PT1812612E

PT1812612E - Liga metálica de cobre-zinco-silício, o respectivo uso e fabrico

Info

Publication number: PT1812612E
Application number: PT05747601T
Authority: PT
Inventors: Heinz Strobl; Klaus Schwarm; Norbert Gaag; Hermann Mayer; Ulrich Rexer; Klaus Marstaller
Original assignee: Diehl Metall Stiftung & Co Kg
Priority date: 2004-10-11
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2010-06-28
Also published as: PL1812612T3; BRPI0516067A; CA2582972C; CA2582972A1; MY145376A; EP1812612B1; WO2006039951A1; US20090280026A1; CN101023191A; ATE466965T1; DE502005009545D1; JP5148279B2; JP2008516081A; US20060078458A1; EP1812612A1; ES2343532T3; BRPI0516067B1; CN100510132C; TWI369405B; KR20070060100A

Description

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DESCRIÇÃO

"LIGA METÁLICA DE COBRE-ZINCO-SILÍCIO, O RESPECTIVO USO E FABRICO" A invenção refere-se a uma liga metálica de cobre-zinco-silício, assim como uma utilização e fabrico da referida liga metálica de cobre-zinco-silicio.

Os requisitos prioritários das ligas metálicas de cobre-zinco-silício são que estas apresentem resistência à dezincificação e usinabilidade. Uma boa usinabilidade de ligas metálicas de latão foi previamente conseguida através da adição de chumbo, tal como descrito por exemplo na EP 1 045 041 AI. Recentemente, também foram contudo desenvolvidas ligas metálicas de latão sem chumbo com boas características de usinabilidade, tal como descrito por exemplo nas EP 1 038 981 Al e DE 103 08 778 B3. Ambas as ligas metálicas de Cu-Zn-Si com e sem chumbo têm tendência para sofrer oxidação e formar uma camada de óxidos, a temperaturas entre 300°C e 800°C. Esta camada de óxido adere apenas fracamente ao metal, solta-se facilmente e espalha-se pelas instalações de produção, o que tem como consequência a contaminação destas. A limpeza das instalações de produção é complexa, e assim os custos de produção são elevados. A desvantagem das ligas metálicas de Cu-Zn-Si até aqui conhecidas é também que as propriedades mecânicas dos materiais se alteram em peças de trabalho longas, porque o material não é homogéneo.

Dadas estas circunstâncias, a presente invenção pretende fornecer uma liga metálica de cobre-zinco-silicio, que é melhorada relativamente à sua homogeneidade, e para além disso apresenta uma menor tendência para a formação de 2 camadas de óxidos, assim como fornecer uma utilização e o fabrico de uma destas ligas de bronze. 0 primeiro objectivo mencionado é atingido através de uma liga de cobre-zinco-silicio, contendo 70 a 80% em peso de cobre, 1 a 5% em peso de silício, 0,0001 a 0,5% em peso de boro, 0 a 0,2% em peso de fósforo e/ou arsénio, assim como resíduos de zinco juntamente com impurezas não evitáveis. O conteúdo de cobre é entre 70 e 80% em peso, uma vez que conteúdos de cobre inferiores a 70% ou superiores a 80% influenciariam negativamente a usinabilidade da liga. O mesmo se aplica ao deixar a gama de concentração do silício entre 1% e 5%. A concentração de boro na liga encontra-se entre 0,0001 e 0,5%. Surpreendentemente, observou-se que através da adição de boro, de acordo com a gama de concentração reivindicada, se alcança por um lado uma diminuição na formação de camada de óxidos e ao mesmo tempo, a adesão da restante camada de óxidos ao material aumenta consideravelmente. Por outro lado, também é surpreendente, que a adição de boro resulte num aumento da homogeneidade da estrutura, e assim na diminuição da oscilação das propriedades mecânicas. O fósforo e o arsénio podem, cada um estar presentes na liga com um conteúdo em concentração de até 0,2%, e podem ser substituídos um pelo outro. Através do fósforo e arsénio, a formação da estrutura da liga fundida inicialmente e as propriedades de corrosão são influenciadas de forma favorável e além disso a fluidez do metal fundido é aumentada e a susceptibilidade à corrosão sob tensão é diminuída. A parte restante da liga é essencialmente zinco. 3

Para além das vantagens acima mencionadas, que são facilmente resolvidas, os custos de produção de camadas de óxido são diminuídos e as propriedades mecânicas são melhoradas, assim como se atinge uma boa usinabilidade e boa plasticidade associada a uma resistência à corrosão mais elevada, com esta invenção a resistência à dezincificação e corrosão sob tensão é pronunciada. Testes de dezincificação de acordo com a ISO 6509 demonstraram uma profundidade de dezincificação de apenas até 26 pm. O segundo objectivo relativamente a uma utilização de uma liga de cobre-zinco-silício deste tipo é atingido através de uma utilização para componentes electrónicos, para componentes de engenharia sanitária, para recipientes para transporte ou para armazenamento de líquidos ou gases, para componentes de torção elevada, para componentes recicláveis, para partes de moldagem, para produtos semiacabados, para fitas, para chapas, para perfis, para placas ou como liga forjada, liga laminada ou fundida. A liga de Cu-Zn-Si pode ser aplicada na electrónica para contactos, pregos ou elementos de fixação, por exemplo como contacto de repouso ou contactos fixos, aos quais pertencem terminais e conectores ou fichas de contacto. A liga apresenta, relativamente a meios líquidos ou em forma gasosa, uma resistência à corrosão elevada. Adicionalmente, é também extremamente resistente à dezincificação e corrosão sob tensão. Consequentemente, a liga é especialmente adequada para recipientes para transporte ou para armazenamento de líquidos ou gases, em particular para recipientes usados em refrigeração ou para 4 tubos, instalações de água, extensões de torneiras, conectores de tubos e válvulas em tecnologia sanitária. A reduzida taxa de corrosão garante também, que a instabilidade da liga metálica, ou seja a propriedade de libertar componentes da liga por acção de meios líquidos ou gasosos, seja em si reduzida. Neste ponto, o material é apropriado para aplicações que requerem uma baixa emissão de poluentes, para protecção do ambiente. Assim, a liga de acordo com a invenção pode ser utilizada no campo dos componentes recicláveis. A insensibilidade relativamente à corrosão sob tensão recomenda uma utilização da liga metálica em parafusos e conectores, nos quais como condição técnica são armazenadas grandes energias elásticas. A utilização da liga é assim especialmente adequada para todos os componentes de tracção e/ou torção, em particular para parafusos e roscas fêmeas. Após conformação a frio, o material atinge valores de elasticidade elevados. Assim, podem ser realizados, em parafusos que não podem ser deformados plasticamente, grandes forças de aperto. 0 comportamento de elasticidade da liga de Cu-Zn-Si é menor do que em medição automática. Os parafusos que são apertados apenas uma vez, e propositadamente de forma exagerada, atingem assim uma força de retenção particularmente elevada.

Possibilidades de utilização da liga de Cu-Zn-Si surgem em matérias-primas na forma de tubo e também na forma de banda. Também é apropriada para faixas, placas e chapas perfuráveis ou que possam sofrer trituração, especialmente para chaves, gravuras, para aplicações de decoração ou aplicações em grelhas de perfuração. 5 0 terceiro objectivo relativamente ao fabrico de uma liga de cobre-zinco-silicio deste tipo, é atingido através de moldagem continua e laminagem a quente entre 600 e 760°C, com deformação subsequente, em especial laminagem a frio, preferencialmente complementada por passos de recozimento e passos de deformação. A tarefa relativamente ao fabrico de uma liga de cobre-zinco-silicio deste tipo é também atingida através de moldagem contínua convencional e extrusão a uma temperatura de até 760°C, preferencialmente entre 650 e 680°C e arrefecimento ao ar.

Numa forma de preparação da liga de Cu-Zn-Si vantajosa, esta compreende de 75 a 77% em cobre, 2,8 a 4% em silício e 0,001 a 0,1% em boro, assim como 0,03 a 0,1% em fósforo e/ou arsénio, para além de zinco como elemento residual, assim como impurezas não evitáveis.

Numa alternativa preferida, a liga de cobre-zinco-silicio compreende pelo menos um elemento em % peso do grupo consistindo em chumbo, com 0,01 até 2,5%, estanho, com 0,01 até 2%, ferro com 0,01 até 0,3%, cobalto com 0,01 até 0,3%, níquel com 0,01 até 0,3% e manganésio com 0,01 até 0,3%. Através da adição de chumbo, a usinabilidade é afectada de forma positiva.

Assim, a liga compreende preferencialmente um elemento em % peso do grupo consistindo em 0,01 até 0,1% de chumbo, 0,01 até 0,2% de estanho, 0,01% até 0,1% de ferro, 0,01 até 0,1% de cobalto, 0,01 até 0,1% de níquel e 0,01 até 0,1% de manganésio. 6

Numa outra forma preferida, a liga de Cu-Zn-Si compreende adicionalmente pelo menos um elemento em % peso com até 0,5% de prata, até 0,5% de alumínio, até 0,5% de magnésio, até 0,5% de antimónio, até 0,5% de titânio, e até 0,5% de zircónio, preferencialmente do grupo consistindo em 0,01 até 0,1% de prata, 0,01 até 0,1% de alumínio, 0,01 até 0,1% de magnésio, 0,01 até 0,1% antimónio, 0,01 até 0,1% de titânio e 0,01 até 0,1% de zircónio.

Numa alternativa vantajosa, a liga de Cu-Zn-Si compreende adicionalmente pelo menos um elemento em % peso do grupo consistindo em até 0,3% de cádmio, até 0,3% de crómio, até 0,3% de selénio, até 0,3% de telúrio e até 0,3% de bismuto, de preferência do grupo consistindo em 0,01 - 0,3% de cádmio, 0,01 - 0,3% de crómio, 0,01 a 0,3% de selénio, 0,01 - 0,3% de telúrio e 0,01 - 0,3% de bismuto.

Um exemplo de realização é explicado em mais detalhe com base nas figuras e na descrição que se segue. Assim, as figuras mostram

Fig. 1 a formação de uma camada de óxidos após o recozimento durante 2 horas a 600°C, de uma liga de CuZn21Si3P sem adição de boro (a) , uma liga de CuZn21Si3P com 0, 0004% de boro (b) e uma liga de CuZn21Si3P com 0,009% de boro e

Fig. 2 a formação da estrutura da peça de moldagem de uma liga de CuZn21Si3P sem adição de boro (a) , uma liga de CuZn21Si3P com 0, 0004% de boro (b) e uma liga de CuZn21Si3P com 0,009% de boro (c). 7

As ligas de CuZn21Si3P que servem de base ao exemplo de execução apresentam variações de concentração das partes, com cobre entre 75,8 e 76,1%, silício entre 3,2 e 3,4% e fósforo entre 0,07 e 0,1%, para além de zinco como parte residual e impurezas não evitáveis. Os exemplos das ligas mostram um conteúdo de boro variado, de 0%, 0,004%, e 0,009%. O fabrico das ligas realiza-se através de moldagem contínua, seguida de prensagem continua a temperaturas abaixo dos 760°C, de preferência entre 650 e 680°C, e de arrefecimento rápido.

Todas as ligas apresentam uma resistência à dezincificação. Um teste de dezincificação de acordo com a ISO 6509 resulta em profundidade de dezincificação de apenas até 26 pm.

Quando as ligas de CuZn21Si3P são expostas a temperaturas de 300 - 800°C, por exemplo durante a deformação a quente, forma-se a camada de óxidos, que se solta facilmente, contaminando a área de produção. Uma superfície fortemente revestida pela camada de óxidos de uma liga de CuZn21Si3P sem boro é apresentada na Fig. la. A superfície da amostra apresentada na Fig la parece predominantemente cinzenta. A superfície da liga de CuZn21Si3P em que se forma a camada de óxidos apresenta esta cor cinzenta. Observam-se apenas poucas manchas claras, dispersas, na superfície da liga, que não estão distribuídas uniformemente. Pelo contrário, a liga de CuZn21Si3P com um conteúdo de 0, 0004% de boro, apresentada na Fig. lb, mostra um maior número de manchas brancas que aparecem à superfície da liga, em comparação com a liga que não contém boro. Estas manchas brancas conferem áreas de brilho metálico à liga. Estas áreas de brilho metálico, ou seja, áreas onde não se forma a camada de óxidos, estão distribuídas na superfície da liga de 8 forma regular. A porção de superfície onde se forma camada de óxidos é substancialmente reduzida, e a camada de óxidos restante adere mais fortemente ao metal do que nas ligas que não contêm boro. Uma liga de CuZn21Si3P, que apresenta 0,009% de boro é mostrada na Fig. lc. Aqui pode ser claramente observado que o número de áreas com brilho metálico, ou seja, as manchas brancas, aumentou. Em parte, estão presentes áreas de brilho metálico maiores e contínuas, e é claramente observada uma distribuição muito uniforme na superfície da liga. A parte da superfície em que se forma a camada de óxidos diminuiu e a camada de óxidos restante adere fortemente ao metal. Também se observou, surpreendentemente, que concentrações de boro menores de 0,0001 - 0,5% impedem a formação da camada de óxidos na superfície da liga e ao mesmo tempo aumentam significativamente a adesão da camada de óxidos ao metal, através do que se obtém uma menor contaminação indesejada da área de produção.

Observou-se um resultado comparável também para ligas de Cu-Zn-Si-P que apresentam diferentes conteúdos de chumbo, como por exemplo 0,01%, 0,05%, 0,1% ou 2,5%.

Para além da redução da tendência para a formação de óxidos nas ligas de Cu-Zn-Si, o boro também tem influência nas propriedades mecânicas uma vez que, através do boro, a estrutura da liga se torna homogénea. Esta alteração da estrutura da liga é apresentada na Fig. 2, em relação à concentração de boro. Enquanto uma liga de CuZn21Si3P à qual não foi adicionado boro apresenta uma estrutura grosseira e não homogénea (Fig. 2a), uma liga de CuZn21Si3P com 0,0004% de boro apresenta uma estrutura claramente homogénea, que já apresenta tamanhos de partículas muito 9 regulares (Fig. 2b) . Um aumento adicional do conteúdo de boro em 0,009% resulta numa liga de CuZn21Si3P ainda mais regular ou numa homogeneidade ainda maior, em que a granulação da estrutura já não é reconhecida a olho nu (Fig. 2c).

Para além das alterações ópticas da estrutura, a adição de boro também tem resultados positivos nas propriedades mecânicas. Isto é claramente observado em varões que foram prensados a partir de ligas de Cu-Zn-Si. Para a determinação das propriedades mecânicas, retiraram-se amostras no principio e no fim de varões deste tipo. A resistência à tracção de um varão de uma liga de CuZn21Si3P à qual não foi adicionado boro difere entre o principio e o fim do varão em mais do que 60 N/mm2. Uma liga correspondente com um conteúdo de boro de 0,0004% apresenta, pelo contrário, uma diferença na resistência à tracção entre o principio e o fim do varão de apenas 40 N/mm2. Através da adição de 0, 009% de boro a uma liga de CuZn21Si3P, a diferença na resistência à tracção entre o principio e o fim do varão é menor do que 5 N/mm2. O material também apresenta continuamente propriedades mecânicas idênticas. Deste modo atinge-se uma força regular ao longo da totalidade do comprimento. A causa disto é o efeito de refinação de partículas pelo boro.

Na tabela é apresentada a correlação entre o conteúdo em boro de uma liga de Cu-Zn-Si e o aumento da homogeneidade da estrutura da liga, isto é, a diminuição das diferenças na força de uma peça moldada. 10 Liga Posição Resistência à tração em N/mm2 CuZn21Si3P Principio 514 Fim 578 CuZn21Si3P com Princípio 507 0,0004% de boro Fim 545 CuZn21Si3P com Princípio 508 0,009% de boro Fim 512

Lisboa 21 de Junho de 2010

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Uma liga metálica de Cu-Zn-Si contendo em % peso 70 até 80% de cobre, 1 até 5% de silício e 0,0001 até 0,5% de boro, assim como de 0 a 0,2% de fósforo e/ou arsénio, opcionalmente adicionalmente pelo menos 1 elemento em % peso do grupo consistindo em 0,01 até 2,5% de chumbo, 0,01 até 2% de estanho, 0,01 até 0,3% de ferro, 0,01 até 0,3% de cobalto, 0,01 até 0,3% de níguel, 0,01 até 0,3% de manganésio, opcionalmente adicionalmente pelo menos um elemento em % peso do grupo consistindo em até 0,5% de prata, até 0,5% de alumínio, até 0,5% de magnésio, até 0,5% de antimónio, até 0,5% de titânio, até 0,5% de zircónio, preferencialmente do grupo consistindo em 0,01 até 0,1% de prata, 0,01 até 0,1% de alumínio, 0,01 até 0,1% de magnésio, 0,01 até 0,1% de antimónio, 0,01 até 0,1% de titânio, 0,01 até 0,1% de zircónio, opcionalmente adicionalmente pelo menos um elemento em % peso do grupo consistindo em até 0,3% de cádmio, até 0,3% de crómio, até 0,3% de selénio, até 0,3% de telúrio e até 0,3% de bismuto, preferencialmente 0,01 a 0,3% de cádmio, 0,01 a 0,3% de crómio, 0,01 a 0,3% de selénio, 0,01 a 0,3% de telúrio e a0,01 a 0,3% de bismuto.

2. Uma liga metálica de Cu-Zn-Si de acordo com a reivindicação 1 caracteri zada por conter, em % peso, 75 a 77% de cobre, 2,8 a 4% de silício e 0,0001 a 0,01% de boro, assim como 0,03 a 0,1% de fósforo e/ou arsénio. 2

3. Uma liga metálica de Cu-Zn-Si de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por contém adicionalmente pelo menos um elemento, em % peso, do grupo consistindo em 0,01 a 0,1% de chumbo, 0,01 a 0,2% de estanho, 0,01 a 0,1% de ferro, 0,01 a 0,1% de cobalto, 0,01 a 0,1% de níquel e 0,01 a 0,1% de manganésio.

4. A utilização de uma liga de Cu-Zn-Si de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, para componentes de electrónica, componentes de engenharia sanitária, para recipientes para transporte ou para armazenamento de líquidos ou gases, para componentes de torção elevada, para componentes recicláveis, para partes de moldagem, para produtos semi-acabados, para fitas, para chapas, para perfis, para placas ou como liga forjada, liga laminada ou fundida.

5. Processo para o fabrico de uma liga de Cu-Zn-Si de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, através de moldagem contínua convencional e laminagem a quente entre 600 e 760°C, com deformação subsequente, especialmente deformação a frio, preferencialmente complementada por passos de recozimento e passos de deformação.

6. Processo para o fabrico de uma liga de Cu-Zn-Si de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, através de moldagem contínua convencional e extrusão a uma temperatura de até 760°C, preferencialmente entre 650 e 680°C e arrefecimento ao ar. Lisboa, 21 de Junho de 2010 1/2 (a)

CuZn21Si3P sem boro (b)

CuZn21Si3P com 0,0004% de boro Cu2n21S±3P com 0,009% de boro FIGURA 1 2/2 (a)

CuZn21S13P sem boro

CuZn21Si3P com 0,0004% de boro CuZn21S13P com 0,009% de boro (b) (c) FIGURA 2