ES2820568T3 - Aleación de cobre para colada, para máquinas asíncronas - Google Patents

Aleación de cobre para colada, para máquinas asíncronas Download PDF

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Joachim Riedle
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Abstract

Aleación de cobre con la siguiente composición [en % en peso]: de 0,05 a 0,5 % de Ag, en cada caso de 0,05 a 0,5 % de al menos dos elementos del grupo constituido por Ni, Zn, Sn y Al, el resto Cu e impurezas inevitables, opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.

Description

DESCRIPCIÓN
Aleación de cobre para colada, para máquinas asíncronas
La invención se refiere a aleaciones de cobre para colada y a piezas de construcción conductoras de corriente producidas a partir de las mismas mediante procedimientos de moldeo primario. En particular, la invención se refiere a rotores de jaula de ardilla colados, para máquinas asíncronas.
Ya es conocido, a partir del documento de patente DE 503 187, producir rotores de jaula de ardilla para máquinas asíncronas mediante colada simultánea de las barras de rotor y los anillos de cortocircuito. Así, las barras de rotor y los anillos de cortocircuito están configurados como componente en una pieza, cuyo material se halla en el estado colado. Como posibles métodos de colada se mencionan, por ejemplo, la colada a presión en el documento DE 43 29 679 C2, la colada en molde completa, o colada a la espuma perdida, en el documento US 7.337.526 B2 y la colada centrífuga en el documento US 2.304.067. Debido a su elevada conductividad eléctrica, el cobre y las aleaciones de cobre son materiales importantes para la producción de rotores de jaula de ardilla colados. Al hallarse el material en el estado colado, se puede deformar fácilmente. Por lo tanto, adquiere gran importancia el incremento de la solidez del material de cobre mediante elementos de aleación. Por otra parte, es deseable que los elementos de aleación reduzcan solo escasamente la conductividad eléctrica. Además, el material debe presentar una buena colabilidad. Como componentes de aleación se utilizan a menudo circonio y/o cromo. En el documento JP 56010059 A se propone, para el procedimiento de colada a presión, una aleación de cobre que contiene cinc, cromo, circonio y titanio.
Se conocen otras aleaciones de cobre para rotores de jaula de ardilla en relación con métodos de producción en los cuales no se cuela en una pieza el rotor de jaula de ardilla, sino que se ensambla a partir de componentes individuales. En este caso, las barras conductoras y/o los anillos de cortocircuito se producen mediante procedimientos de la técnica de conformado. Así, por ejemplo, en el documento GB 949.570 se propone para piezas conductoras de corriente una aleación de cobre conformada en frío y tratada con calor que contiene entre 0,1 % y 0,25 % de circonio. En el documento JP 58006950 A se propone una aleación de cobre que contiene hierro, cinc y opcionalmente estaño y fósforo. El rotor de jaula de ardilla preparado con esta aleación se fabrica a partir de una banda laminada en caliente. En el documento DE 100 14643 C2 se proponen para los anillos de cortocircuito las aleaciones CuCrZr y CuNi, pudiendo este última ser complementada con otros elementos tales como silicio, por ejemplo, para conseguir mediante endurecimiento por precipitación una mayor solidez. En el documento DE 102009 018 951 A1 se proponen rotores de jaula de ardilla en los cuales los anillos de cortocircuito se componen de una aleación de cobre y plata. Del documento DE 3324687 A1 se infiere la propuesta de fabricar las barras conductoras a base de una aleación de cobre y plata. En el mismo documento se propone también, como alternativa, una aleación de cobre y cinc. El documento EP 0652 624 A1 describe una construcción de las barras conductoras en varias piezas. Para la parte externa en la dirección radial, con forma de cuña, se proponen diversas aleaciones de cobre, cuya conductividad se caracteriza por ser al menos 20 % del IACS. El experto en la materia no puede inferir del documento ninguna indicación acerca de la colabilidad de las aleaciones.
El documento JP 2011 027280 A describe una aleación de cobre con 0,1 a 2 % en peso de aluminio, estaño desde 0,1 % en peso hasta el contenido de aluminio, cinc desde 0,05 % en peso hasta el contenido de aluminio y fósforo desde 0,001 hasta 0,1 % en peso. A partir de la aleación se producen tubos para intercambiador de calor.
Los materiales de cobre elaborados mediante procedimientos de la técnica de conformado se caracterizan por una solidez mayor que los materiales de cobre en el estado colado. Ahora bien, el experto en la materia tampoco puede inferir del estado de la técnica antes mencionado ninguna indicación acerca de qué aleación de cobre presenta, también en el estado colado, una combinación ventajosa de propiedades en cuanto a conductividad eléctrica y solidez.
Por lo tanto, la invención se basa en la misión de proporcionar aleaciones de cobre para colada mejoradas en cuanto a solidez, conductividad y colabilidad, así como piezas de construcción conductoras de corriente mejoradas en cuanto a solidez y conductividad. En particular, la invención debe proporcionar rotores de jaula de ardilla colados en una pieza, mejorados, para máquinas asíncronas. Así, la elección de los elementos de aleación debe realizarse teniendo en cuenta también los efectos sobre la salud y el medio ambiente. En particular, se deben evitar plomo y cadmio.
La invención queda reflejada por las características de la reivindicación 1 en lo referente a una aleación de cobre, por las características de la reivindicación 10 y, como alternativa, la reivindicación 12 en lo referente a una pieza de construcción, y por las características de la reivindicación 11 y, como alternativa, la reivindicación 13 en lo referente a un rotor de jaula de ardilla. Las demás reivindicaciones relacionadas con estas se refieren a diseños y desarrollos ventajosos de la invención.
La invención incluye aleaciones de cobre con la siguiente composición en % en peso:
de 0,05 a 0,5 % de Ag, en cada caso de 0,05 a 0,5 % de al menos dos elementos del grupo constituido por Ni, Zn, Sn y Al,
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. La invención parte de la consideración de que la solidez de los metales aumenta por la incorporación de átomos extraños. Este efecto es particularmente interesante en el caso de aleaciones coladas, ya que de esta manera se pueden lograr altos valores de solidez sin pasos adicionales de conformado. Los elementos Al, Sn, Ni y Zn presentan un efecto particularmente elevado sobre el reforzamiento por cristales mixtos en el cobre. Si la solidez del cobre puro debe incrementarse mediante el reforzamiento por cristales mixtos, la adición de Al y Sn es particularmente valiosa. También es conocido que la adición de elementos de aleación empeora básicamente la conductividad eléctrica y térmica del cobre puro. Sin embargo, en el ámbito de la formación de cristales mixtos, la conductividad del cobre se ve influenciada relativamente poco por los elementos Zn, Ag, Ni, Sn y Al. Si se quiere menoscabar lo menos posible la conductividad eléctrica del cobre, la adición de Zn y Ag resulta particularmente valiosa. Mediante una elección adecuada de al menos tres elementos del grupo constituido por los elementos Ag, Ni, Zn, Sn y Al se puede encontrar un material para colada que posea una combinación particularmente ventajosa de solidez y conductividad. El contenido de los elementos individuales debe situarse en este caso como mínimo en 0,05 % en peso y como máximo en 0,5 % en peso. Con contenidos de elemento inferiores a 0,05 % en peso el efecto de los elementos de aleación es demasiado pequeño. Incluso en el caso de menos de cinco elementos de aleación la suma de los contenidos de elemento puede ascender, preferiblemente, al menos a 0,25 % en peso. Con contenidos de elemento superiores a 0,5 % en peso se puede producir una separación indeseada de la aleación, o también segregaciones. Preferiblemente, para evitar de forma segura tales efectos el contenido de los elementos individuales puede ascender, como máximo, a 0,3 % en peso. La aportación de tres o más elementos a la aleación da lugar a una aleación cuyo intervalo de fusión es mayor que el intervalo de fusión de aleaciones con menos elementos. Esto actúa de manera ventajosa sobre la colabilidad del material. Preferiblemente, la aleación de cobre contiene el elemento Sn. Con ello resultan propiedades especialmente ventajosas. La aleación de cobre contiene el elemento Ag. Con ello resultan propiedades particularmente ventajosas en cuanto a la conductividad eléctrica. Opcionalmente se pueden añadir a la aleación de 0,01 a 0,2 % en peso de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Estos elementos provocan un afinamiento del grano de la estructura colada y de este modo incrementan la solidez del material colado. También pueden reducir la absorción de gas, a través de la desoxidación de la masa fundida. Para evitar interacciones indeseadas entre los elementos, se puede limitar la suma de los contenidos de los elementos Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb a 0,5 % en peso, como máximo. Como alternativa, se puede limitar el contenido de los elementos individuales a 0,07 % en peso, como máximo.
Preferiblemente, la aleación de cobre puede tener la siguiente composición en % en peso:
de 0,05 a 0,5 % de Ag, en cada caso de 0,05 a 0,5 % de dos elementos del grupo constituido por Ni, Zn, Sn y Al,
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. La adición de exactamente tres elementos de aleación del grupo constituido por los elementos Ag, Ni, Zn, Sn y Al permite una variación suficiente de los parámetros a fin de encontrar un material para colada que posea una combinación particularmente ventajosa de solidez y conductividad. En el caso de exactamente tres elementos de aleación, la aleación se puede preparar de manera fácilmente controlable. La aleación de cobre contiene el elemento Ag. Con ello se obtienen propiedades particularmente ventajosas en cuanto a conductividad eléctrica. Los otros dos elementos de aleación deben elegirse entonces del grupo constituido por los elementos Ni, Zn, Sn y Al. Las siguientes combinaciones de elementos de aleación se han revelado particularmente atractivas:
a) aleación de cobre con, en cada caso, 0,05 - 0,5 % en peso de Ag, Ni, Zn
b) aleación de cobre con, en cada caso, 0,05 - 0,5 % en peso de Ag, Sn, Ni
c) aleación de cobre con, en cada caso, 0,05 - 0,5 % en peso de Ag, Zn, Al. La proporción de Ag se sitúa aquí, preferiblemente, en 0,15 % en peso como máximo.
Sorprendentemente, la siguiente combinación de elementos también proporciona una aleación con propiedades ventajosas:
d) aleación de cobre con, en cada caso, 0,05 - 0,5 % en peso de Sn, Zn, Al.
A las aleaciones identificadas con a), b), c) y d) en lo que antecede se les puede agregar opcionalmente de 0,01 a 0,2 % en peso de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
Preferiblemente, la aleación de cobre puede tener la siguiente composición en % en peso:
de 0,06 a 0,3 % de Ag, en cada caso de 0,06 a 0,3 % de dos elementos del grupo constituido por Ni, Zn, Sn y Al,
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % en peso de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
En cuanto a los elementos del grupo constituido por Ag, Ni, Zn, Sn y Al, el aumento de solidez no siempre es suficiente en el caso de contenidos inferiores a 0,06 % en peso. Con contenidos de elemento superiores a 0,3 % en peso, la conductividad eléctrica puede reducirse demasiado, por ejemplo por debajo de 70 % del IACS. Preferiblemente, la suma de las proporciones de los elementos del grupo constituido por Ag, Ni, Zn, Sn y Al asciende a 0,20 % en peso como mínimo y 0,75 % en peso como máximo. Con ello se originan aleaciones con combinaciones de propiedades particularmente ventajosas en cuanto a solidez y conductividad eléctrica en el estado colado. De manera especialmente preferida, por razones de coste el contenido de Ag se sitúa como máximo en 0,15 % en peso. De manera especialmente preferida, la aleación de cobre puede tener la siguiente composición en % en peso: de 0,06 a 0,15 % de Ag, en cada caso de 0,06 a 0,15 % de dos elementos del grupo constituido por Ni, Zn, Sn y Al,
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Por lo que se refiere a los elementos del grupo constituido por Ag, Ni, Zn, Sn y Al, si los contenidos son inferiores a 0,06 % en peso el incremento de la solidez no es siempre suficiente. Con contenidos de elemento superiores a 0,15 % en peso, la conductividad eléctrica puede reducirse demasiado, por ejemplo por debajo de 75 % del IACS. Preferiblemente, la suma de las proporciones de los elementos del grupo constituido por Ag, Ni, Zn, Sn y Al asciende a 0,20 % en peso como mínimo y a 0,35 % en peso como máximo. En la aleación de cobre según la invención, las proporciones de los elementos de aleación se pueden elegir preferiblemente de manera que la relación de las proporciones en peso de dos elementos de aleación cualesquiera del grupo constituido por Ag, Ni, Zn, Sn y Al valga como máximo 1,5. El elemento con mayor presencia de entre los dos elementos de aleación forma en este caso el numerador del cociente a calcular. De manera particularmente preferida, esta relación en peso vale como máximo 1,3. Ha demostrado ser ventajoso en cuanto a la solidez y conductividad en el estado colado, que los elementos que se elijan del grupo constituido por Ag, Ni, Zn, Sn y Al para la aleación respectiva sean añadidos a la aleación en proporciones en peso aproximadamente iguales.
En una realización preferida de la invención, la aleación de cobre puede tener la siguiente composición en % en peso:
Ag: de 0,06 a 0,5 %
Ni: de 0,06 a 0,5 %
Zn: de 0,06 a 0,5 %
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Tal aleación presenta una conductividad eléctrica de al menos 68 % del IACS y puede superar la solidez del cobre puro hasta en 35 %.
En una realización particularmente preferida de la invención, la aleación de cobre puede tener la siguiente composición en % en peso:
Ag: de 0,06 a 0,15 %
Ni: de 0,06 a 0,15 %
Zn: de 0,06 a 0,15 %
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Tal aleación, con aproximadamente 90 % del IACS, presenta una conductividad eléctrica que es aproximadamente igual a la de una aleación de cobre que contiene 1 % en peso de Ag (CuAg1). El incremento de la solidez en comparación con el cobre puro asciende en el estado colado a aproximadamente 20 %. Así pues, una aleación semejante posee una combinación de propiedades muy ventajosa. El incremento relativo de la solidez es mayor que la disminución relativa de conductividad. Debido a las bajas proporciones de aleación, la aleación se sitúa al nivel de coste de las aleaciones de cobre usuales en el comercio.
En otra realización ventajosa de la invención, la aleación de cobre puede tener la siguiente composición en % en peso:
Ag: de 0,06 a 0,15 %
Sn: de 0,06 a 0,15 %
Ni: de 0,06 a 0,15 %
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Tal aleación presenta una conductividad eléctrica de aproximadamente 85 % del IACS. El incremento de la solidez en comparación con el cobre puro asciende en el estado colado a aproximadamente 20 %. Así pues, una aleación semejante posee una combinación de propiedades muy ventajosa. El incremento relativo de la solidez es mayor que la disminución relativa de la conductividad. Debido a las bajas proporciones de aleación, la aleación se sitúa al nivel de coste de las aleaciones de cobre usuales en el comercio.
En otra realización ventajosa de la invención, la aleación de cobre puede tener la siguiente composición en % en peso:
Ag: de 0,06 a 0,15 %
Zn: de 0,06 a 0,15 %
Al: de 0,06 a 0,15 %
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Tal aleación presenta una conductividad eléctrica de aproximadamente 85 % del IACS. El incremento de la solidez en comparación con el cobre puro asciende en el estado colado a aproximadamente 10 %. Debido a los elementos Zn y Al, esta aleación constituye una alternativa económica.
Otra aleación de cobre ventajosa puede tener la siguiente composición en % en peso:
Sn: de 0,06 a 0,15 %
Zn: de 0,06 a 0,15 %
Al: de 0,06 a 0,15 %
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Tal aleación presenta una conductividad eléctrica de aproximadamente 80 % del IACS. El incremento de la solidez en comparación con el cobre puro asciende en el estado colado a aproximadamente 10 %. Dado que esta aleación no contiene plata, constituye una alternativa particularmente económica.
Otro aspecto de la invención se refiere a piezas de construcción conductoras de corriente a base de aleaciones de cobre, donde las piezas de construcción se producen mediante un procedimiento de moldeo primario y donde las aleaciones de cobre tienen la siguiente composición en % en peso: de 0,05 a 0,5 % de Ag, en cada caso de 0,05 a 0,5 % de al menos dos elementos del grupo constituido por Ni, Zn, Sn y Al, el resto Cu e impurezas inevitables, opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Como alternativa, la aleación de cobre de la pieza de construcción puede tener la siguiente composición en % en peso:
Sn: de 0,06 a 0,15 %
Zn: de 0,06 a 0,15 %
Al: de 0,06 a 0,15 %
el resto Cu e impurezas inevitables, opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
Tales piezas de construcción pueden ser, por ejemplo, interruptores, conmutadores, cuerpos rozantes, carriles de corriente, contactos, escobillas, puentes, componentes para dispositivos de conmutación, barras conductoras o anillos de cortocircuito de rotores de jaula de ardilla u otros componentes. Se entienden por procedimientos de moldeo primario los procedimientos de colada tales como, por ejemplo, la colada a presión, la colada de precisión, la colada en molde completa u otros procedimientos. A diferencia de la colada en coquilla, en la cual principalmente se cuela material de partida para fabricar productos semiacabados, en los procedimientos de colada antes mencionados el cuerpo colado ya tiene esencialmente la forma de la pieza de construcción deseada. Se pueden llevar a cabo uno o varios pasos de elaboración adicionales mediante procesos de corte, que modifican mínimamente la forma de la pieza de construcción. Son ejemplos de ello el corte del bebedero o el mecanizado posterior de la superficie de la pieza de construcción. Sin embargo, esto no va seguido de pasos de elaboración de la técnica de conformado mediante los cuales se lleve el material de la pieza de construcción a otro estado. Por consiguiente, la pieza de construcción acabada se encuentra en el estado colado. Debido al reforzamiento por cristales mixtos en el estado colado, las aleaciones de cobre conformes a la invención presentan una solidez mayor que el cobre puro. La conductividad eléctrica se ha reducido relativamente poco en comparación con el cobre puro. Las aleaciones conformes a la invención presentan además una buena colabilidad: muestran solo una pequeña tendencia a absorber gas y se caracterizan por una buena capacidad de llenado del molde. Mediante una elección adecuada de los elementos de aleación y de la composición de la aleación, se puede encontrar una aleación que se adapte a la aplicación respectiva. En particular, el contenido de Ag puede limitarse a 0,15 % en peso. Los costes de metal de las aleaciones conformes a la invención se incrementan como máximo en 15 % con respecto al cobre puro. Las piezas de construcción fabricadas mediante procedimientos de moldeo primario son menos costosas de producir que las piezas de construcción fabricadas a partir de productos semiacabados. En consecuencia, el coste total de las piezas de construcción conformes a la invención puede ser más favorable que el coste total de otras piezas de construcción. La aleación conforme a la invención puede contener opcionalmente de 0,01 a 0,2 % en peso de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Estos elementos provocan un afinamiento del grano de la estructura colada y de este modo incrementan la solidez del material colado. También pueden reducir la absorción de gas, a través de la desoxidación de la masa fundida.
Otro aspecto de la invención se refiere a rotores de jaula de ardilla con varias barras conductoras y dos anillos de cortocircuito, que han sido colados en una pieza a partir de una aleación de cobre. Conforme a la invención, la aleación de cobre tiene la siguiente composición en % en peso: de 0,05 a 0,5 % de Ag, en cada caso de 0,05 a 0,5 % de al menos dos elementos del grupo constituido por Ni, Zn, Sn y Al, el resto Cu e impurezas inevitables, opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Como alternativa, la aleación de cobre del rotor de jaula de ardilla puede tener la siguiente composición en % en peso:
Sn: de 0,06 a 0,15 %
Zn: de 0,06 a 0,15 %
Al: de 0,06 a 0,15 %
el resto Cu e impurezas inevitables, opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
La invención parte de la consideración de colar en una pieza barras conductoras y anillos de cortocircuito de rotores de jaula de ardilla. Pueden ser procedimientos de colada adecuados para ello la colada a presión, la colada de precisión, la colada en molde completa y otros procedimientos. Debido a su elevada conductividad eléctrica, las aleaciones de cobre son muy adecuadas para producir rotores de jaula de ardilla. Dado que las altas velocidades de giro de las máquinas asíncronas provocan grandes fuerzas, en particular sobre las barras conductoras de los rotores de jaula de ardilla, las aleaciones de cobre utilizadas deben tener una elevada solidez ya en el estado colado. Por lo tanto, son especialmente adecuadas aleaciones de cobre que tienen la siguiente composición en % en peso: de 0,05 a 0,5 % de Ag, en cada caso de 0,05 a 0,5 % de al menos dos elementos del grupo constituido por Ni, Zn, Sn y Al, el resto de Cu e impurezas inevitables. Debido al reforzamiento por cristales mixtos en el estado colado, las aleaciones de cobre conformes a la invención presentan una solidez mayor que el cobre puro. La conductividad eléctrica se ha reducido relativamente poco en comparación con el cobre puro. Las aleaciones conformes a la invención presentan además una buena colabilidad: muestran solo una ligera tendencia a absorber gas y se caracterizan por una buena capacidad de llenado del molde. La aleación conforme a la invención puede contener opcionalmente de 0,01 a 0,2 % en peso de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Estos elementos provocan un afinamiento del grano de la estructura colada y de este modo incrementan la solidez del material colado. Mediante una elección adecuada de los elementos de aleación y de la composición de la aleación, se puede encontrar una aleación que se adapte a la aplicación respectiva. En particular, se han revelado ventajosas las siguientes aleaciones:
aleación de cobre con la siguiente composición en % en peso:
Ag: de 0,06 a 0,15 %
Ni: de 0,06 a 0,15 %
Zn: de 0,06 a 0,15 %
el resto Cu e impurezas inevitables;
como alternativa: aleación de cobre con la siguiente composición en % en peso:
Ag: de 0,06 a 0,15 %
Sn: de 0,06 a 0,15 %
Ni: de 0,06 a 0,15 %
el resto Cu e impurezas inevitables;
como alternativa: aleación de cobre con la siguiente composición en % en peso:
Ag: de 0,06 a 0,15 %
Zn: de 0,06 a 0,15 %
Al: de 0,06 a 0,15 %
el resto Cu e impurezas inevitables;
como alternativa: aleación de cobre con la siguiente composición en % en peso:
Sn: de 0,06 a 0,15 %
Zn: de 0,06 a 0,15 %
Al: de 0,06 a 0,15 %
el resto Cu e impurezas inevitables;
A cada una de las aleaciones mencionadas en lo que antecede se les puede añadir opcionalmente de 0,01 a 0,2 % en peso de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. Los costes de metal de las aleaciones conformes a la invención se incrementan como máximo en 15 % con respecto al cobre puro.
La invención se explica con mayor detalle por medio de los siguientes ejemplos de realización.
La Tabla 1 muestra una recopilación de las aleaciones estudiadas. Para cada aleación se indican la composición de la muestra, la resistencia a la tracción Rm determinada en el estado colado y la conductividad eléctrica relativa, expresada por el valor IACS. Los costes de metal, que se calculan a partir de la composición de la aleación, han sido normalizados a los costes de metal del cobre puro (muestra n.° 1).
Figure imgf000008_0001
La muestra n.° 2 es una aleación de referencia que contiene 99 % de cobre y 1 % de plata. Esta aleación tiene propiedades atractivas en cuanto a solidez y conductividad, pero debido a los altos costos de metal, solo se puede emplear de manera económica en casos de aplicación muy especiales.
La muestra n.° 3 es una aleación de cobre con aproximadamente 0,5 % de plata, 0,5 % de níquel y 0,5 % de cinc. Con esta aleación se consigue una solidez que es aproximadamente 35 % superior a la del cobre puro. La conductividad eléctrica se sitúa en 68 % del IACS.
La muestra n.° 4 es una aleación de cobre con aproximadamente 0,1 % de plata, 0,1 % de níquel y 0,1 % de cinc. Con esta aleación se consigue una solidez que es aproximadamente 20 % superior a la del cobre puro. La conductividad eléctrica se sitúa en 91 % del IACS. El incremento relativo de la solidez es, así, claramente mayor que la disminución relativa de la conductividad eléctrica. Esta sorprendente combinación de propiedades de la aleación no es de esperar a partir de las contribuciones individuales de los elementos individuales de la aleación. El incremento relativo de los costes de metal es menor que el incremento relativo de la solidez y, por lo tanto, se puede compensar con una reducción de la sección transversal de las barras conductoras, por ejemplo. Así pues, esta aleación ofrece una combinación muy atractiva de propiedades para su uso en rotores de jaula de ardilla colados, de máquinas asíncronas.
La muestra n.° 5 es una aleación de cobre con aproximadamente 0,1 % de plata, 0,13 % de estaño y 0,1 % de níquel. Con esta aleación se consigue una solidez que es aproximadamente 20 % superior a la del cobre puro. La conductividad eléctrica se sitúa en 84 % del IACS. El incremento relativo de la solidez es, por lo tanto, claramente mayor que la disminución relativa de la conductividad eléctrica. Esta sorprendente combinación de propiedades de la aleación no es de esperar a partir de las contribuciones individuales de los elementos individuales de la aleación. El incremento relativo de los costes de metal es menor que el incremento relativo de la solidez.
La muestra n.° 6 es una aleación de cobre con aproximadamente 0,1 % de plata, 0,1 % de cinc y 0,1 % de aluminio. Con esta aleación se consigue una solidez que es aproximadamente 6 % superior a la del cobre puro. La conductividad eléctrica se sitúa en 84 % del IACS. Debido a los elementos Zn y Al, esta aleación constituye una alternativa económica.
La muestra n.° 7 es una aleación de cobre con aproximadamente 0,1 % de estaño, 0,1 % de cinc y 0,1 % de aluminio. Con esta aleación se consigue una solidez que es aproximadamente 8 % superior a la del cobre puro. La conductividad eléctrica se sitúa en 78 % del IACS. Dado que esta aleación no contiene plata, constituye una alternativa particularmente económica.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Aleación de cobre con la siguiente composición [en % en peso]:
de 0,05 a 0,5 % de Ag,
en cada caso de 0,05 a 0,5 % de al menos dos elementos del grupo constituido por Ni, Zn, Sn y Al,
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. 2. Aleación de cobre según la reivindicación 1 con la siguiente composición [en % en peso]:
en cada caso de 0,05 a 0,5 % de dos elementos del grupo constituido por Ni, Zn, Sn y Al,
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,
2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. 3. Aleación de cobre según la reivindicación 2 con la siguiente composición [en % en peso]:
de 0,06 a 0,3 % de Ag,
en cada caso de 0,06 a 0,
3 % de dos elementos del grupo constituido por Ni, Zn, Sn y Al,
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
4. Aleación de cobre según la reivindicación 3 con la siguiente composición [en % en peso]:
de 0,06 a 0,15 % de Ag,
en cada caso de 0,06 a 0,15 % de dos elementos del grupo constituido por Ni, Zn, Sn y Al,
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb. 5. Aleación de cobre según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que la relación de las proporciones en peso de en cada caso dos elementos de aleación del grupo constituido por Ag, Ni, Zn, Sn y Al vale como máximo 1,
5.
6. Aleación de cobre según una de las reivindicaciones 2 o 5, con la siguiente composición [en % en peso]:
Ag: de 0,06 a 0,5 %
Ni: de 0,06 a 0,5 %
Zn: de 0,06 a 0,5 %
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
7. Aleación de cobre según la reivindicación 6 con la siguiente composición [en % en peso]:
Ag: de 0,06 a 0,15 %
Ni: de 0,06 a 0,15 %
Zn: de 0,06 a 0,15 %
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
8. Aleación de cobre según una de las reivindicaciones 4 o 5, con la siguiente composición [en % en peso]: Ag: de 0,06 a 0,15 %
Sn: de 0,06 a 0,15 %
Ni: de 0,06 a 0,15 %
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
9. Aleación de cobre según una de las reivindicaciones 4 o 5, con la siguiente composición [en % en peso]:
Ag: de 0,06 a 0,15 %
Zn: de 0,06 a 0,15 %
Al: de 0,06 a 0,15 %
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb.
10. Pieza de construcción conductora de corriente a base de una aleación de cobre según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que la pieza de construcción se produce mediante un procedimiento de la técnica de moldeo primario.
11. Rotor de jaula de ardilla a base de una aleación de cobre según una de las reivindicaciones 1 a 9, donde el rotor de jaula de ardilla comprende varias barras conductoras y dos anillos de cortocircuito, caracterizado por que las barras conductoras y los anillos de cortocircuito están colados en una pieza.
12. Pieza de construcción conductora de corriente a base de una aleación de cobre con la siguiente composición [en % en peso]:
Sn: de 0,06 a 0,15 %
Zn: de 0,06 a 0,15 %
Al: de 0,06 a 0,15 %
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb, caracterizada por que la pieza de construcción se produce mediante un procedimiento de la técnica de moldeo primario.
13. Rotor de jaula de ardilla a base de una aleación de cobre con la siguiente composición [en % en peso]:
Sn: de 0,06 a 0,15 %
Zn: de 0,06 a 0,15 %
Al: de 0,06 a 0,15 %
el resto Cu e impurezas inevitables,
opcionalmente de 0,01 a 0,2 % de uno o varios elementos del grupo constituido por Mg, Ti, Zr, B, P, As, Sb, donde el rotor de jaula comprende varias barras conductoras y dos anillos de cortocircuito, caracterizado por que las barras conductoras y los anillos de cortocircuito están colados en una pieza.
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