PT1340564E - Utilização de uma liga de cobre endurecível. - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "UTILIZAÇÃO DE UMA LIGA DE COBRE ENDURECÍVEL" A invenção refere-se à utilização de uma liga de cobre endurecivel como material para a preparação de blocos para os diques laterais de instalações de fundição em cinta. 0 objectivo mundial, em particular da indústria do aço e do cobre, de fundir produtos semi-acabados com dimensões tão próximas quanto possível das dimensões finais de modo a poupar passos de deformação a quente e/ou a frio, conduziu já antes de 1970 ao desenvolvimento das denominadas instalações de fundição em cinta de Hazelett, nas quais a massa fundida metálica solidifica na fenda entre duas cintas conduzidas paralelamente. Os diques laterais na instalação de fundição em cinta conhecida, por exemplo, a partir do documento de patente US 3865176 consistem em blocos de molde ou de diques laterais metálicos com ranhura em T, que estão dispostos em série sobre uma cinta flexível contínua, p. ex., de aço, e que se movimentam em direcção longitudinal sincronizadamente com as cintas de fundição. Os blocos de diques laterais (blocos de diques) limitam neste caso a cavidade do molde de fundição formado pelas cintas de fundição. São além disso conhecidas, a partir do documento EP 0974413 Al, cadeias de diques laterais para instalações de fundição em cinta formadas por blocos com macho e fêmea. A vantagem destes blocos de molde aperfeiçoados com macho e fêmea 1 está no alinhamento e condução mais exacta dos blocos no processo de fundição, conduzindo a uma melhoria da qualidade de superfície do bilete fundido. De modo a impedir um desgaste precoce das arestas laterais dos blocos por deformação plástica e a formação de fissuras, um material adequado tem de apresentar uma elevada dureza e resistência mecânica, uma microestrutura de granulometria fina e uma boa resistência ao amolecimento a longo prazo. De modo a remover o calor de solidificação da massa de fundida metálica líquida é ainda necessária uma condutibilidade térmica elevada do material do bloco de molde.

Por fim, tem uma importância muito decisiva, um comportamento de fadiga óptimo do material, o qual garante que, após a saída do segmento fundido, as tensões térmicas ocorrentes no rearrefecimento dos blocos não conduz ao fissurar dos blocos nos cantos da ranhura em T incorporada para a recepção da fita de aço. Neste caso, em blocos dos diques laterais com a concepção de macho e fêmea, são de esperar tensões térmicas particularmente elevadas devido à geometria e distribuição de massa mais desfavoráveis.

Caso ocorram fissuras deste tipo, provocadas por choque térmico, o bloco de molde afectado cai, logo após pouco tempo, para fora da cadeia de diques laterais da máquina de fundição em cinta, podendo o metal fundido líquido sair incontroladamente da cavidade do molde de fundição e danificar partes da instalação. Para a troca dos blocos de molde danificados toda a instalação de fundição em cinta tem de ser parada e o processo de fundição interrompido.

Para a avaliação da tendência para fissuras, deu provas um método de teste, no qual os blocos de molde são submetidos a um 2 tratamento de calor a 500 °C, durante duas horas, e são depois arrefecidos bruscamente em água a 20 até 25 °C. Num material adequado não podem ocorrer quaisquer fissuras na superfície da ranhura em T, mesmo no caso de várias repetições deste teste de choque térmico.

No documento EP 0346645 BI é descrita uma liga à base de cobre endurecível que consiste em 1,6 até 2,4% em níquel, 0,5 até 0,8% em silício, 0,01 até 0,2% em zircónio, opcionalmente até 0,4% em cromo e/ou até 0,2% em ferro, o resto em cobre, incluindo impurezas devidas à preparação. Esta liga de cobre conhecida satisfaz em princípio os pré-requesitos para um tempo de vida útil elevado, caso esta seja utilizada como material para a preparação de blocos de molde padrão para os diques laterais de instalações de fundição em cinta. Para esta liga de cobre é indicada a seguinte combinação de propriedades:

Rm a 20 °C: Rm a 500 °C: Dureza de Brinell Condutibilidade: 635 até 660 MPa 286 até 372 MPa 185 até 191 HB (corresponde aproximadamente a 195 até 210 HV)

41,4 até 43,4% IACS

No teste de choque térmico não ocorrem quaisquer fissuras. Uma vantagem, face às ligas à base de cobre contendo berílio, consiste na possibilidade de se poder posteriormente lixar manualmente a seco os blocos de molde, uma vez que não está contido qualquer berílio no pó de lixamento. O processamento posterior de blocos dos diques laterais com macho e fêmea empregues é consideravelmente mais trabalhoso e exige, em regra, uma limpeza (molhada) mecânica da ranhura em T e das superfícies de fundição (p. ex. em câmaras fechadas), pelo que a libertação 3 de pós de lixamento é evitada. Um emprego de ligas contendo berilio sob estas condições seria deste modo em principio possivel.

Um bloco de dique lateral à base da liga de CuNiSiZr descrita no documento EP 0346645 BI tende contudo, desvantajosamente, no caso de exigências mecânicas e térmicas muito elevadas, na operação de fundição de uma instalação de fundição em cinta, para o desgaste precoce das arestas laterais e superfícies de fundição. Este desgaste deve ser atribuído - tal como os resultados de análises o mostraram - a um amolecimento do material dos cantos e superfícies de fundição para um valor abaixo de 160 HV. Além disso, a resistência ao choque térmico da liga de CuNiSiZr conhecida, quando utilizada como um bloco de dique lateral com macho e fêmea nem sempre chega para evitar eficazmente uma formação de fissuras na ranhura em T, quando em utilização na fundição.

Os documentos EP 0548636 A e US 4179314 A divulgam outras ligas de Cu e a sua utilização para moldes de fundição.

Pela utilização de acordo com as reivindicações pode garantir-se , por um lado, uma capacidade de endurecimento suficiente do material para a obtenção de uma elevada resistência mecânica, dureza, e condutibilidade. Por outro lado, é necessária apenas uma deformação a frio relativamente reduzida, de 5% até no máximo 30%, de modo a ajustar uma microestrutura de granulometria fina com plasticidade suficiente. Através do decréscimo controlado do teor de zircónio melhoram-se tanto a resistência à fadiga, como também as propriedades de resistência térmica. 4

Com a sequência dos passos processuais indicada na reivindicação 1 consegue-se, para além disso, de modo surpreendentemente simples, eliminar o mau comportamento de recristalização conhecido das ligas de CuCoBe na moldagem a quente e tratamento de recozimento em solução. 0 mau comportamento de recristalização, na produção de blocos de molde de ligas de CuCoBe no estado remoldado a quente, recozido em solução e endurecido, conduz a uma microestrutura de granulometria grosseira não aceitável para a finalidade de utilização, com granulometrias de até mais de 1 mm. Se, entre a remoldagem a quente e o tratamento de recozimento em solução, o material for contudo submetido a uma deformação a frio de 5% até no máximo 30%, de um modo preferido, até no máximo 15%, então este passo processual adicional conduz a uma microestrutura de granulometria consideravelmente mais fina. Séries de ensaios correspondentes confirmaram que os materiais para blocos de molde para os diques laterais de máquinas de fundição em cinta, que são deformados a frio, abaixo da temperatura de recristalização, e subsequentemente recozidos em solução, apresentam uma microestrutura consideravelmente mais fina, com granulometrias abaixo de 0,5 mm, enquanto que graus de moldagem a frio superiores, acima de 40%, por exemplo, conduzem, no recozimento em solução subsequente, a um aumento da granulometria através da recristalização secundária, com granulometrias acima de 1 mm. A invenção é explicada em seguida ainda em maior detalhe com base em exemplos de realização. Em três de exemplos ligas de acordo com a invenção (ligas A, B e C) e três exemplos comparativos (ligas de comparação D, E e F) demonstram-se as vantagens da invenção. A composição das ligas de cobre em pesos percentuais é indicada na tabela 1 seguinte: 5

Tabela 1

Liga Co (%) Ni (%) Be (%) Zr (%) Si (%) Cr (%) Cu (%) A 2,1 - 0,54 0,18 - - o resto B 2,2 - 0,56 0,24 - - o resto C 1,3 1,0 0,48 0,15 - o resto D - 2,0 - 0,16 0, 62 0,34 o resto E 2,1 - 0,55 - - o resto F 1,0 1,1 0, 62 - - - o resto A composição da liga D é uma liga conhecida à base de CuNiSi enquanto que E e F são materiais normalizados de CuCo2Be e CuCoNiBe, respectivamente.

Todas as ligas de cobre foram fundidas num forno de cadinho de indução e fundidos no processo de fundição continua para formar blocos redondos com um diâmetro de 280 mm. Os blocos redondos das ligas dos exemplos A, B e C foram submetidos à extrusão sobre uma prensa de extrusão a uma temperatura superior a 900 °C para formar barras planas com a dimensão de 79 x 59 mm e estirados subsequentemente, com diminuição da secção transversal de 12% até à dimensão 75 x 55 mm. Os blocos das ligas de comparação D, E e F foram submetidos à extrusão, à mesma temperatura, directamente até à dimensão 75 x 55 mm e não foram submetidos a qualquer remoldagem a frio adicional. Os materiais de CuCoBe e CuCoNiBe, respectivamente, foram subsequentemente recozidos em solução a 900 até 950 °C e endurecidos na gama de temperatura entre 450 e 550 °C, durante 0,5 até 16 horas. 6 A liga à base de CuNiSi foi recozida em solução a 800 até 850 °C e endurecida sob as mesmas condições. No estado endurecido, foram determinadas a resistência à tracção Rm, a dureza de Vickers HV10, a condutibilidade eléctrica (como grandeza substituta para a condutibilidade térmica), a granulometria segundo a ASTM E112, a resistência ao calor Rm a 500 °C e a resistência ao amolecimento por via da medição da dureza de Vickers (HV10) , após exposição a 500 °C, após um periodo de 500 horas.

Em blocos de molde (1) da dimensão 70 x 50 x 40 mm e blocos de molde (2) com macho e fêmea da dimensão 70 x 50 x 47 mm foi verificou-se por fim o comportamento de choque térmico. Para este efeito, recozeram-se os blocos de molde em primeiro lugar duas horas a 500 °C e arrefeceram-se depois bruscamente em água a 20 até 25 °C. A ranhura em T dos blocos foi depois analisada quanto a fissuras, a olho nu e com um microscópio com uma ampliação de 10 vezes.

Todos os resultados das análises estão resumidos na tabela 2 seguinte.

Tabela 2:

Liga Rm MPa HV 10 Condut.% IACS Granulo metria pm Rm (500 °C) MPa Dureza HV 10 após exposição a Gomportamento após teste de choque térmico 500 °C durante 500 h Bloco (1) Bloco (2) A 801 254 50 30-90 523 173 isento de fissuras isento de fissuras B 804 245 51,5 45-90 464 175 isento de fissuras isento de fissuras 7 (continuação)

Liga Rm MPa HV 10 Condut.% IACS Granulo metria pm Rm (500 °C) MPa Dureza HV 10 após exposição a Comportamento após teste de choque térmico 500 °C durante 500 h Bloco (1) BlOCO (2) C 812 255 49, 5 45-90 485 167 isento de fissuras isento de fissuras D 652 205 43 45-90 387 118 isento de fissuras com fissuras E 786 260 50, 5 até 5000 423 150 com fissuras com fissuras F 807 248 48, 5 até 3000 434 152 com fissuras com fissuras A extensão das fissuras observadas na ranhura em T nos blocos de molde classificados como "com fissuras" situou-se em 2 até 5 mm, em casos individuais o comprimento da fissura perfez até 10 mm. A confrontação permite inferir que, em comparação com os materiais E e F, apenas os exemplos de acordo com a invenção apresentam, para propriedades óptimas, uma microestrutura surpreendentemente uniforme e de granulometria fina e a resistência necessária contra a formação de fissuras quando empregues como bloco de molde com macho e fêmea. Também no caso da utilização como bloco de molde habitual, os exemplos de acordo com a invenção apresentam uma resistência ao amolecimento nitidamente melhor face à liga CuNiSi conhecida D e uma resistência ao amolecimento algo melhor face às ligas E e F. A liga de cobre divulgada na reivindicação 1 adequa-se por conseguinte excelentemente como material para a preparação de todos os blocos de molde sujeitos a uma exigência de temperatura tipicamente alternada durante o processo de fundição, para os diques laterais de instalações de fundição em cinta. São, neste caso, tanto os blocos de molde utilizados até à data, como também os blocos de molde com a concepção com macho e fêmea de acordo com o documento EP 0974413 AI.

Lisboa, 22 de Agosto de 2007 9

Claims (2)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Utilização de uma liga de cobre endurecivel para moldes de fundição - em particular para diques laterais para instalações de fundição em cinta - em que uma liga de cobre endurecivel de acordo com a seguinte composição: • 1,2-2,7% de cobalto, em que até 80% do teor em cobalto pode ser substituído por níquel • 0,01% até 0,5% de zircónio • 0,3-0,7% de berílio • opcionalmente 0,005-0,2% de magnésio e/ou ferro • eventualmente, até no máximo 0,15% de pelo menos um dos elementos do grupo compreendendo nióbio, tantal, vanádio, háfnio, cromo, manganês, titânio e cério • o resto cobre, incluindo impurezas devidas à preparação, é submetida aos passos processuais • remoldagem a frio, entre 5 e no máximo 30%, da peça em bruto de fundição moldada a quente • recozimento em solução da peça em bruto deformada a frio em 5-30%, na gama de temperatura de 850-970 °C • 0,5 até 16 horas de endurecimento da peça em bruto recozida em solução a 400-550 °C e apresenta, no estado endurecido uma • resistência à tracção de pelo menos 650 MPa • dureza de Vickers de pelo menos 210 HV 1 • condutibilidade eléctrica de pelo menos 40% IACS • resistência ao calor a 500 °C de pelo menos 400 MPa • dureza minima de 160 HV após 500 horas de exposição a 500 °C • e uma granulometria máxima de 0,5 mm determinada segundo a ASTM E112.
2. 2. Utilização de uma liga de cobre de acordo com a reivindicação 1 que contém 1,8-2,4% de cobalto, 0,45-0,65% de berílio, 0,15-0,3% de zircónio, até 0,05% de Mg, até 0,1% de ferro, o resto de cobre, incluindo impurezas devidas à preparação, é submetida aos passos processuais de acordo com a reivindicação 1 com uma remoldagem a frio de 10-15%, após a moldagem a quente e apresenta, no estado endurecido, uma • resistência à tracção de 700-900 MPa • dureza de Vickers de 230-280 HV • condutibilidade eléctrica de 45-60% IACS • resistência ao calor a 500 °C de pelo menos 450 MPa • dureza mínima de 160 HV após 500 horas de exposição a 500 °C • uma granulometria entre 30 e 90 pm determinada segundo a ASTM E112. Lisboa, 22 de Agosto de 2007 2