios y griferías y partes de
los mismos. Y no por último, debido a las buenas características de
sujeción-dilatación de la aleación de cobre, se
debe producir preferiblemente una junta de compresión a partir de la
aleación de cobre de acuerdo con la invención. Las juntas de
compresión se pueden configurar como componentes separados o
proporcionarse con unión de materiales o con arrastre de forma en el
accesorio o en la grifería. Las juntas de compresión también se
pueden realizar como componentes integrales durante la fundición de
la grifería o del accesorio a partir de la aleación de cobre. La
aleación de fundición es particularmente adecuada para la
producción de un elemento de un dispositivo de junta de compresión,
como se conoce, a modo de ejemplo, a partir del documento EP 0 343
395 o del documento DE 10 2004 031 247.
La presente invención se ilustrará a
continuación mediante un ejemplo de realización junto con el dibujo.
El dibujo muestra:
En la Fig. 1, un diagrama con una comparación de
la migración de plomo de un ejemplo de realización de la aleación
de cobre frente a otra aleación de bronce industrial
convencional;
En la Fig. 2, un diagrama con una comparación de
la migración de níquel de un ejemplo de realización de la aleación
de cobre frente a otra aleación de bronce industrial
convencional;
En la Fig. 3, un diagrama con una comparación de
la migración de cobre de un ejemplo de realización de la aleación de
cobre frente a una aleación de bronce industrial convencional;
En la Fig. 4, un diagrama con una comparación de
la migración de cinc de un ejemplo de realización de la aleación de
cobre frente a otra aleación de bronce industrial convencional.
Las Figs. 1 a 4 muestran la evolución temporal
de la emisión de determinados iones metálicos en un dispositivo de
medición de acuerdo con la DIN 50931-1 a lo largo de
un tiempo de, en total, 26 semanas. La DIN fija la disposición de
ensayo y las condiciones de ensayo, con cuya ayuda se puede
determinar la probabilidad de corrosión de materias primas para
componentes metálicos de una instalación de agua potable al
someterla a corrosión en agua potable.
Se representa respectivamente la evolución
temporal durante el uso de un ejemplo de realización de una aleación
de cobre con la siguiente composición:
- Si: 3,54% en peso;
- Zn: 1,6% en peso;
- Mn: 0,5% en peso;
contaminaciones inevitables sumadas: máximo un
0,5% en peso;
y como resto, cobre.
Los resultados se comparan en las respectivas
representaciones de las Figs. 1 a 4 con los valores de la medición
que se pueden conseguir con una aleación de bronce industrial
convencional en las mismas condiciones de ensayo. La aleación de
bronce industrial tiene la siguiente composición:
- Zn: 5,5% en peso
- Sn: 4,5% en peso
- Pb: 3,0% en peso
- Ni: 0,5% en peso.
Resto: cobre y contaminaciones inevitables.
Los resultados de medición con el ejemplo de
realización de la aleación de cobre se indican con A. La medición
comparativa con la aleación de bronce industrial con B.
Además de la comparación que se ha mencionado
anteriormente, las Figuras 1 a 3 también contienen un valor límite
de acuerdo con la normativa alemana de agua potable (TrinkwV) para
la emisión de determinado iones al agua y el valor de parámetro
W(15) que se tiene que mantener en los ensayos de migración.
Este valor de parámetro W(15) se tiene que mantener cuando
se quiere evitar sobrepasar el valor de la normativa de agua
potable al usar el componente ensayado. El valor del parámetro
W(15) se obtiene a partir del valor del producto del valor
límite de acuerdo con la normativa de agua potable y la proporción
de los factores de forma A y B. El factor de forma A se obtiene, de
acuerdo con la DIN 50931-1, a partir de la relación
de la superficie en contacto con el agua de la materia prima con la
superficie en contacto con el agua de todo el tramo de ensayo. El
factor de forma B es un factor de normalización de acuerdo con la
DIN 50930-6 que tiene en cuenta el tipo de los
componentes.
La Fig. 1 muestra que la cantidad de emisión de
plomo de la aleación de bronce industrial cae desde un valor muy
elevado, mayor 50 \mug/l, en el intervalo de las cuatro primeras
semanas de ensayo de manera prácticamente exponencial hasta un
valor que se ajusta justo por encima del valor límite de la
normativa alemana de agua potable de 10 \mug/l después de 12 a 26
semanas de ensayo. Este evidente exceso al comienzo de los ensayos
se atribuye a que por el procesamiento y la fabricación de la pieza
del ensayo, plomo que ha alcanzado la superficie del componente que
se tiene que ensayar migra al agua potable. Después de las primeras
semanas, el plomo próximo a la superficie ha migrado del cuerpo de
ensayo y la cantidad del plomo emitido permanece aproximadamente
constante.
El ejemplo de realización de acuerdo con A, por
el contrario, no emite prácticamente nada de plomo al agua potable.
Tampoco se puede observar un valor aumentado al comienzo de los
ensayos. Ya que los valores medidos se sitúan en el límite de la
resolución de la analítica de medición, las oscilaciones de los
valores de medición se atribuyen a la precisión de medición de los
aparatos de medición. Esencialmente, el valor de medición para la
emisión de plomo en el ensayo se sitúa claramente por debajo del
valor umbral de la normativa de agua potable de 10 \mug/l.
Lo correspondiente se aplica para la emisión de
níquel representada en la Fig. 2 de las muestras comparadas. La
muestra de comparación de la aleación de bronce industrial muestra
un desarrollo típico en el que la aleación convencional sobrepasa
después de nueve semanas el valor límite de acuerdo con la normativa
alemana de agua potable, para disminuir después de un máximo
aproximadamente en la semana 18 lentamente de nuevo hacia la
dirección del valor límite de la normativa de agua potable. El
aumento de la concentración de níquel en el agua potable por la
aleación de bronce industrial B nos se pudo explicar hasta ahora
exactamente. Sin embargo, el aumento es reproducible. El valor
límite indicado por la normativa de agua potable no se mantiene.
En comparación con esto, la aleación de cobre A
no emite iones de níquel dignos de mención al agua potable. También
en este caso, los valores medidos de aproximadamente 2 \mug/l se
sitúan en el intervalo de la resolución de la analítica usada en
los aparatos de medición.
En la emisión de cobre (Fig. 3) las dos
aleaciones comparadas muestran esencialmente la misma evolución. La
aleación A, sin embargo, adopta respectivamente en el intervalo de
los resultados del ensayo con valor informativo con respecto al
tiempo valores menores para la emisión de cobre en \mug/l. El
máximo para ambas aleaciones se sitúa con el valor de medición
después de 18 semanas de ensayo. Después, la emisión de cobre
disminuye para ambas aleaciones. Los mejores valores de migración
para el elemento cobre frente a bronce industrial convencional se
demuestran por la resistencia a la corrosión mejorada de la aleación
A, y en el principio no eran esperables ya que la aleación A tiene
una mayor parte de cobre que el bronce industrial convencional. Sin
embargo, se ha demostrado que precisamente esta elevada parte de
cobre del 80% y más representa el motivo esencial para el
comportamiento de migración mejorado. Ambas aleaciones, por lo
demás, mantienen incluso en su máximo una distancia suficiente con
respecto al W (valor 15). Teniendo en cuenta la construcción del
ensayo, por lo tanto, se obtienen un mantenimiento de los valores
límites de acuerdo con la normativa de agua potable. Sin embargo,
en la comparación llama la atención que la aleación A se comporta de
manera más adecuada frente a la aleación convencional B con una
magnitud de diferencia de aproximadamente 500 \mug/l,
correspondiente a del 20 al 25% más favorable.
Finalmente, la Fig. 4 muestra la cantidad de
cinc emitida al agua potable por la aleación. Para el cinc no se ha
fijado ningún valor límite de acuerdo con la normativa de agua
potable. La evolución de la emisión de cinc en la aleación de cobre
A se diferencia considerablemente de la evolución correspondiente
para la aleación comparativa B. La migración del ejemplo de
realización A de la aleación de cinc se sitúa en todo momento por
debajo de 100 \mug/l. La aleación convencional B sobrepasa por un
múltiplo este valor.
Los diagramas mostrados en las Figs. 1 a 4
ilustran las ventajas de la aleación de cobre A, particularmente la
influencia del silicio para suprimir la migración de iones metálicos
no deseada al agua potable.
Claims (17)
1. Un uso de una aleación de cobre para la
producción de componentes para conducciones de gas o agua
transportadoras de medios, particularmente conducciones de agua
potable y accesorios y griferías de la misma, donde la aleación de
cobre comprende, en porcentaje en peso:
- 2,8 \leq Si \leq 4;
- 1 \leq Zn \leq 15;
- 0,05 \leq Mn \leq 2; y
- 80 \leq Cu \leq 96,95
comprendiendo opcionalmente adicionalmente;
- 0,05 \leqAl \leq 0,4;
- 0,05 \leq Sn \leq 2;
y contaminaciones inevitables.
2. El uso de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque la aleación de cobre se usa para la
producción de juntas de compresión.
3. El uso de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque la aleación de cobre se usa para la
producción de griferías con conexión de compresión fija.
4. El uso de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque 5% en peso
\leq Zn \leq 15% en peso.
5. El uso de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque 0,2% en peso
\leq Mn \leq 0,6% en peso.
6. El uso de acuerdo con la reivindicación 5,
caracterizado porque las contaminaciones inevitables en total
están contenidas en no más del 0,05% en peso.
7. El uso de acuerdo con la reivindicación 6,
caracterizado porque las contaminaciones inevitables están
contenidas en total en no más del 0,25% en peso.
8. El uso de acuerdo con la reivindicación 6 ó
7, caracterizado porque Ni y/o Pb están contenidos como
contaminaciones inevitables con en total no más del 0,25% en
peso.
9. Componentes para conducciones de gas o de
agua transportadoras de medios, particularmente conducciones de
agua potable y accesorios y griferías de las mismas, compuestos al
menos parcialmente por una aleación de cobre, que comprende, en
porcentaje en peso:
- 2,8 \leq Si \leq 4;
- 1 \leq Zn \leq 15;
- 0,05 \leq Mn \leq 2; y
- 80 \leq Cu \leq 96,95
comprendiendo opcionalmente adicionalmente;
- 0,05 \leqAl \leq 0,4;
- 0,05 \leq Sn \leq 2;
y contaminaciones inevitables.
10. El componente de acuerdo con la
reivindicación 9, caracterizado porque los elementos Cu, Zn,
y Si están presentes en más del 98% en peso en forma de un cristal
mixto \alpha.
11. Los componentes de acuerdo con la
reivindicación 9 ó 10, caracterizados porque los componentes
son juntas de compresión.
12. Los componentes de acuerdo con la
reivindicación 9 a 11, caracterizados porque los componentes
son griferías con conexión de compresión fija.
13. El componente de acuerdo con una de las
reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque 5% en peso
\leq Zn \leq 15% en peso.
14. El componente de acuerdo con una de las
reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque 0,2% en peso
\leq Mn \leq 0,6% en peso.
15. El componente de acuerdo con la
reivindicación 14, caracterizado porque las contaminaciones
inevitables están contenidas en total en no más del 0,05% en
peso.
16. El componente de acuerdo con la
reivindicación 15, caracterizado porque las contaminaciones
inevitables están contenidas en total en no más del 0,25% en
peso.
17. El componente de acuerdo con una de las
reivindicaciones 6 ó 7, caracterizado porque Ni y/o Pb están
contenidos como contaminaciones inevitables con en total no más del
0,25% en peso.
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