Fundamentos de Carroceria

Service Training

Programa autodidáctico 421

Fundamentos de carrocería

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¿Cuál es nuestra primera asociación cuando pensamos en un vehículo de motor? El primer plano casi siempre lo ocupa la l a tracción, el motor, motor, la potencia, la imagen. ¿Pero qué sería de un automóvil sin la carrocería? carrocería? Es el grupo componente principal de un vehículo, que q ue comunica a todos los demás componentes comp onentes y "de paso" también brinda alojamiento a los ocupantes. Satisface unos altos altos niveles de exigencias tecnológicas y cumple asimismo los deseos de confort con fort de los pasajer p asajeros. os. Aparte de ello, la carrocería es la que le da al al vehículo su fisonomía específica y con ello también se la da a la marca del automóvil.

El Programa autodidáctico presenta el diseño y funcionamiento de nuevos desarrollos. Los contenidos no se someten a actualizaciones.

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Una carrocería moderna debe mantenerse en buenas b uenas condiciones durante toda la "vida útil del automóvil", para que no genere costes innecesarios. De esta forma también se evita que un modelo sufra un rápido decaimiento moral y logra que la marca cuente con un alto a lto grado de reputación. También es importante que puedan p uedan repararse los daños en una carrocería si ocurre ocu rre algún accidente y que se conserven con ello las l as propiedades y el aspecto de este valioso grupo componente del d el vehículo. Este Programa autodidáctico se propone explicar de forma concisa los nexos fundamentales desde la teoría de los materiales, la producción del acero, los métodos de tratamiento hasta el pintado. Esto deberá constituir la base para comprender mejor los temas t emas posteriores acerca de los trabajos de reparación en una carrocería.

Para Para las instrucciones de actualidad sobre comprobación, comprobación, ajuste y reparación consulte por favor la documentación del Servicio Postventa prevista prevista para esos efectos.

Atención Nota

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¿Cuál es nuestra primera asociación cuando pensamos en un vehículo de motor? El primer plano casi siempre lo ocupa la l a tracción, el motor, motor, la potencia, la imagen. ¿Pero qué sería de un automóvil sin la carrocería? carrocería? Es el grupo componente principal de un vehículo, que q ue comunica a todos los demás componentes comp onentes y "de paso" también brinda alojamiento a los ocupantes. Satisface unos altos altos niveles de exigencias tecnológicas y cumple asimismo los deseos de confort con fort de los pasajer p asajeros. os. Aparte de ello, la carrocería es la que le da al al vehículo su fisonomía específica y con ello también se la da a la marca del automóvil.

El Programa autodidáctico presenta el diseño y funcionamiento de nuevos desarrollos. Los contenidos no se someten a actualizaciones.

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Una carrocería moderna debe mantenerse en buenas b uenas condiciones durante toda la "vida útil del automóvil", para que no genere costes innecesarios. De esta forma también se evita que un modelo sufra un rápido decaimiento moral y logra que la marca cuente con un alto a lto grado de reputación. También es importante que puedan p uedan repararse los daños en una carrocería si ocurre ocu rre algún accidente y que se conserven con ello las l as propiedades y el aspecto de este valioso grupo componente del d el vehículo. Este Programa autodidáctico se propone explicar de forma concisa los nexos fundamentales desde la teoría de los materiales, la producción del acero, los métodos de tratamiento hasta el pintado. Esto deberá constituir la base para comprender mejor los temas t emas posteriores acerca de los trabajos de reparación en una carrocería.

Para Para las instrucciones de actualidad sobre comprobación, comprobación, ajuste y reparación consulte por favor la documentación del Servicio Postventa prevista prevista para esos efectos.

Atención Nota

Referencia rápida Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Bosquejo histórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 La carrocería carrocería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Fundamentos Fundamentos - material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Fundamentos Fundamentos - material en general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Fundamentos Fundamentos - acero. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  14 Fundamentos Fundamentos - tratamiento del del acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Fundamentos Fundamentos - aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Aceros Aceros para la construcción de carrocerías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Clasificación de los los aceros para la construcción de de carrocerías. carrocerías . . . . . . . . . . Aumento de resistencia resistencia del acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estructura de la carrocería carrocería . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 30 30 31 38

Fundamentos Fundamentos - técnica de procesos. procesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fabricación Fabricación de los semiproductos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chapas empalmadas empalmadas "tailored blanks" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Procedimientos Procedimientos de unión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Procedimientos Procedimientos de recubrimiento recubrimiento.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 40 40 46 48 56

Protección Protección anticorrosión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tratamiento ratamiento preliminar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sellado de costuras costuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Protección Protección antipiedra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Protección Protección contra corrosión corrosión galvánica de contacto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Acabado Acabado en color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 60 60 61 62 63 65

Reparación Re paración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  66 Fundamentos Fundamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Métodos de reparación reparación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Glosario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74  En el glosario figura la explicación exp licación de los conceptos MARCADOS

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Introducción Bosquejo histórico Introducción La carrocería antiguamente y hoy en día – ¿cómo han evolucionado las exigencias y tareas planteadas a la carrocería con motivo del desarrollo técnico? Antes que nada, conviene definir el concepto de la "carrocería" – es un término de origen francés –, con el que se designa la superestructura completa de un vehículo de motor. En el lenguaje técnico también recibe el nombre de superestructura del vehículo, por ir apoyada en un bastidor o tren de rodaje. En términos históricos podría relacionarse el comienzo de la evolución de las carrocerías con su primera implantación en un carruaje de ruedas. A ello también tendrían que pertenecer las primeras carrozas abiertas y las que aparecieron cerradas más tarde. En este Programa autodidáctico queremos describir las carrocerías siempre en relación con los vehículos de motor.

Carrocería no autoportante Las primeras carrocerías no eran autoportantes – se apoyaban sobre un bastidor o chasis. Se utilizaban bastidores tipo escalera y bastidores tubulares. Hoy en día se aplican los batidores tipo escalera en los camiones de carga y en los vehículos todo terreno. Las carrocerías no estaban vinculadas básicamente a un fabricante de vehículos. Había fabricantes de bastidores y fabricantes de carrocerías. Por ese motivo era posible adaptar y montar carrocerías sobre diferentes bastidores preparados para la circulación. Más tarde se empezaron a fabricar las ca rrocerías utilizando un bastidor de plataforma. Para esos efectos, el casco de la carrocería se colocaba y unía sobre un bastidor de plataforma diseñado especialmente para ese tipo de carrozado. Y sólo después de ello se colocaba el conjunto sobre el chasis dispuesto para la circulación. … desde los comienzos de la construcción de vehículos hasta nuestros días …

Carroza Madera/acero

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Carrocería por separada sobre un chasis dispuesto para la circulación, p. ej. en el modelo T de Ford

Carrocerías autoportantes Debido a la necesidad de reducir el peso en la construcción de vehículos se buscaron soluciones de diseñar una carrocería sin el pesado bastidor aparte. Esto debía conseguirse con una carrocería que tan solo por su estructu ra fuese autoportante. Este desarrollo fue respaldado por las nuevas posibilidades tecnológicas que ofrecía el trabajado de la chapa. En este principio del diseño, las estructuras portantes de la carrocería se encuentran unidas de forma indivisible por medio de diversas técnicas de unión, tales como la soldadura con y sin fusión del material básico, y el pegado. Esta construcción constituye actualmente el modelo estándar general en la fabricación de vehículos de turismo.

Materiales aplicados Las primeras carrocerías eran todavía de madera, la cual se embellecía y protegía al mismo tiempo contra influencias externas por medio de un recubrimiento exterior correspondiente, que constaba de pintura, tela o plástico. Las carrocerías modernas vienen siendo optimizadas cada vez más, y ello no sólo en sus estructuras y en sus secciones transversales. Para zonas muy definidas de la carrocería vienen aplicándose cada vez más unos materiales confeccionados específicamente a medida. En lo que respecta as los materiales, t iene que diferenciarse entre ellos mismos y su tratamiento. Con estos diferentes materiales se pretende corresponder cada vez mejor a las cargas parciales a que se somete la carrocería desde puntos de vista mecánico y técnico de la corrosión. El material que se emplea principalmente es el acero. Para aligerar las construcciones también vienen aplicándose crecientemente materiales de aluminio y plástico.

S421_081 Carrocería con bastidor de plataforma

Carrocería autoportante actual

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Introducción Carrocería La carrocería se percibe e interpreta frecuentemente primero en el sentido d el diseño. Y sólo después de ello le siguen las asociaciones con el confort técnico y la comodidad. En esencia, sin embargo, la carrocería es primeramente una parte de un vehículo, que posibilita el transporte de pasajeros – es la "funda de transporte" propiamente dicha para los pasajeros.

Exigencias planteadas a una carrocería Con motivo del desarrollo técnico ulterior tiene que cumplir hasta ahora una gama cada vez más compleja de tareas:

Arquitectura de una carrocería La carrocería puede ser diferenciada en dos zonas principales: ● ●

●

●

●

●

●

●

●

●

Espacio de transporte para los pasajeros Cumplimiento de exigencias de confort, p. ej. respecto a comodidad, insonorización, etc. Alojamiento de todos los componentes técnicos para la tracción y transmisión de fuerza Alojamiento de todos los componentes técnicos para los sistemas de confort Alojamiento de los sistemas de calefacción, ventilación y climatización Alojamiento de todos los sistemas de seguridad Diseño de la carrocería para ofrecer una protección óptima contra posibles efectos nocivos del interior y exterior, como sucede en accidentes Efecto de imagen

la estructura interior y las protecciones exteriores de la estructura carrocera

La parte interior de la estructura de la carrocería, también llamada celda del habitáculo, debe estar configurada de un modo particularmente resistente a deformaciones, para cumplir con las exigencias que plantea la seguridad. Las zonas delantera y trasera de la carrocería deben posibilitar la óptima recepción y degradación de la energía del impacto (zonas de deformación controlada en el sentido de las exigencias planteadas por la seguridad en una colisión). En vehículos modernos, esto también es válido, en una medida creciente, para las zonas laterales y el techo.

Reparaciones en una carrocería Debido a la robusta configuración de la estructura interior de la carrocería, las reparaciones en estas zonas resultan particularmente complejas. Los elementos (de chapa) atornillados a la estructura de la carrocería se sustituyen si presentan deformaciones intensas.

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Tomando como ejemplo las carrocerías de los Golf y Passat actuales se muestra a continuación la arquitectura estructural de una carrocería. La carrocería presenta la estructura interior compartida con componentes de la protección exterior.

Carrocería del Golf modelo 2009

Estructura de la carrocería, protección exterior transparente

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con protección exterior

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Carrocería del Passat modelo 2006

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Estructura de la carrocería, protección exterior transparente

con protección exterior

S421_006

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Fundamentos - material Fundamentos - material en general En las carrocerías de vanguardia se vienen aplicando materiales cada vez más específicos en las diferentes partes de las mismas. Para comprender mejor los motivos por los cuales se toman las decisiones en favor de los materiales en cuestión, queremos tratar al comienzo algunas bases de la teoría de los materiales.

Estructuras cristalinas Toda materia, independientemente de su estado de agregación (gaseoso, líquido o sólido), consta de ÁTOMOS  de diverso tipo (hierro, sodio, oro, nitrógeno, oxígeno, etc.). Los ÁTOMOS se comportan como si fueran esferas sólidas, cuyo tamaño varía en función de su naturaleza. Las descripciones a continuación tratan los nexos de las estructuras cristalinas tomando como ejemplo a los metales. Los metales en fusión todavía se encuentran en estado líquido y sus ÁTOMOS se mueven de un modo netamente casual, sin conservar una posición fijamente definida.

Estructura cristalina

Cuando la materia se solidifica por enfriamiento, sus ÁTOMOS ya no se mueven y se ordenan dentro de una forma tridimensional fijamente definida, llamada la "estructura cristalina". La estructura cristalina puede ser reducida a la unidad básica mínima de cada caso. En la más simple de sus formas, una unidad básica de esa índole puede ser p. ej. cúbica elemental. Según el tipo de materia de que se trata, aparte de las formas cúbicas elementales también puede haber formas p. ej. cúbicas centradas en el cuerpo y cúbicas centradas en las caras o bien formas cristalinas hexagonales. El tipo de la estructura cristalina define las propiedades características del material, tales como su densidad, DUREZA  o el punto de fusión. Unidad básica (cúbica elemental)

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La estructura cristalina reticular de la figura representa una sección elegida al azar. Los ÁTOMOS amarillos de la figura pretenden mostrar a título de ejemplo una uni dad básica de la estructura cristalina – en este caso un cristal cúbico elemental. Las formas cristalinas se explican más detalladamente en la página siguiente.

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Los metales cristalizan sobre todo en tres diferentes formas: ●

IONES DE

Cristal cúbico centrado en el cuerpo Los IONES DE METAL se ordenan de modo que las líneas de unión entre ellos forman un cubo. En el centro espacial del cubo se sitúa otro ión de metal. Este tipo de cristalización viene dado en el cromo, molibdeno, vanadio, tungsteno y en el acero, por debajo de unos 900 °C.

IONES

●

cúbico centrado en el cuerpo

DE METAL = átomos con carga eléctrica

Cristal cúbico centrado en las caras La forma básica del cristal es asimismo un cubo . Adicionalmente a los 8 IONES DE METAL en las esquinas hay respectivamente un ión en el centro de las 6 caras. Este tipo de cristalización viene dado p. e j. en el plomo, aluminio, cobre, níquel y en el hierro calentado a más de unos 900 °C.

METAL

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cúbico centrado en las caras

IONES DE METAL

S421_100

●

Cristal hexagonal La forma básica de este cristal está constituida por un prisma de base y cara cubriente hexagonal. En el centro de la base y la cara cubriente se sitúa asimismo un IÓN DE METAL, respectivamente. En el interior del cristal están dispuestos adicionalmente otros tres IONES DE METAL. Este tipo de cristalización viene dado p. e j. en el magnesio, titanio y cinc.

hexagonal

IONES DE METAL

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Fundamentos - material Estructura del metal En el metal líquido, en estado de fusión, los IONES y los ELECTRONES libres se mueven de forma desordenada. Es decir, que todavía no está dado un orden específico.

Metal fundido en estado líquido

IONES DE METAL Solidificación progresiva

Cristales en crecimiento

A medida que progresa la solidificación  se agregan IONES DE METAL  a estos primeros cristales y se constituyen redes cristalinas. Las redes cristalinas siguen creciendo hasta topar asimismo con redes cristalinas vecinas en crecimiento. Y no pueden seguir creciendo.

Sólo al comenzar la solidificación  se forma un estado de orden. En los sitios en los que se alcanza primero la temperatura de la solidificación comienza la formación de las primeras cristalizaciones.

Comienzo de la solidificación

Primeras cristalizaciones

Solidificación completa

Granos

Límites del grano

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Los cristales originados después de la solidificación completa son irregulares en su forma exterior y reciben también el nombre de cristalinos o granos – forman la estructura de un metal.

En la aplicación técnica no se emplea el hierro en su forma pura, sino como ALEACIÓN  en diversas formas. El hierro y los ingredientes de la aleación se funden conjuntamente, con lo cual las adiciones de la aleación se disuelven en el metal básico del hierro. Según las proporciones de la mezcla entre el hierro y las adiciones de la aleación se constituyen diferentes tipos de microestructuras.

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Tipos de estructuras Aleación de cristal mixto

Estructura con cristales mixtos de sustitución

Si en un cristal se sustituyen ÁTOMOS  del metal básico por un ión del metal aleado, se habla de un CRISTAL MIXTO de sustitución.

Grano

Si los iones del metal aleado se ordenan entre los IONES DE METAL , este cristal recibe el nombre de CRISTAL MIXTO  de inclusión.

Límite del grano

Estructura con cristales mixtos de inclusión

Grano

Límite del grano S421_090

Aleación cristalina mixta Estructuras con mezclas cristalinas

Si al solidificarse la masa fundida se desmezclan ingredientes de la aleación y cada uno de ellos forma cristales propios se habla de una aleación cristalina mixta.

Metal básico Metal de aleación

Una particularidad al respecto viene dada en el acero no aleado. El ingrediente de la aleación es aquí el carbono. En el acero se encuentra ligado químicamente en forma de carburo férrico (cementita) e invade los granos de los cristales de hierro (ferrita) en franjas delgadas – estos granos reciben el nombre de granos perlíticos.

Estructura del acero no aleado

Grano ferrítico

Grano perlítico

Cementita

Ferrita S421_091

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Fundamentos - material Propiedades mecánicas Las propiedades mecánicas de los materiales se determinan mediante ensayos en laboratorio, siendo el más habitual el ensayo de tracción para determinar la resistencia o bien el límite elástico. En el ensayo de tracción se exponen las probetas del material en cuestión a un creciente esfuerzo de tracción, a temperatura ambiental. Todas las probetas deben tener un tamaño y una forma normalizados, para que sea posible comparar los resultados de los diferentes materiales.

Durante el ensayo se averigua la carga que es necesaria para deformar la probeta hasta que se fractura y se averigua de qué modo se ha deformado la probeta. Con ello puede representarse el diagrama de tensión/alargamiento (magnitud de la carga puesta en relación con la sección transversal original de la probeta). Según el tipo de material de que se trata, a lo largo de la curva característica puede intervenir un expreso límite de estricción (zona de alargamiento) o bien puede manifestarse una transición continua del margen de elasticidad hacia el margen de plasticidad (con un límite elástico de un 0,2 %).

Ambas curvas características se entienden a título de ejemplos – pueden diferir de un modo bastante manifiesto en función del material o sus variantes. Diagrama de tensión/alargamiento – con expreso límite de estricción –    )   a    P    M    (   n    ó    i   s   n   e    T

Rm

Diagrama de tensión/alargamiento – con un límite elástico de 0,2 % –

Z

ReH

   )   a    P    M    (   n    ó    i   s   n   e    T

Rp 0,2

ReL X

Alargamiento en % Margen de elasticidad Margen de plasticidad

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Alargamiento en % S421_093

La unidad de medida es el Pascal (Pa), como unidad habitual del sistema de medidas internacional. Debido a qu e se trata de valores muy altos se emplea en la mayoría de los casos el MegaPascal (MPa): 1 MPa = 1.000.000 Pa. Sin embargo, también se sigue empleando la unidad del Newton (N) por milímetro cuadrado: 1 MPa = 1 N/mm 2.

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Análisis del diagrama de tensión/alargamiento Un análisis detallado del diagrama de tensión/alargamiento proporciona toda una serie de informaciones, entre las cuales cabe destacar las siguientes:

Límite de estricción R eH y ReL Al comienzo de la aplicación de la carga el alargamiento de la probeta es elástico, es decir, que la barra de la probeta recupera su longitud inicial si se le interrumpe la carga. Este comportamiento elástico lo mantiene hasta alcanzar el límite de estricción R eH . Por tal motivo, ese límite también puede ser llamado límite elástico. (Aquí se trata de una contemplación simplificada, a título de ejemplo para el presente Programa autodidáctico – en la práctica, como es natural, existe un sinnúmero de curvas características variantes, en las que p . ej. el límite elástico puede estar situado un poco antes del límite de estricción – estos casos, sin embargo, no se utilizarán en las siguientes consideraciones de este Programa autodidáctico). El límite elástico separa el margen de la elasticidad con respecto al margen de la plasticidad. Al sobrepasarse el límite de estricción R eH  (límite elástico) la probeta empieza a deformarse de forma plástica. Según el tipo de material de que se trata, el límite de estricción también puede discurrir dentro de un margen específico, el margen de estricción "X" con el límite de estricción superior R eH  y límite de estricción inferior R eL (ver figura S421_008). Si no se produce este expreso límite de estricción se procede a determinar, a manera de límite de estricción sustitutivo, el límite de dilatación de 0,2 %. Es e l punto en el que se constata una dilatación irreversible de un 0,2 %. Para esos efectos se traza una línea paralela al ascenso lineal, a una distancia de 0,2 % de dilatación. El punto de intersección de esta recta con la curva es el límite de estricción sustitutivo R p 0,2 (ver figura S421_093).

Resistencia a la tracción o límite de rotura R m La tensión alcanza aquí su magnitud máxima. La tensión Rm representa la carga máxima que soporta una sección transversal. A partir de ahí empieza a entallarse la probeta – la superficie de la sección transversal disminuye. En virtud de que la tensión se determina como fuerza por superficie de sección transversal, después del punto R m disminuye el esfuerzo necesario para seguir produciendo una deformación.

Punto de rotura (Z): Es el punto en el que se rompe la probeta. El valor carece de significado en la práctica técnica.

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Fundamentos - material Fundamentos - acero Uno de los materiales más empleados en la construcción de carrocerías para vehículos es el acero. El acero es una ALEACIÓN  de hierro y carbono, siendo el contenido de carbono de un 2,06 % como máximo. Mayores contenidos conducen a productos de fundición. Si se a gregan otros elementos más, tales como níquel, manganeso, fósforo, silicio, cromo, etc. se constituyen con ello las familias de los aceros. Existe una gran multiplicidad de aceros, cada uno de ellos con una composición diferente y, por tanto, con propiedades diferentes.

Fabricación del acero Explotación del mineral de hierro

Alto horno

Acería

Caldero de colada Caldero de distribución

Alimentación de mineral Alto horno Coquilla

Desbaste plano

Salida de la colada S421_070

El mineral de hierro de los yacimientos naturales es fundido en el alto horno (arrabio). Según la composición del mineral de hierro empleado obtiene su composición específica propia el arrabio fundido. El arrabio (hierro bruto) generado es ajustado luego en la acería a los valores predefinidos y deseados para su composición química. Esto se puede conseguir eliminando o agregando determinados elementos. El proceso también recibe el nombre de ligar o alear.

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Haciendo variar el contenido de carbono y otros elementos aleantes pueden producirse entonces diferentes tipos de aceros. El hierro se transforma en acero especialmente a base de ajustársele el contenido de carbono de hasta un 2,06 %, aproximadamente. Con ello pueden implementarse propiedades muy específicas en el acero, tales y como se las desea para la posterior aplicación del material.

La acería transporta el material en fusión hacia la planta de colada continua, donde se procesa transformándose en un lingote. Este material de lingote constituye entonces el producto inicial para otros procedimientos destinados a la fabricación de los SEMIPRODUCTOS más variados, tales como los procedimientos de laminación, tratamiento térmico y recubrimiento de la superficie.

Las propiedades del acero son determinadas por los parámetros principales siguientes: ● ●

la composición química del acero el tratamiento ulterior de los productos de acero

Composición química Cada tipo de acero en estado sólido tiene su propia estructura cristalina; esta estructura le otorga propiedades mecánicas que pueden averiguarse por medio de un análisis metalográfico. Un aspecto muy importante en la fabricación del acero es la velocidad con la que se calientan y enfrían las materias primas, tanto en el proceso de la fabricación como en los procesos que siguen a éste. Si se analiza el hierro en estado puro es posible averiguar cuál es su estructura cristalina y cuáles sus propiedades magnéticas y su solubilidad en función del aumento o la reducción de la temperatura. Para ilustrar mejor las propiedades del acero se explican a continuación primeramente las propiedades del hierro puro, luego las propiedades de diversas ALEACIONES de hierro con carbono y finalmente las propiedades de ALEACIONES de hierro, carbono y otros componentes.

Hierro puro Como base de partida para todas las demás consideraciones relativas a los aceros es preciso que sean conocidas las temperaturas a las que en el hierro puro se modifica la estructura cristalina, es decir, la ordenación de sus ÁTOMOS . Esta nueva ordenación requiere un cierto tiempo, durante el cual se mantiene constante la temperatura. Las temperaturas en las que se produce un cambio estructural se denominan "puntos críticos" (ver para ello el diagrama "Puntos de conversión del hierro puro" en la p ágina siguiente). Estos "puntos críticos" están representados en el diagrama con una línea horizontal cada uno, análogamente a u na escalera.

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Fundamentos - material Puntos de conversión del hierro puro

   )    C    °    (   a   r   u    t   a   r   e   p   m   e    T

e

Hierro líquido

d

Hierro delta

c

Hierro gamma

b

Hierro beta

a

Hierro alfa o ferrita Desarrollo de la curva de enfriamiento

Tiempo (mín)

Desarrollo de la curva de calentamiento S421_009

Calentamiento A una temperatura comprendida entre los 0 y 790 °C el hierro recibe el nombre de "hierro alfa" o "ferrita", el cual tiene una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo, compuesta por nueve átomos de hierro. El hierro alfa es muy magnético y no disuelve carbono. Si se sigue calentando el hierro a 790 hasta 910 °C se le da el nombre de "hierro beta", sigue teniendo una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo, la cual tampoco disuelve carbono, pero pierde una parte del magnetismo.

Entre los 1.400 y 1.535 °C se le llama "hierro delta". La estructura cristalina es cúbica, centrada en el cuerpo. En virtud de que solamente lo hay a muy altas temperaturas, reviste muy poca importancia para el análisis de los tipos de tratamientos térmicos. A temperaturas superiores a los 1.535 °C el hierro puro se encuentra en estado líquido. En comparación con la fase de calentamiento, en la de enfriamiento sucede el proceso inverso (con pequeñas diferencias en los "puntos críticos").

Entre los 910 y 1.400 °C se le da el nombre de "hierro gamma". La estructura cúbica se encuentra centrada aquí en las caras. El hierro gamma no es magnético y sí disuelve carbono.

En los "puntos de conversión críticos", el calor absorbido se consume para la modificación de la estructura cristalina, por lo cual no se manifiesta ningún aumento de la temperatura. Esto significa, que en función de la temperatura se agrupan los átomos de hi erro en diversas estructuras cristalinas, con diferentes propiedades magnéticas y diferente solubilidad del carbono.

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Puntos de conversión en aleaciones de hierro y carbono Los aceros cristalizan formando diferentes estructuras en función de la temperatura y el contenido de carbono. Bajo el término del acero se entiende una aleación de hierro y carbono, cuyo contenido de carbono alcanza hasta 2,06 % como máximo.

Diagrama hierro-carbono    C    °   n   e   a   r   u    t   a   r   e   p   m   e    T

Material en fusión Austenita + material en fusión Austenita Austenita + cementita

El esquema sólo muestra el margen del diagrama de hierro-carbono que es relevante para los aceros en su versión completa de hasta un 6 % de carbono.

Ferrita + austenita Ferrita

Perlita + ferrita

Perlita + cementita

S421_010 Carbono en %

Interpretación del "diagrama hierro-carbono" Las líneas del diagrama muestran los "puntos críticos", en los que se modifica la estructura cristalina del acero. Según el contenido de carbono varía la temperatura a la cual se produce el cambio estructural. Los márgenes limitados por los "puntos críticos" muestran la estructura cristalina que adopta el acero en cada caso. A altas temperaturas, el acero se encuentra en estado de fusión y todos sus componentes están disueltos – como la sal en el agua. En la medida en que se va enfriando el acero se solidifican los componentes del hierro y del carbono. Se forman los llamados "cristales austeníticos" (la temperatura de solidificación varía de acuerdo con el contenido de carbono). Si la temperatura sigue bajando, la ALEACIÓN  se solidifica por completo, transformándose en austenita. Por debajo de unos 723 °C la austenita puede formar dos diferentes estructuras, según sea el contenido de carbono en la ALEACIÓN: ●

● ●

Si el contenido de carbono es inferior a 0,8 %, la austenita se transforma en perlita y ferrita, que se distribuye en la forma estructural cristalina del acero. Si el contenido de carbono es de un 0,8 %, el acero contiene solamente cristales perlíticos combinados. Si el contenido de carbono es superior a 0,8 % la austenita se transforma en perlita y cementita. 17

Fundamentos - material Tipos de estructuras En la tabla se explican las propiedades estructurales y mecánicas más importantes de las composiciones que figuran en el diagrama de hierro-carbono (únicamente el margen del diagrama que reviste importancia para el acero). (Las composiciones relacionadas también intervienen por encima de este margen, es decir, del contenido de > 2,06 % de carbono). Tipo de estructura

Explicación

Ferrita

La ferrita consta de cristales de hierro alfa, que constituyen una red cristalina cúbica centrada en el cuerpo. Hay carbono incrustado en los átomos de hierro (CRISTAL MIXTO  incrustado). La ferrita es el componente más blando del acero. En sus propiedades mecánicas, la ferrita se caracteriza por tener una resistencia a la tracción de 28 MPa y un alargamiento de 35 hasta 40 %.

Carbono

Los átomos puros de carbono se pueden ligar de dos diferentes maneras. Según el tip o de ligamento se produce grafito o diamante. Para los aceros, como es natural, únicamente reviste importancia el carbono en forma de grafito. Sus combinaciones son débiles y por ello fácilmente craqueables. El carbono se incluye ya sea en la estructura atómica (CRISTAL MIXTO de inclusión) o en forma de combinaciones, ver p. ej. cementita.

Cementita

Cementita es una c ombinación de hierro y carbono. Químicamente recibe el nombre de carburo de hierro (Fe3 C). La cementita contiene 6,67 % de carbono y 93,33 % de h ierro.

La cementita puede estar incluida de diversa forma en la estructura, en formaciones independientes (p. ej. barritas o agujas) o en forma de conglomeraciones en los límites del grano de la estructura cristalina. La cementita es el componente más duro, pe ro también el más quebradizo del acero, con una resistencia a la tracción de 215 M Pa.

Austenita

La austenita consta de cristales de hierro gamma, que constituyen una red cristalina cúbica centrada en las caras. Contiene carbonos, como los que se incluyen entre los átomos de hierro en el caso de la ferrita (CRISTAL MIXTO  de inclusión). Debido a los grandes espacios que hay en la estruct ura cristalina cúbica centrada en las caras, resulta posible incluir una mayor cantidad de carbono en comparación con el caso de la ferrita. El contenido de carbono varía entre 0 y 2,06 %. La austenita presenta una resistencia a la tracción de 88 a 105 MPa y un alargamiento de 20 a 23 %. Se distingue por una alta resistencia al desgaste y un bajo índice de DUREZA , siendo el material más frecuente entre los aceros.

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Tipo de estructura

Explicación

Perlita

La perlita es una mezcla laminar de cementita y ferrita, que se produce a raíz de la transformación de la austenita. El grosor de las láminas depende de la rapidez del enfriamiento. Cuanto más lento es, tanto mayor es el grosor de las láminas. La resistencia a la tracción de la perlita se cifra en 55–70 MPa y el alargamiento en 20–28 %. Los parámetros característicos mecánicos de la perlita se sitúan entre los de la ferrita y la cementita; es más dura y resistente que la ferrita, pero más blanda y maleable que la cementita.

Martensita

La martensita tiene sus orígenes en un enfriamiento muy rápido de la austenita. La estructura cúbica centrada en las caras de la austenita es transformada en una estructura cúbica centrada en el cuerpo. En virtud de que en una estructura cúbica centrada en las caras se disuelve una mayor cantidad de carbono a raíz del mayor espacio disponible en comparación con la estructura cúbica centrada en el cuerpo, el carbono no encuentra suficiente espacio al suceder la transformaci ón de la estructura, por lo cual distorsiona la estructura cristalina y la ensancha. Se constituyen cristales lenticulares, que pueden apreciarse en la imagen de rectificado como la presencia de agujas – las llamadas agujas martensíticas. Las tensiones de presión que se ge neran por el mayor volumen de la martensita provocan una mayor DUREZA , pero también hacen más quebradiza la mar tensita. A medida que aumenta la velocidad de enfriamiento se forma una menor cantidad de perlita, por lo cual se produce una conversión casi total en martensita. Después de la cementita, en el caso de la martensita se trata de uno de los componentes más duros del acero. La resistencia a la tracción de la martensita se s itúa entre 170 y 250 MPa; el alargamiento entre 0,5 y 2,5 %.

Bainita

La bainita se produce del mismo modo que la perlita, a partir de las fases de ferrita y cementita, pero su forma, tamaño y distribución son diferentes. La bainita consta de una estructura que contiene, en forma de paquete, agujas de ferrita con películas de carburo o bien placas de ferrita con capas intermedias de carburos. La bainita se produce enfriando rápidamente, de un modo controlado, l a austenita a temperaturas y velocidades de enfriamiento situadas entre las de la perlita y la m artensita. Después de enfriarse la austenita a temperaturas superiores a la de inicio de la mar tensita, en la llamada etapa de bainita se produce la conversión en bainita a temperatura constante (conversión isotérmica). La velocidad de enfriamiento se controla de modo que no se produzca perlita. La resistencia a la tracción se cifra entre 15 y 220 MPa; el alargamiento es de 1,5–2 %.

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Fundamentos - material A continuación se describen, a título ilustrativo, dos ejemplos de cambios estructurales que ocurren en la fabricación del acero con un contenido de carbono de 0,15 y 1,20 %, respectivamente.

Acero con 0,15 % de carbono

Fase líquida Austenita

Austenita

Austenita Ferrita

Perlita Ferrita

S421_032

La temperatura inicial se halla por encima de los 1.500 °C – el acero se encuentra en estado líquido. Si la temperatura cae por debajo de 1.400 °C se solidifica una parte del hierro y del carbono y se produce una mezcla de una fase líquida y austenita. Si la temperatura desciende por debajo de 1.300 °C, el acero con un contenido de carbono de un 0,15 % ya se encuentra completamente solidificado y transformado en austenita. Así se con serva hasta que la temperatura cae por debajo de los 750 °C. Entre los 750 y 723 °C se produce una mezcla de austenita y ferrita. Por debajo de los 723 °C cambia la estructura cristalina y se produce una mezcla de perlita y ferrita. Si durante este proceso se modifica en cualquier punto la velocidad de enfriamiento pueden originarse componentes estructurales que difieren de ello, p. ej. bainita, martensita, etc.

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Acero con 1,20 % de carbono

Fase líquida Austenita

Austenita

Austenita Cementita

Perlita Cementita

S421_033

También este acero se encuentra en estado líquido a los 1.500 °C. Entre los 1.300 y 1.200 °C está dada una mezcla compuesta por una fase líquida y austenita. Si la temperatura desciende por debajo de los 1.200 °C, el acero con un contenido de 1,20 % de carbono se encuentra completamente solidificado y transformado en austenita. Entre los 1.000 y 723 °C se produce una mezcla de austenita y cementita. A temperaturas inferiores a los 723 °C la estructura cristalina pasa a un estado estable y forma una mezcla de perlita y cementita.

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Fundamentos - material Aleación de acero con otros componentes El contenido de carbono es el que le da la RESISTENCIA al acero. Si se agregan otros aleantes selectos, p. ej. silicio, fósforo, titanio, niobio o cromo, aparte de poderse ajustar la resistencia también es posible influir de forma enfocada e n otras propiedades específicas del material. Los efectos de estos elementos ya se manifiestan cuando se agregan tan sólo en pequeñas cantidades con respecto a las de otros aleantes. La ALEACIÓN  de una estructura cristalina del hierro puede efectuarse de los siguientes diferentes modos: ●

●

●

Sustitución: ÁTOMOS de otros elementos sustituyen a los átomos de hierro en la matriz cristalina. Hueco: Se eliminan átomos de hierro de la matriz cristalina y el sitio en cuestión se mantiene desocupado. Intersticio: ÁTOMOS de otros elementos, como el titanio, ocupan posiciones intersticiales* entre los átomos de hierro en la matriz cristalina. Bloquean un posible deslizamiento entre las caras atómicas y aumentan con ello p. ej. la resistencia del conjunto. Su cantidad en la aleación del acero es decisiva sobre las posteriores propiedades mecánicas del material.

* intersticial – que se encuentra en una posición intermedia dentro de una ordenación Arquitectura cristalina / matriz cristalina

ÁTOMO del material básico Sustitución Hueco Intersticio

S421_015

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En la tabla puede verse, en el ejemplo de algunos aleantes importantes, el modo en que puede influirse sobre las propiedades del acero.

Aleante

Propiedad modificada del acero

Cromo

Aumenta la pasividad del acero ante influencias corrosivas (es el aleante principal destinado a i ncrementar la resistencia de los aceros a la oxidación y a ácidos)

Manganeso

Refina el grano, aumenta la resistencia, mejora la DURABILIDAD, aumenta la DUREZA , el alargamiento y la resistencia al desgaste, influye favorablemente en las propiedades de soldabilidad y forjabilidad

Molibdeno

Aumenta la RESISTENCIA  y tenacidad; promueve la pasividad del acero ante influencias corrosivas, mejora la durabilidad, reduce la fragilidad al revenido de los aceros al CrNi y Mn, promueve la formación de grano fino y ejerce una influencia favorable sobre la soldabilidad.

Níquel

Aumenta la RESISTENCIA  y la tenacidad, contribuye a estabilizar la estructura austenítica, mejora la maleabilidad también a bajas temperaturas

Niobio

El niobio se comporta de un modo parecido al titanio

Fósforo

Aumenta la RESISTENCIA, contribuye a establecer un equilibrio entre la prensabiliad y la RESISTENCIA  a efectos mecánicos

Silicio

Aumenta la RESISTENCIA  y el límite elástico, refina el grano

Nitrógeno

Aumenta la RESISTENCIA en aceros austeníticos, mejora las propiedades mecánicas a temperaturas superiores

Titanio

Aumenta la RESISTENCIA  y la tenacidad, inhibe el crecimiento del grano y contribuye así a establecer una estructura cristalina fina, en los aceros aleados al cromo suprime la separación de carburos de cromo y con ello la corrosión limítrofe del grano

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Fundamentos - material Fundamentos - tratamiento del acero Hay numerosos tipos de tratamientos, que pueden agruparse en tres grandes familias: Familia de tratamientos

Tratamiento

Tratamientos mecánicos

Conformación en frío Conformación en caliente

Tratamientos térmicos

Temple Recocido Recocido normal Revenido

Tratamientos termoquímicos

Cementación en caja Carbocementación Cementación

Tratamiento mecánico Pertenecen a ello los procedimientos en los que se producen deformaciones irreversibles del metal a base de aplicar energía mecánica. Estos procesos no afectan a la estructura cristalina, sino que mod ifican la elasticidad, tenacidad, plasticidad y la DUREZA . Los procedimientos mecánicos más habituales son:

Procedimiento Conformación en frío

Desarrollo del procedimiento La conformación del acero sucede a temperaturas inferiores a las de su RECRISTALIZACIÓN . Con ello aumentan la DUREZA , la resistencia a la deformación y el

límite elástico del acero. Conformación en caliente

La conformación del acero se realiza a temperaturas superiores a las de su RECRISTALIZACIÓN . En el caso de este tratamiento intervienen al mismo tiempo deformaciones plásticas y la RECRISTALIZACIÓN  de los granos conformados, teniendo

que mantenerse la temperatura durante el tiempo suficiente para que se produzca una RECRISTALIZACIÓN  completa. Este tratamiento da por resultado las mismas deformaciones que en el caso de la conformación en frío, pero requiriendo un menor esfuerzo, con lo cual se obtienen aceros más blandos, maleables y con u na estructura cristalina más homogénea.

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Tratamiento térmico Al tratamiento térmico pertenecen procedimientos en los que cambian las propiedades de los metales por modificación de su estructura, de modo que el material, con estas nuevas propiedades, sea más capaz de cumplir con las tareas previstas. Con esto se consiguen posibilidades de utilización y rendimientos muy superiores de los que se obtendrían en condiciones normales. Al tratamiento térmico pertenece el tratamiento del acero por medio de aplicación de calor.

En términos generales, un tratamiento térmico consiste en "calentar y mantener" una temperatura específica del acero durante un tiempo más o menos largo, pero definido. Después de ello es preciso enfriar de un modo adecuado. De ahí resultan modificaciones en la estructura microscópica de los aceros, a las cuales se atribuyen las influencias deseadas de DUREZA  y RESISTENCIA. Esto significa, que en el caso del tratamiento térmico únicamente actúa la energía del calor sobre la estructura cristalina, pero no sobre la composición química del material.

A continuación se describen los cuatro procedimientos de tratamiento térmico más importantes:

Procedimiento

Desarrollo del procedimiento

Temple

El acero se templa enfriándolo rápidamente para evitar que se vuelvan a producir modificaciones en la estructura cristalina.

Recocido

El acero se recuece cuando ha experimentado deformaciones debidas a efectos mecánicos u otras causas. El acero es enfriado muy lentamente en ese proceso.

Recocido normal

El acero se somete a recocido normal para eliminar tensiones. Para esos efectos se establece el estado normal del acero en cuestión. Esto requiere una velocidad de enfriamiento media.

Revenido

Después del temple se procede a calentar nuevamente el acero (revenir). Con ello se respalda la estabilidad de su estructura. El revenido vuelve a neutralizar una parte del temple, siendo estos efectos tanto más i ntensos, cuanto mayor es la temperatura a la que se calienta el acero en esa operación.

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Fundamentos - material Composición de las estructuras Mediante procedimientos de tratamiento térmico pueden conseguirse variantes en la composición de la estructura de los aceros. Esto, como es natural, también depende de la composición del propio acero (contenido de aleantes). La variante en cuestión se consigue a través del porcentaje específico de determinados componentes estructurales, que tienen una influencia esencial sobre la RESISTENCIA/ DUREZA  del acero.

Con ese tipo de tratamiento puede adaptarse el acero a las necesidades de cada caso concreto en la práctica. Esto se practica así en el caso de las ca rrocerías. Según las exigencias planteadas a las diferentes partes de la carrocería se aplican aceros con las composiciones microestructurales necesarias y con las características de resistencia correspondientemente requeridas.

En el diagrama se representan los componentes más esenciales de la microestructura con sus respectivos márgenes de resistencia.

Límite elástico R e de componentes microestructurales específicos Bainita: 15–220 MPa Perlita: 55–70 MPa Martensita: 170–250 MPa Austenita: 88–105 MPa Cementita: 215 MPa Ferrita: 28 MPa

Límite elástico Re

S421_023

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Tratamiento termoquímico Pertenecen a ello los procesos en los que, aparte de participar la energía térmica (calentar, mantener temperatura, enfriar) también participan componentes químicos en el tratamiento del acero. La composición de la estructura y también la composición química del acero varían correspondientemente. Los procedimientos de tratamiento termoquímico más importantes son :

Procedimiento

Desarrollo del procedimiento

Cementación en caja

En el caso de la cementación en caja se enriquece con carbono la superficie de la pieza de acero (carburación), creándose con ello la condición necesaria para endurecer posteriormente la superficie. Para ello se calienta la pieza durante un tiempo definido a una temperatura adecuada, manteniéndola en contacto con materiales capaces de ceder carbono. El enriquecimiento con carbono puede efectuarse p. ej. mediante carburación con gas, carburación con polvo y carburación en baños salinos. En la posterior fase de enfriamiento endurecen las capas generadas, pero sin influir sobre el núcleo del material que no fue carburado. Con este procedimiento se consigue una mayor tenacidad y resistencia al impacto (resiliencia).

Carbocementación

La carbocementación es propiamente una variante ampliada de la cementación en caja. Con este procedimiento, aparte de enriquecerse con carbono las superficies de las piezas de acero, también se las enriquece adicionalmente con nitrógeno. El enriquecimiento se realiza en un baño de sales de cianuro a temperaturas correspondientes. Después de ello se procede a enfriar de forma controlada. Debido a las bajas temperaturas de la cementación y de l medio de enfriamiento por choque térmico más suave, sólo se producen escasas contracciones. En las piezas de acero se consigue así que obtengan de un modo simple y rápido unas capas exteriores duras con escaso grosor.

Cementación

Mediante cementación por nitruración también se obtienen capas duras en la superficie de una pieza de acero mediante formación de nitruros. Estas capas alcanzan una gran DUREZA , que supera a la DUREZA  de las capas obtenidas por cementación en caja (ver más arriba). El procedimiento está basado en la particularidad de que el acero admite nitrógeno en su estructura cristalina. El proceso se aplica a bajas temperaturas, por lo cual son mínimas las contracciones que intervienen. No se realiza ningún enfriamiento por choque térmico y no sucede ninguna transformación de la estructura.

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Fundamentos - material Fundamentos - aluminio El peso viene desempeñando un papel cada vez más importante en la construcción de vehículos. Esto se debe principalmente a que se persiguen objetivos cada vez más ambiciosos de construir vehículos económicos en consumo y respetuosos con el medio ambiente.

Para los vehículos de la marca Volkswagen no se han previsto en la gama carrocerías fabricadas por completo en aluminio. Se emplea el aluminio para componentes específicos, tales como: ● ●

puertas y capós del Phaeton capó del motor en el Touareg

Aparte de las soluciones optimizadas por diseño de las carrocerías, un peso bajo también se puede alcanzar implantando materiales más ligeros. Para ello se utiliza p. ej. el aluminio en una medida creciente.

Obtención del aluminio El aluminio se obtiene de la bauxita por medio de un proceso de disgregación con ayuda de sosa cáustica (NaOH). Este procedimiento recibe el nombre de proceso Bayer.

Bauxita Proceso Bayer

Bauxita: ●

●

Se origina por intemperización de caliza y silicato mineral en las condiciones climáticas correspondientes El nombre se deriva del lugar del primer hallazgo Les Baux (sur de Francia)

Es frecuente la existencia del aluminio en la tierra, pero su obtención económicamente aceptable sólo viene siendo posible desde hace unos 100 años. Es difícil separar el aluminio del mineral, porque establece una combinación muy estable con el oxígeno. Por ese motivo no es obtenible como el hierro con ayuda de carbón por fusión del mineral. Sólo desde que existe la dínamo de Werner von Siemens ha sido posible, a finales del siglo XIX, fabricar el aluminio por la vía electrolítica a nivel industrial.

  o    i   n   a    t    i    t   e    d   o    d    i   x     Ó

  o    i   c    i    l    i   s   e    d   o    d    i   x     Ó

Óxido de aluminio   o   c    i   r   r    é    f   o    d    i   x     Ó

Electrólisis

Aluminio en fusión Aluminio metalúrgico

S421_044

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La electrólisis de fusión del aluminio se lleva a cabo a nivel industrial en grandes cubas de hierro, cuyas caras interiores van revestidas con carbón. La cuba hace las veces de cátodo. Como ánodo se utilizan bloques de carbón, que se sumergen en el material en fusión.

Masa fundida de óxido de aluminio

El aluminio se precipita, depositándose en el suelo de la cuba, por ser menor la distancia al suelo que hacia las paredes laterales. Debajo de la masa fundida se produce así una capa de aluminio líquido, que se sangra cada 2 - 4 días y se cuela en lingotes.

Bloques de carbón como ánodo

S421_045 Aluminio

Cátodo

Revestimiento de carbón

Aleación de aluminio Para garantizar óptimas propiedades del material destinado a las correspondientes condiciones de aplicación de los componentes carroceros, no se emplea el aluminio en su forma pura, sino que se recurre a aleaciones de éste.

La RESISTENCIA  de las aleaciones del aluminio puede ser incrementada por tratamientos de forja y curado. Una condición decisiva para el empleo del aluminio en aplicaciones técnicas viene dada por su capacidad de curado.

El aluminio puro tiene una baja RESISTENCIA. Agregando otros e lementos, es decir, ALEANDO , se pueden modificar las propiedades del aluminio. Esto se refiere sobre todo a la RESISTENCIA  y a la resistencia a la corrosión. Los ligantes principales son el magnesio y el silicio. Estas ALEACIONES  forman luego la base de partida para los perfiles extrusionados, cartabones de fundición y chapas de aluminio.

En el proceso de curado se expone el aluminio a una temperatura específica, en la que se consigue separar los componentes estructurales quebradizos de la aleación. De ese modo se constituyen resistencias internas contra la deformación, lo cual se manifiesta en un aumento de la RESISTENCIA .

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Aceros para la construcción de carrocerías Clasificación de los aceros para la construcción de carrocerías Debido a la gran cantidad de tipos de aceros que puede haber, es conveniente clasificarlos de acuerdo con unos criterios específicos. Así por ejemplo, los aceros pueden ser clasificados por sus características mecánicas, tales como la resistencia a la tracción o el límite d e estricción. Un ejemplo es la diferenciación en aceros convencionales, de alto límite elástico, de límite elástico superior y de límite elástico supremo. Clasificación según resistencia

Resistencia a la tracción en MPa

Clasificación según la familia de los aceros

Procedimiento de fabricación

Aceros convencionales

hasta aprox. 300

Aceros de embutición profunda

Laminado

Aceros de alto límite elástico

300-480

Acero de endurecimiento al horno

Endurecimiento al horno

 350-730

Acero microaleado; aceros isotrópicos

Refinamiento del grano y endurecimiento por precipitación

 340-480

Acero aleado al fósforo Acero sin átomos intersticiales (acero IF)

Temple de cristal mixto (solución sólida)

 500-600

Acero de fases dual (DP)

Fases duras

 6 00-800

Acero de plasticidad inducida por transformación (TRIP)

Fases duras

Aceros de límite elástico supremo

>800

Acero de fases complejas (CP)

Fases duras

Aceros de límite elástico supremo, conformados en caliente

>1000

Acero martensítico

Fases duras

Aceros de límite elástico superior

Si bien, resulta posible clasificar los aceros tan solo conforme a sus características mecánicas, ello, sin embargo, carece de exactitud. No existe un valor fijo que defina los límites entre los diferentes aceros. En la mayoría de los casos se trata de un margen bastante amplio. Así por ejemplo, puede haber casos en los que los aceros de alto límite elástico presenten características idénticas o superiores a l as de los aceros de límite elástico superior. Por ese motivo es más habitual, acertado y agradable clasificar los aceros por familias de acu erdo con el procedimiento de su fabricación. En las páginas siguientes se tratan los aceros de estas familias, en la forma como vienen siendo aplicados crecientemente en las carrocerías. Sobre todo se explican los mecanismos destinados a incrementar la RESISTENCIA en comparación con el acero convencional para embutición profunda. Es importante que exista un equilibrio entre el aumento de la resistencia y la maleabilidad. El aumento de la RESISTENCIA  de los aceros se consigue, en esencia, de cuatro diversas maneras: por temple de cristal mixto ( CRISTAL MIXTO = solución sólida/dura), ● por refinamiento del grano y endurecimiento por precipitación, ● ● mediante "endurecimiento al horno" y por temple con fases estructurales duras ● 30

Aumento de resistencia del acero Aumento de resistencia – por temple de cristal mixto Con el término del temple se asocia generalmente un tratamiento térmico del acero para conseguir una mayor DUREZA . El aumento de la RESISTENCIA y también de la DUREZA , sin embargo, ya puede conseguirse asimismo por medio de la ALEACIÓN con otros elementos. En el caso de esta forma de proceder se habla de un temple del cristal mixto (también solución sólida). Con este procedimiento para endurecer el material pueden obtenerse p. ej. ambos tipos de aceros IF (aceros sin átomos intersticiales) de límite elástico superior y aceros aleados al fósforo.

ÁTOMO  de la estructura molecular básica de FE

ÁTOMO de FE cambiado por sustitución (p. ej. fósforo)

Material aleante incluido en los intersticios (IF) (p. ej. carbono y nitrógeno) S421_014

●

Aceros IF de límite elástico superior Estos aceros poseen una matriz de ferrita sin aleantes intersticiales disueltos. En la masa fundida del acero se aplica un tratamiento específico para establecer ya desde ahí un contenido correspondientemente bajo de carbono y nitrógeno. Los ÁTOMOS restantes de estos elementos son ligados por microaleación con titanio y niobio. Estos aceros poseen una buena maleabilidad a falta de los bloqueos provocados por el carbono y el nitrógeno (aceros sin átomos intersticiales). Para ajustar la RESISTENCIA  deseada se agrega fósforo y manganeso al acero. En tal caso se habla de aceros IF de límite elástico superior. Estos aceros suelen tener una resistencia mínima a la tracción comprendida entre 340 y 460 MPa o un límite de estricción mínimo (aquí el límite de dilatación de 0,2% RP 0,2) entre 180 y 340 MPa.

●

Aceros aleados al fósforo: Estos aceros también tienen una matriz de ferrita y contienen elementos de temple resultantes del temple de cristal mixto con fósforo (sustitución), cuyo contenido puede alcanzar hasta un 0,12 %. Los aceros se distinguen por su combinación entre la "RESISTENCIA  mecánica y la prensabilidad", por lo cual hallan múltiples aplicaciones, por ejemplo para piezas estructurales o de refuerzo (largueros, travesaños, pilares, etc.), piezas que tienen que ser resistentes a la fatiga o piezas que desempeñan un papel importante en colisiones. Los aceros suelen tener una resistencia mínima a la tracción comprendida entre los 340 y 480 MPa o un límite de estricción mínimo entre 220 y 360 MPa.

Los aceros presentan un equilibrio homogéneo entre la prensabilidad y la RESISTENCIA mecánica. En las reparaciones, los aceros presentan una buena soldabilidad en cualquier procedimiento de soldadura.

31

Aceros para la construcción de carrocerías Aumento de resistencia – por refinamiento del grano / endurecimiento por precipitación Grano del cristal   a   r   u    t   c   u   r    t   s   e   o   r   c    i    M   a   n    i    l   a    t   s    i   r   c   a   r   u    t   c   u   r    t   s    E

ÁTOMOS

La RESISTENCIA  de un acero puede ser incrementada a base de reducir el tamaño del grano (refinamiento del grano) y mediante endurecimiento por precipitación. El principio del refinamiento del grano se utiliza p. ej. para aceros microaleados. Para ello se aplican pequeñas cantidades de los aleantes vanadio, niobio y titanio. Durante el proceso de laminado en caliente, esta microaleación produce una fina dispersión de separaciones de carburo/  nitruro. Con ello se limita el crecimiento del grano y surgen granos de ferrita de < 10 micras. A lo largo de la conversión, sin embargo, en la siguiente fase de enfriamiento lento se vuelven a separar carburos/  nitruros. Estos son aún más finos – provocan un endurecimiento por precipitación. De esta forma se obtienen aceros de grano fino microaleados, con una alta RESISTENCIA  y un limitado contenido de aleantes. Los aceros de grano fino microaleados suelen tener una resistencia mínima a la tracción entre 350 y 730 MPa o un límite de estricción mínimo de 260 a 550 MPa.

S421_021

Estos aceros se emplean sobre todo para piezas estructurales interiores de la carrocería, que deben presentar una alta resistencia a la fatiga, como son por ejemplo los refuerzos y elementos de suspensiones de anclaje. Gracias a sus propiedades mecánicas permiten crear piezas de refuerzo y estructurales más ligeras. Una variante de los aceros microaleados está constituida por los aceros isotrópicos, en los cuales las características específicas del material no están supeditadas al sentido de la laminación. El comportamiento isotrópico se consigue mediante una técnica de aleación especial por medio de manganeso y silicio. Los aceros isotrópicos suelen poseer una resistencia mínima a la tracción comprendida entre los 300 y 400 MPa o un límite de estricción mínimo de 260 a 550 MPa. Los aceros isotrópicos resultan particularmente adecuados para componentes de la chapa exterior, a los que les corresponde una gran importancia el comportamiento isotrópico. Los aceros de grano fino microaleados son muy adecuados para la soldadura en cualquiera de los procesos.

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Aumento de resistencia – mediante endurecimiento al horno Los aceros de endurecimiento al horno son muy adecuados para la conformación en el estado de suministro. Su resistencia superior definitiva la reciben después de pasar la pieza conformada por el horno para el secado de la pintura. Estos aceros cumplen de un modo muy adecuado las exigencias planteadas en lo que respecta a un buen comportamiento de conformación asociado a una alta resistencia de la pieza – esto manifiesta ser una gran ventaja en la fabricación de una carrocería. El aumento del límite elástico Re  a Re(BH) se obtiene por medio de un tratamiento térmico a baja temperatura, como sucede en el horno para el secado de la pintura. Esto también recibe el nombre del "efecto de secado al horno - bake-hardening effect" (BH effect), lo que significa que el calentado y secado en el horno a 180 °C es comparable con una operación de horneado.

Límite elástico (Re) después del tratamiento térmico

   )   a    P    M    (   n    ó    i   s   n   e    T

  o    d   H    i   n   B   e   e    t    b   d   o   o   o   i    t    d   n   e   e   m   m  r   e   r   o   c   p   n    I

Límite elástico (Re ) original

S421_022 Alargamiento (%)

Este calentamiento resulta suficiente para modificar la estructura molecular de las chapas, de modo que entre en vigor un aumento del límite elástico.

Los aceros BH constan de una matriz de ferrita, que contiene el carbono en solución sólida que se necesita para el posterior "efecto de endurecimiento al horno". La mejora obtenida con el tratamiento térmico suele superar los 40 MPa, lo que significa que un acero con una resistencia a la rotura (R p 0,2 ) de aprox. 220 MPa, después de someterse al "efecto de endurecimiento al horno", presenta una resistencia a la rotura de hasta 260 MPa. Los aceros de endurecimiento al horno suelen tener una resistencia mínima a la tracción comprendida entre los 300 y 480 MPa o un límite de estricción mínimo de 180 a 360 MPa. Ventajas del "efecto de endurecimiento al horno": ●

●

Mejora la resistencia a la deformación de todas las piezas procesadas, incluso la de aque llas que poseen un bajo nivel de deformación (capós de motor, techos, puertas, a letas …). Se requiere un menor espesor de la chapa para obtener las mismas propiedades mecánicas. De ese modo se reduce el peso de la carrocería y aumenta a la vez su resistencia a la deformación.

Los aceros BH se emplean para piezas que guarnecen la carrocería (puertas, capós de motor, portones posteriores, aletas delanteras y techos) o p ara piezas estructurales importantes (refuerzos de pilares o largueros). Para el reconformado o estiraje se requiere un mayor esfuerzo, por ser superior el límite elástico de este material. Por su baja ALEACIÓN  es soldable adecuadamente con cualquier método. 33

Aceros para la construcción de carrocerías Aumento de resistencia – mediante fases duras El aumento de la RESISTENCIA  de los aceros por medio de fases duras permite obtener así los llamados "aceros polifacéticos", que consiguen su RESISTENCIA por medio de la coexistencia de fases "duras" y "blandas" – es decir, de varias fases en su microestructura.

En la fabricación del acero con fases duras se parte de un acero inicial que se somete a un proceso específico que lo transforma en un acero con una modificada composición de su microestructura.

Estas fases duras y blandas constituyen componentes microestructurales del acero, que se caracterizan por poseer cada uno una DUREZA  diferente.

Fabricación de aceros polifacéticos Para la fabricación de aceros polifacéticos se aprovecha la capacidad del acero de formar diferentes microestructuras en función de las condiciones de conformación y enfriamiento. Estos diferentes componentes microestructurales, y particularmente su combinación inteligente, permiten ajustar las propiedades del material de un modo muy variable, adaptado a los deseos del cliente.

Cada fabricante puede aplicar sus propios métodos para la elaboración. Así p. ej., en el caso de la banda de chapa laminada en frío puede conseguirse posteriormente la microestructura deseada calentando el material. Asimismo, la banda de chapa obtenida por laminación en caliente puede ser enfriada directamente a continuación, con lo cual se logra configurar la microestructura deseada.

Los aceros polifacéticos se fabrican actualmente dentro de un margen de resistencias a la tracción comprendidas entre los 500 y aprox. 1.400 MPa.

Tomando como ejemplo el tratamiento de la banda de chapa laminada en caliente se pretende explicar a continuación los aceros polifacéticos y su elaboración – incluyendo representaciones gráficas simplificadas de las fases de temperatura y conversión (ver página 36 – 37).

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Pertenecen a la categoría de los aceros polifacéticos: ● ● ● ●

aceros DP (aceros de fase dual) aceros TRIP (aceros de plasticidad inducida por transformación) aceros CP (aceros de fases complejas) aceros MS (aceros martensíticos)

Todos estos aceros se distinguen por su alta rigidez, alta absorción de energía y una gran resistencia a la deformación. Las aplicaciones más usuales son aquellas, en las que se requiere una alta absorción de energía sin deformación de la pieza, como sucede en el caso del refuerzo para el pilar B o de los refuerzos interiores para el larguero inferior. La reconformación de chapas de este tipo suele plantear dificultades, por lo cual se procede más bien a la sustitución directa de la pieza en cuestión. En cambio, la soldabilidad es óptima con cualquier procedimiento.

Aceros MS

Aceros TRIP

Aceros DP

Aceros CP

S421_031

Resistencia a la tracción Rm 600 - 800 MPa 500 - 600 MPa

>1.000 MPa >800 MPa

Austenita

Bainita

Ferrita

Martensita

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Aceros para la construcción de carrocerías Aceros DP (fases dual) Los aceros DP poseen una alta RESISTENCIA  mecánica y una buena deformabilidad; la resistencia a la tracción Rm se sitúa entre los 500 y 600 MPa. Su RESISTENCIA se consigue enfriando rápidamente la banda caliente – directamente después de la operación de laminado – dentro del margen de ferrita. Una pausa del enfriamiento en el margen de la ferrita permite que se forme una cantidad suficiente de ferrita. Después de ello se procede a enfriar aceleradamente a una baja temperatura de bobinado, de modo que la austenita restante sea convertida en martensita. La celeridad del enfriamiento y la composición del acero están ajustadas de modo que no se produzca perlita y, de ser posible, sólo se produzca una baja cantidad de bainita. Surge con ello una estructura mixta de aprox. un 80 - 90 % de ferrita con un 10 20 % de martensita incluida de forma aislada.

Laminadora Banda de chapa   a   r   u    t   a   r   e   p   m   e    T

Ferrita

Perlita

Bainita Martensita

Bobinadora* Tiempo S421_028

Los "aceros de fase dual" contienen aprox. un 0,12 % de carbono, 0,5 % de silicio y 1,46 % de manganeso. * Bobinadora = dispositivo para enrollar la banda en caliente

Aceros "TRIP" (transformation induced plasticity = plasticidad inducida por transformación) Los aceros TRIP presentan una muy buena relación entre la RESISTENCIA y la conformabilidad; la resistencia a la tracción Rm se sitúa entre los 600 y 800 MPa. La RESISTENCIA  se consigue enfriando rápidamente la banda caliente – directamente después de la operación de laminado. Se enfría hasta el margen de la ferrita y allí es donde se forma la ferrita durante una pausa del enfriamiento. Durante esa fase, la austenita se enriquece con carbono. Luego se refrigera hasta el margen de la bainita y a esa temperatura se procede a bobinar la banda caliente. Continúa el enriquecimiento de la austenita con carbono. Si la temperatura de inicio de la martensita cae por debajo de la temperatura ambiental, la austenita no transformada hasta ese momento permanece en la microestructura en forma de la llamada "austenita residual". Por medio de una ALEACIÓN  adecuada se evita la indeseable formación de martensita en la bainita. También la temperatura de la bobina reviste una importancia decisiva para el proceso.

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  a   r   u    t   a   r   e   p   m   e    T

Ferrita

Perlita

Bainita Martensita Tiempo S421_029

Los aceros "TRIP" tienen hasta un 20 % de austenita residual en su estructura. Esta austenita residual es transformada en martensita, sólo con motivo de la conversión posterior, con lo cual se consigue una solidificación. Los aceros TRIP suelen contener aproximadamente un 0,15 - 0,4 % de carbono, 1 - 2 % de silicio y 0,5 2 % de manganeso.

Aceros CP (de fases complejas) Los aceros CP marcan la transición hacia los aceros de límite elástico supremo, que pueden presentar valores de resistencia a la tracción Rm de más de 800 MPa. Los aceros CP se distinguen por su alta absorción de energía energía y por una alta resistencia a la deformación. La RESISTENCIA  se consigue enfriando rápidamente la banda caliente – directamente después de la operación de laminado. Se procede a enfriar rápidamente hasta una t emperatura emperatura de bobinado comprendida dentro dentro del margen de la bainita y a esa e sa temperatura se efectúa efectúa el bobinado. En esa operación sólo se producen escasas cantidades de ferrita y martensita. Se utilizan adiciones de microaleantes, tales como el niobio y el titanio, para refinar el grano. Con ello se le da al acero una estructura de grano muy fino.

  a   r   u    t   a   r   e   p   m   e    T

Ferrita

Perlita

Bainita Martensita Tiempo S421_097

Los aceros CP poseen un bajo contenido de carbono, situado por debajo de un 0,2 %, aparte a parte de que contienen aleantes, tales como el manganeso, silicio, molibdeno y boro.

Aceros Aceros MS (martensíticos) (ma rtensíticos) Los aceros MS MS pertenecen per tenecen a los de límite elástico supremo. Se distinguen por tener valores de resistencia a la tracción Rm desde unos 1.000 MPa M Pa hasta más de 1.400 MPa. La RESISTENCIA  se consigue enfriando la banda ban da caliente con una rapidez máxima – directamente después de la operación de laminado. Se enfría con ello hasta unos 200 °C y se procede a bobinar la banda. De ese modo se genera una microestruc m icroestructura tura predominantemente predominantemente martensítica.

  a   r   u    t   a   r   e   p   m   e    T

Ferrita

Perlita

Bainita Martensita Tiempo S421_098

Debido a las altas RESISTENCIAS  de más de 1.400 MPa es necesario someter las piezas de aceros martensíticos al conformado en caliente para darles posteriormente la forma prevista. p revista.

Debido a que, por el riesgo de que se difundan las propiedades del material, deben evitarse, en lo posible, los contenidos de ferrita, por mínimos que sean, se procede a controlar controlar la conve c onversión rsión en la forma deseada a base de alear Mn, B y Cr. La RESISTENCIA  se controla a través del contenido de carbono.

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Aceros para la construcción de carrocerías Estructura de la carrocería La estructura de la carrocería, carrocería, o monocasco, constituye el elemento central más importante del conjunto carrocero.

Tomando como ejemplo el Golf G olf actual se pretende mostrar cuáles son los diferentes materiales que s e emplean en los grupos componentes de la carrocería.

Una carrocería moderna tiene que cumplir hoy en día d ía con planteamientos extensos y muy complejos. Por ese motivo se la optimiza con los enfoques siguientes: ● ● ● ● ●

Seguridad pasiva Construcción ligera Solidez y resistencia a oscilaciones Protección Protección de peatones Protección Protección anticorrosión anticorrosión

Esta optimización, aparte de conseguirse por medio de la configuración geométrica / de diseño de los SEMIPRODUCTOS y perfiles empleados, también se obtiene a base de aplicar de forma específica materiales con diferente límite elástico para la parte de la carrocería a que se destinan. de stinan. El material que se emplea em plea principalmente es el acero. Pero en el sentido de d e obtener construcciones ligeras también se aplican materiales de aluminio a luminio y plástico. En una medida me dida creciente vienen vienen utilizándose chapas con LÍMITES ELÁSTICOS superiores – las RESISTENCIAS supremas vienen dadas en las chapas de límite elástico supremo conformadas en caliente. ¿Qué caracteriza a estas chapas? Son chapas de acero a cero que se someten a conformación en caliente, a temperatur t emperaturas as comprendidas aproximadamente entre los 900 y 950 °C. Con un desarrollo definido del enfriamiento se configura configura la microestructura que ofrece una mayor RESISTENCIA  y DUREZA . Se habla también t ambién de chapas rigidizadas por geometría en la matriz.

Chapas de límite elástico supremo en los grupos componentes: ● ● ●

De esa forma pueden fabricarse p. ej. piezas de de carrocería esbeltas y ligeras, sin que intervengan pérdidas de resistencia.

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●

●

pilar A interior consolas de los asientos asi entos largueros largueros inferiores exteriores consolas anteriores en los largueros largueros delanteros traviesa del paragolpes trasero

S421_071

Leyenda Chapas de hasta 140 MPa Chapas de alto límite elástico de 180 a 240 MPa

Chapas de límite elástico supremo conformadas en caliente en los grupos componentes: ● ● ● ● ● ●

traviesa del paragolpes delanter de lanteroo traviesa en la zona del vano reposapiés largueros inferiores interiores túnel central zona del pilar A / montante de techo pilar B

Chapas de límite elástico superior de 260 a 320 MPa Chapas de límite elástico supremo de 340 a 700 MPa Chapas de límite elástico supremo conformadas en caliente, de más de 1.000 MPa

Los datos de las resistencia en MPa se refieren a Rm = resistencia a la tracción. 1 MPa = 1 Newton/mm2

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Fundamentos - técnica de procesos Fabricación de los semiproductos A una carrocería moderna se plantean exigencias de diseño cada vez más estrictas y más d iferenciadas. Para cumplir con estas exigencias es preciso elegir y aplicar los materiales/ SEMIPRODUCTOS  "a medida" para la zona de carrocería en cuestión y el perfil de cargas que está dado allí. En los cálculos de la carrocería y en las pruebas prácticas posteriores se obtienen desarrollos de las cargas que intervienen en la carrocería, y que pueden reproducirse de un modo cada vez más apegado a la práctica, si se aplican las posibilidades de cálculo de que se dispone actualmente.

Diseño y cálculo

Pruebas en laboratorio y en la práctica

Tomando como base el resultado del cálculo y de las pruebas se deriva entonces la configuración estructural de la carrocería: ● ● ●

●

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Determinación del perfil del semiproducto Elección del material para el semiproducto Elección de las partes de la carrocería y su material, para los cuales se realiza un tratamiento específico durante la fabricación (p. ej. rigidización en la matriz de conformación) Elección de las zonas de carrocería y las piezas que presentan variaciones de la sección dentro de una zona parcial (chapas empalmadas = t ailored blanks)

Procedimientos de conformación Para la fabricación de los SEMIPRODUCTOS se aplican diversos procedimientos. Las chapas finas de acero actuales ofrecen muy buenas posibilidades para satisfacer las exigencias planteadas a la seguridad y a las construcciones aligeradas, contando a la vez con altas RESISTENCIAS . Sin embargo, para darles una forma específica deben presentar una buena maleabilidad. Tan sólo de ahí ya puede entreverse la complejidad de las exigencias planteadas.

Los procedimientos de conformación más esenciales son: Embutición profunda

Moldeo de expansión por presión interior (hidroconformado)

Extrusión

Laminado

Extrusión a presión

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Fundamentos - técnica de procesos Embutición profunda En la embutición profunda se conforma el material mediante la acción simultánea de f uerzas de tracción y presión. Las chapas son conformadas en una o varias operaciones. Se aplican materiales con las correspondientes características de fluidez – chapas de embutición profunda. Una forma especial de la embutición profunda es la del acuñado. Aquí es posible conferir estructuras y formas en relieve a la superficie de las chapas, como pueden ser letras – esta operación, sin embargo, suele ejecutarse combinada con el proceso de embutición profunda. Macho de embutición

La pieza cortada al tamaño es colocada en la matriz de embutición …

Rodaja

Matriz de embutición profunda

S421_060 Fuerza de conformación Pisador

… y aprisionada por medio del pisador.

S421_061

El macho es oprimido hacia abajo y se lleva la chapa sobre el borde de embutición al interior del orificio en la matriz. El pisador oprime la chapa con tal fuerza contra la matriz de embutición profunda, que no se puedan producir arrugas en la zona de la pestaña.

Una vez finalizada la operación de embutición, el macho libera la pieza al dirigirse hacia arriba.

Brida

Borde de embutición

S421_062

Borde de salida

S421_063

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Moldeo de expansión por presión interior (hidroconformado) En el caso del hidroconformado se modifica la geometría de la pieza aplicando fuerzas de presión. En este procedimiento se oprime un perfil de chapa con alta presión contra las paredes de un molde hue co. Con este procedimiento también pueden fabricarse muy rápidamente piezas de geometrías diferentes y complejas, p. ej. con formas accesorias. Aparte de ello también se puede reducir la cantidad de costuras soldadas. La rigidización en frío que interviene por motivo de la conformación incrementa la resistencia o rigidez de la pieza.

Útil de retención

Medio molde Tubo

El perfil de chapa es colocado en la mitad inferior del molde que consta de dos piezas.

Medio molde Macho de estanqueidad

Luego se cierra el molde y se lo carga con un fluido hidráulico para ejercer presión. Medio de presurización

Acto seguido se somete el fluido a una presión de aprox. 170 MPa. Las fuerzas inscritas oprimen el perfil de chapa contra las paredes del molde y generan con ello la nueva forma deseada.

Forma accesoria

Al finalizar el hidroconformado abren las dos mitades del molde y puede extraerse la pieza moldeada.

Pieza en T terminada

S421_080

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Fundamentos - técnica de procesos Extrusión Con el proceso de extrusión se cambia la forma del material aplicando fuerzas de presión. Los materiales aplicados en este proceso deben poseer una alta maleabilidad.

Rasero

Plaqueta

Macho

Matriz

Forma inicial (plaqueta)

Pieza terminada

S421_066

Con el método de la extrusión se prensan los materiales mediante macho y matriz para producir cuerpos macizos o huecos. En la matriz se coloca un bloque como material de partida. Cuando el macho comprime este material con alta presión, éste escapa por el otro lado hacia la parte abierta de la matriz. Con la deformación se obtiene una solidificación. Aparte de ello puede obtenerse una calidad específica de la superficie con ayuda de la matriz.

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Laminado En el proceso de laminación se deforma el material por medio de fuerzas de presión.

Rodillo

Los perfiles, las chapas, tubos y alambres son transportados y conformados entre dos rodillos giratorios. El material es comprimido por los rodillos, con lo cual se solidifica. Aparte de ello pueden conseguirse calidades específicas de la superficie. S421_064

Extrusión a presión En el proceso de extrusión a presión se modifica la forma del material por medio de fuerzas de presión.

Macho

Matriz Barra maciza

En este procedimiento, los materiales calentados son hechos pasar a presión por una matriz, p roduciendo una especie de varilla. Según la geometría de la matriz empleada pueden fabricarse diferentes perfiles. El material se comprime por la conformación en la matriz y se solidifica correspondientemente.

S421_065

Bloque

Portamatriz

Aparte de ello pueden conseguirse calidades específicas de la superficie.

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Fundamentos - técnica de procesos Chapas empalmadas (tailored blanks) El concepto "tailored" expresa que las piezas vienen "confeccionadas", es decir, empalmadas a medida. El término "blanks" se refiere a las plaquetas, planchas o chapas. En el sentido figurado, las "tailored blanks" son, por tanto, "plaquetas confeccionadas a medida".

Con las chapas empalmadas resulta posible adaptar cada vez mejor y de un modo más exacto la estructura de la carrocería a las cargas que intervienen en determinadas zonas. Con ello pueden fabricarse formas complejas con un diseño ajustado a las condiciones dadas.

Las chapas empalmadas fueron desarrolladas originalmente para producir plaquetas con una anchura que no podía alcanzarse con la tecnología de la laminación de aquellos tiempos. Hoy en día se utilizan las ventajas de las chapas empalmadas, sobre todo para ensamblar diferentes calidades de acero y espesores de la chapa formando una sola pieza terminada.

Las diferentes piezas de las chapas empalmadas se unen por soldadura. Después de la soldadura se someten a la conformación, p. ej. por embutición profunda.

Ejemplo: conjunto del piso delantero con chapas empalmadas (tailored blanks)

S421_039

Piso delantero

Larguero delantero Grosor creciente de la chapa

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Para la unión de los diferentes componentes de chapas empalmadas se aplican diversos procedimientos de soldadura. Un procedimiento frecuentemente utilizado era el de soldadura de costura aplastada. Éste, sin embargo, ha sido sustituido hoy en día, en la mayoría de los casos, por la moderna soldadura láser. Por ese motivo no se tratarán aquí más detalles acerca de la soldadura de costura aplastada.

... Unión por soldadura láser Boquilla láser

Alimentación de alambre de soldadura

Rayo láser

Alambre de soldadura S421_095

Para conseguir las calidades requeridas en las costuras de soldadura láser se tienen que preparar muy bien los bordes para la costura.

Chapa

... Unión por soldadura de alta frecuencia Aparte de la soldadura láser se utiliza actualmente también la soldadura de alta frecuencia para producir las chapas empalmadas.

Mordazas de sujeción / electrodos Chapa

En este procedimiento se sujetan las chapas con una franquicia "x" definida. La corriente de alta frecuencia se aplica directamente sobre las chapas por medio de mordazas de sujeción / electrodos. Por los efectos electrodinámicos que intervienen, la corriente de la soldadura se concentra en los bordes de la chapa. Una vez alcanzada la temperatura necesaria se desconecta la corriente y se aprietan mutuamente los cantos de unión calentados.

Chapa

S421_069 Conexión de AF

Abultamiento de la costura

S421_084

Con la soldadura de alta f recuencia pueden obtenerse tiempos de ciclo muy breves. La preparación de la costura plantea menores exigencias que la de la soldadura láser. También pueden soldarse de buena forma las costuras que no tienen una geometría rectilínea. La desventaja de este procedimiento es que la costura queda abultada después de concluir la operación de soldadura. Este abultamiento tiene que ser rebajado posteriormente.

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Fundamentos - técnica de procesos Procedimientos de unión Las carrocerías autoportantes tienen que alcanzar la solidez y rigidez necesarias tan sól o a través de su estructura – sin un bastidor que las respalde. Los procedimientos de unión empleados en la fabricación de las carrocerías revisten una gran importancia a este respecto. Con las operaciones de u nión se fijan las piezas entre sí.

En la construcción de carrocerías se aplican los siguientes tipos de uniones: Unión en arrastre de fuerza: ●

Unión atornillada

Las uniones en arrastre de fuerza, como son las atornilladas, hoy en día ya sólo representan un reducido porcentaje de los procedimientos de unión que intervienen en la construcción de las carrocerías. Con las uniones atornilladas apenas si es posible alcanzar las exigencias planteadas a la solidez y rigidez de la carrocería.

S421_086

Unión en arrastre de forma: ●

Unión remachada

Las uniones remachadas pueden contarse entre las uniones en arrastre de forma. Por lo menos dos piezas se compenetran y se unen. También con una unión remachada solamente se alcanzan con restricciones las exigencias planteadas por cuanto a solidez y rigidez.

S421_087

Unión en arrastre de material: ● ● ●

Unión por soldadura con fusión del material básico Unión por soldadura sin fusión del material básico Unión pegada

Con las uniones en arrastre de material sí pueden cumplirse las exigencias indicadas. Con estos procedimientos de unión se produce un material integral, en cuyo caso se mezclan los materiales en la franquicia de la unión, p. ej. al soldar. Las piezas unidas de ese modo pueden ser consideradas "casi" como una pieza nueva. El mezclado del material no se produce al soldar sin fusión del material básico ni al pegar, pero el contacto directo en la franquicia de unión es esencialmente más intenso, por lo cual se consiguen RESISTENCIAS correspondientemente altas.

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S421_088

Unión atornillada Las uniones atornilladas suponen la ventaja de posibilitar reparaciones y trabajos de sustitución de un modo adecuado y económico.

Unión atornillada de la traviesa delantera en el Passat 2006 (ejemplo)

Sin embargo, hoy en día presentan el inconveniente de que sólo pueden conseguir con dificultad los efectos de rigidez que se desea tener en una carrocería autoportante. Estas ventajas pasan a tener una segunda importancia en muchos casos si se comparan con las ventajas que ofrece una unión en arrastre de material. Justo en el contexto de la seguridad a colisiones o también, en general, en el contexto del comportamiento dinámico, se necesita, sin embargo, una carrocería muy rígida.

S421_040 Traviesa delantera (Passat 2006)

Aquí encuentran sus límites las uniones atornilladas. Por ese motivo se aplican tornillos, sobre todo, donde no se afecta la capacidad portante de la estructura carrocera.

Unión atornillada de la aleta delantera izquierda en el Golf 2004 (ejemplo)

Aparte de ello se procede a unir por tornillos una mayor cantidad de piezas separables. ¿Dónde se encuentran p. ej. las uniones atornilladas? ● ●

Fijación de aletas al monocasco Fijación de la traviesa delantera a los largueros

Aleta delantera izquierda (Golf 2004)

S421_041

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Fundamentos - técnica de procesos Unión remachada Remachado estampado En el procedimiento del remachado estampado se hace pasar un remache semihueco a través de la primera capa de chapa por medio de un útil de remachar. La segunda capa de chapa solamente es deformada por el remache, sin ser traspasada. La punta del remache semihueco se abre y forma así una cabeza de cierre, que le da la firmeza necesaria a la unión remachada.

Útil de remachar (elemento superior) Remache semihueco Primera y segunda capas de chapa Útil de remachar (elemento inferior) S421_050

Ventajas: ● ● ●

No hay que pretaladrar las chapas No se traspasa la segunda capa de chapa Ofrece una mayor RESISTENCIA  y requiere menos energía que la soldadura por puntos de resistencia

S421_051

Para el remache estampable se utiliza el material de acero. Si han de emplearse para chapas de aluminio, los remaches tienen que ir dotados de una capa de cinc-níquel para evitar corrosión galvánica de contacto.

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Macho

Unión por penetración (clinchado) Chapas superior e inferior

La unión por penetración se establece entre componentes sencillos, no portantes, porque el sitio de la unión sólo posee una baja RESISTENCIA . Aquí se suprime el remache. En el punto de la unión, el macho comprime ambas chapas en una matriz. Con la embutición y el recalcado de la chapa superior en la inferior se crea una unión en arrastre de fuerza y de forma. Ventajas: ● ●

S421_053

S421_054

Técnica de unión rápida y limpia Bajo coste

Si se utilizan chapas de diferente material, éstas deben ir dotadas de una capa electroquímicamente aislante para evitar corrosión galvánica de contacto.

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Matriz

S421_055

Remachado ciego El remachado ciego puede aplicarse en los sitios que sólo se encuentran al acceso por un lado.

En las figuras se muestra a título de ejemplo la secuencia de operaciones de un remachado ciego empleando remaches empernados.

Remachadora Perno

Los remaches empernados son remaches huecos dotados de un perno. El remache empernado se introduce con una remachadora en los taladros coincidentes de las piezas a unir.

S421_056

Piezas a unir

Con la remachadora se retrae ahora el perno. El extremo sobresaliente del vástago del perno forma durante esa operación la cabeza de cierre. El perno se rompe en el punto fusible. S421_057

Luego se retira la remachadora con el perno roto y queda terminada la unión remachada.

Remache empernado

S421_058

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Fundamentos - técnica de procesos Soldadura En su condición de procedimientos de soldadura se aplican hoy en día de un modo muy extensivo la soldadura láser y la soldadura por resistencia. Por ello se tratará la soldadura como un ejemplo de estos dos procedimientos. Aparte de la soldadura láser también halla aplicación la soldadura al plasma – un mé todo más desarrollado del procedimiento de soldadura TIG (TIG = tungsten inert gas). Sin e mbargo, este procedimiento está todavía relativamente poco extendido en la construcción de carrocerías, por lo cual no se lo t ratará aquí.

Soldadura láser En el caso de la soldadura láser se genera el calor para la fusión del material con a yuda de un rayo láser. La soldadura láser fue aplicada primeramente para la fabricación de chapas empalmadas (tailored blanks) en la construcción de vehículos. Debido a las numerosas ventajas que ofrece, viene hallando una creciente proliferación, también en el ensamblaje del vehículo: ●

●

La soldadura láser permite establecer una unión de piezas "casi exenta de zonas de transición" – lo cual supone una ventaja especial para la unión de chapas de límite elástico superior. El comportamiento portante del material también se conserva en gran medida dentro de la zona de la costura.

● ● ● ● ●

La superficie de una costura láser ya tiene un calidad tan buena, que el trabajo de repaso, p. ej. para el pintado adecuado, sólo requiere tiempos mínimos.

Boquilla láser Alimentación de alambre de soldadura

en la zona de los huecos de las puertas en el montante de techo delante y detrás en los laterales del marco del parabrisas en el área del pasarruedas delantero en el área del marco de la luneta trasera en la chapa de cierre trasera

Al aplicar el método de la soldadura láser, el alto poder energético del rayo láser funde los materiales básicos a unir y el alambre de aportación alimentado.

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●

Se opera con altas velocidades de trabajo asociadas a una muy buena calidad de la superficie.

Asimismo posibilita costuras complicadas, p. ej. con soldadura unilateral. Con la aplicación de un alambre de aportación, aparte de poderse realizar costuras a tope, también resultan posibles otras formas de las costuras, como p. ej. de rincón o en ángulo.

Uniones de soldadura láser en el ejemplo del Passat 2006: ●

●

Rayo láser Alambre de soldadura

Chapa S421_059

Soldadura por resistencia Con este procedimiento pueden soldarse materiales eléctricamente conductivos. La corriente eléctrica que fluye por el sitio a soldar se encarga de fundir el material, con lo cual las piezas a unir quedan soldadas – sin requerir material de aportación. En general se trabaja con tensiones bajas y corrientes de alta intensidad, d e modo que sea posible obtener el efecto de soldadura, pero que no intervengan aspectos peligrosos. Existen diferentes variantes de la aplicación de este principio de soldadura, tales como p. ej. la ● ●

soldadura por puntos de resistencia y soldadura por resistencia a tope

Soldadura por puntos de resistencia: En la construcción de carrocerías sigue correspondiendo un alto grado de importancia a la soldadura por puntos de resistencia. Nuevas posibilidades vanguardistas para la gestión y regulación del proceso posibilitan hoy en día también uniones de soldadura por puntos de resistencia en chapas de límite elástico superior o incluso en chapas con recubrimiento. En la construcción de carrocerías modernas se aplica adicionalmente adhesivo en el plano de la unión, para mejorar la capacidad portante y la rigidez de una unión de esa índole y para incrementar su resistencia a oscilaciones. La capa de adhesivo evita adicionalmente la penetración de sustancias, p. ej. agua u otros líquidos, y contribuye con ello también a evitar corrosión de los resquicios. Una variante de la soldadura por puntos de resistencia viene dada por la soldadura de resistencia con laminado de la costura, cuyos electrodos están ejecutados en forma de rodillos giratorios. Las piezas a unir pasan por la pareja de rodillos-electrodos y se genera una costura soldada.

Electrodo

Puntos soldados

Chapa S421_067 Electrodo

Soldadura por resistencia a tope La soldadura por resistencia a tope se em plea únicamente para uniones no portantes. Con este procedimiento se oprimen dos piezas entre sí y se les aplica corriente; en el punto de la presión se funde el material y produce la unión soldada. En la construcción de carrocerías se sueldan con ello p. ej. pernos a las piezas de chapa.

Perno Chapa

Sitio de la unión por soldadura

S421_076

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Fundamentos - técnica de procesos Soldadura sin fusión del material básico A diferencia de la soldadura con fusión del material básico, en el caso que nos ocupa no se funden en el sitio de la unión las piezas que han de ser soldadas. Se emplea un material de aportación de bronce – la aleación soldante. La aleación soldante que se funde en este proceso rellena el espacio del resquicio de la unión y une las piezas en cuestión con una alta RESISTENCIA . Por las bajas temperaturas que se emplean para soldar sin fusión del material básico se influye p. ej. con menor intensidad sobre la capa de cinc en las chapas galvanizadas y se evitan mayores endurecimientos locales en la zona de la unión. Con la aleación soldante pueden puentearse mejor los resquicios de las uniones. Las bajas temperaturas del proceso permiten contar con menores contracciones térmicas. A continuación se explican brevemente los procedimientos más esenciales de la soldadura sin fusión del material básico. Soldadura MSG sin fusión del material básico Boquilla de gas protector Arco voltaico

Soldadura TIG sin fusión del material básico

Suelda (alambre) Avance del alambre

Electrodo de tungsteno Casquillo de sujeción

Costura soldadura Avance del alambre

Chapa

Boquilla de gas protector Chapa Costura soldadura Arco voltaico

Suelda (alambre) S421_077

S421_122

La suelda se funde por el efecto del arco voltaico que se produce entre ésta y la pieza a soldar en atmósfera protegida.

La suelda se funde por el efecto del arco voltaico que se produce entre un electrodo de tungsteno y la pieza a soldar en atmósfera protegida.

Soldadura al plasma sin fusión del material básico

SOLDADURA LÁSER  sin fusión del material básico Boquilla láser

Boquilla de plasma Suelda (alambre) Avance del alambre

Rayo láser Electrodo de tungsteno Boquilla de gas protector Suelda (alambre) Chapa Avance del alambre Costura soldadura

Boquilla del alambre

Arco voltaico S421_123

En comparación con la soldadura TIG sin fusión del material básico, en el caso de la soldadura al plasma se entalla adicionalmente el arco voltaico por medio de una boquilla de plasma. Con ello se consigue una mayor densidad energética, que permite obtener costuras más estrechas y mayores velocidades de soldadura. 54

Chapa

Costura soldadura Boquilla del alambre

S421_072

En el caso de la soldadura LÁSER sin fusión del material básico, un rayo láser genera el calor necesario para soldar.

Pegado El pegado es un procedimiento en arrastre de material, destinado a unir componentes de forma indivisible, con ayuda de un adhesivo. Según la índole del adhesivo, el proceso de curado al pegar puede ser respaldado a base de aportar una pequeña cantidad de calor. El pegado viene obteniendo una creciente importancia en la fabricación de carrocerías, gracias al desarrollo de nuevos a dhesivos y procedimientos de pegado cada vez má s eficaces y confeccionados de forma específica para cada caso de aplicación. Las uniones pegadas pueden superar incluso la RESISTENCIA , p. ej. de los puntos soldados. El pegado, sin embargo, no sólo se utiliza para unir piezas. Especialmente en la construcción de carrocerías se aplica este procedimiento para toda una serie de funciones más, tales como p. ej. Adhesivo ●

●

● ● ● ●

●

●

el sellado de la zona de unión para evitar la penetración de humedad o medios corrosivos la unión de materiales diferentes, como p. ej. chapa de acero con material de plástico la amortiguación de ruido y de oscilaciones el sellado a gases y líquidos el incremento de la resistencia de los componentes la evitación de corrosión de los resquicios y de contacto la unión con mínimas contracciones, a base de evitar cargas térmicas la inscripción de fuerzas difundidas hacia la superficie

Elemento de carrocería

S421_043

El pegado adecuado requiere tratamientos previos correspondientes, tales como: ● ●

establecer superficies limpias y exentas de grasa aplicar una imprimación (promotor de adherencia)

Según el caso específico se aplican diferentes tipos de adhesivos. Se diferencian … … por composición

… por temperatura de aplicación

Adhesivos monocomponentes

Adhesivos en frío (temperatura ambiental)

Adhesivos bicomponentes

Adhesivos en caliente (120–250 °C)

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Fundamentos - técnica de procesos Procedimientos de recubrimiento Los diferentes recubrimientos de las superficies persiguen el objetivo de proteger el acero de la carrocería contra una posible oxidación ( CORROSIÓN) por efectos del aire y la intemperie. Se aplican aquí diferentes recubrimientos, siendo los más difundidos los que son a base de cinc. La carrocería en las fabricaciones actuales no se somete p. ej. al cincado por inmersión del conjunto completo, sino que se recubren los componentes de la carrocería o sus SEMIPRODUCTOS de partida antes de las siguientes fases de su elaboración. El cinc es un material que tiende a oxidarse más intensamente que el acero. Esto resulta de la posición que ocupa dentro de la serie de tensiones electroquímicas – según ello, el cinc es menos noble que el acero.

La capa de cinc cubre la superficie del acero y la protege así contra CORROSIÓN. La protección funciona óptimamente, siempre y cuando esta capa no sufra lesiones, p. ej. por intervenciones mecánicas. Pero si ocurre una lesión en la que se interrumpe la capa de cinc y queda al descubierto la superficie del acero, p. ej. por penetración de agua, la diferencia de potencial que ello origina entre ambos materiales distintos puede hacer que se disuelva prematuramente la capa de cinc. Pero con ello queda al descubierto la superficie de acero y comienza la CORROSIÓN en las zonas de la superficie afectada en el acero. Si el recubrimiento de cinc es combinado con un tratamiento de pintura se consigue una protección óptima, llamada "sistema duplex".

Los procedimientos habituales para el recubrimiento de cinc que se aplican en las carrocerías son:

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Cincado en baño de fusión para todas las piezas no visibles por fuera

Cincado galvanoaleado y cincado electrolítico para todas las chapas exteriores

Superficie áspera

Superficie lisa

Capa de cinc aprox. 10 micras

Capa de cinc aprox. 8 micras

Difícilmente conformable

Fácilmente conformable

Cincado en baño de fusión

Debido a las altas temperaturas del proceso y el riesgo que ello supone de que se deformen las chapas, el cincado en baño de fusión no puede ser utilizado para las chapas exteriores de las carrocerías.

Tren de fabricación para embutición profunda Baño de cinc

Banda de chapa cincada enrollada

S421_011

Caldeo del baño de cinc

El cincado en baño de fusión se realiza después de la laminación y antes de la embutición profunda de la chapa. Después de la laminación, la chapa es sumergida en un baño de cinc en fusión a unos 450 °C, con lo cual se adhiere a la chapa una capa de cinc. La capa de cinc se compone de una combinación de hierro y cinc en las capas inferiores y en las superiores ya sólo consta de cinc puro. El cincado en baño de fusión es uno de los procedimientos más eficaces para la protección anticorrosión.

El cincado en baño de fusión casi no se utiliza en piezas expuestas a la vista, porque les deja una superficie áspera con marcas en la chapa, por lo cual sería necesario un tratamiento posterior si se aplicara a piezas vistas.

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Fundamentos - técnica de procesos Procedimiento "galvanoaleado"  Banda de chapa cincada enrollada Tratamiento térmico

Tren de fabricación para embutición profunda Baño de cinc

S421_012

Caldeo del baño de cinc

El recubrimiento por medio del procedimiento "galvanoaleado" se realiza después de la laminación y antes de la embutición profunda de la chapa.

Con el procedimiento "galvanoaleado" se consigue una mayor resistencia a la corrosión en comparación con el cincado en baño de fusión.

En el procedimiento "galvanoaleado" se trata de una variante del cincado en baño de fusión. A diferencia del cincado en baño de fusión, después del baño se somete el acero a un tratamiento térmico adicional durante 30 segundos (recocido) a 430 °C.

El procedimiento persigue, entre otras cosas, la siguiente finalidad: ● ● ●

Este tratamiento térmico provoca una difusión del hierro contenido en el acero hacia la capa de cinc . Se constituye así una ALEACIÓN  de cinc y hierro. El recubrimiento de cinc contiene aproximadamente un 10 % de hierro y recibe el nombre de galvanoaleado.

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optimizar la soldabilidad del recubrimiento, buena calidad de la superficie sin irregularidades, una buena base para las capas siguientes.

Cincado electrolítico El cincado electrolítico puede utilizarse para las chapas exteriores de la carrocería, debido a su bajo índice de contracciones.

Cátodo (rodillos de corriente)

Tren de fabricación para embutición profunda

Líquido electrolítico Ánodo

El cincado electrolítico se realiza después de la laminación y antes de la embutición profunda de la chapa. El procedimiento trabaja sobre la base d e un proceso electroquímico. La banda de chapa es conducida sobre los llamados rodillos de corriente, que actúan como polo negativo (cátodo). Debido al campo eléctrico que se engendra entre la banda de chapa (hace ahora asimismo las veces de cátodo) y los ánodos, que trabajan como polo positivo, el cinc disuelto en el líquido electrolítico se precipita sobre la chapa.

Banda de chapa cincada enrollada

S421_013

De esta forma se produce una capa de cinc muy fina y homogénea de unas 8 micras aproximadamente, que permite aplicar los procesos posteriores, tales como prensado, soldado y pintado, sin que se pierda la protección anticorrosión. Esta tecnología se aplica a las piezas vistas de la carrocería, por la buena calidad final que alcanza. El aspecto definitivo del cincado electrolítico depende del espesor de la capa y de la calidad que tiene la superficie del acero.

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Protección anticorrosión Tratamiento previo Si se ha de aplicar una capa de pintura a la carrocería es preciso preparar bien el material. Para ello se recurre principalmente al procedimiento del fosfatado en la construcción de las carrocerías. Objetivo del tratamiento previo ● ●

Protección anticorrosión Crear un buen fondo adherente

S421_096

Fosfato Carrocería

Fosfatado El fosfatado es un proceso químico/electroquímico, en el que, en un proceso de inmersión en soluciones ácidas del fósforo (iones de cinc, níquel y manganeso, así como ácido fosfórico), se produce sobre la superficie del metal una delgada capa de fosfatos cristalinos finos, indisolubles en agua.

Estos fosfatos son el producto de una reacción química con el metal básico y forman así u na capa ligada fijamente a éste. Según sea el metal básico de la reacción (que también puede ser el material del recubrimiento), se obtiene p. ej. una capa de fosfato de hierro, níquel, manganeso o cinc.

Cinta transportadora

S421_036 Baño de fosfatado

La capa presenta numerosas cavidades y capilaridades, de lo cua l resulta una óptima capacidad de absorción. Así por ejemplo pueden penetrar bien los agentes de protección anticorrosión, tales como las ceras, los aceites, pigmentos de pinturas y barnices. Las superficies fosfatadas constituyen así un buen fondo adherente para las aplicaciones de pinturas y barnices. 60

Sellado de costuras El sellado eficaz de las costuras reviste la misma importancia para una protección anticorrosión durable. Con frecuencia se da por supuesto, que son sobre todo los sitios defectuosos en el sellado de las cavidades los que constituyen los puntos de partida para la CORROSIÓN – sin embargo, el sellado de las cavidades se encuentra hoy en día tan bien controlado, que allí ya casi no ocurren problemas. En cambio es más crítica la situación en el sellado de las costuras.

En las costuras soldadas con solape, p. ej. en ● ● ● ● ● ● ● ● ●

Costura soldada con sello

faldones delanteros y traseros pared dorsal vano motor piso del maletero piso del habitáculo flanco caja pasarruedas bajos del vehículo aletas, etc.

tiene que aplicarse un sellado posterior con materiales adecuados, para que por ningún motivo pueda penetrar agua en el e spacio comprendido entre dos componentes unidos.

S421_038 Sellado de costuras

Aun estando rellenadas con adhesivo p. ej. las costuras soldadas (soldadura por puntos) en el resquicio de la unión, es preciso sellar la costura. El sellado de la costura también protege los bordes de la chapa.

Puntos soldados (soldadura por puntos) Adhesivo

Corresponde tanta importancia al sellado de las costuras, porque la humedad, si ha logrado penetrar, casi no puede volver a eliminarse por secado. En comparación con las superficies expuestas puede comenzar aquí bastante más rápidamente la CORROSIÓN.

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Protección anticorrosión Protección antipiedra La protección antipiedra es una medida importante y también muy eficaz en la práctica contra efectos de CORROSIÓN . En este caso no se somete a tratamiento la carrocería completa, sino que se aplican capas sobre las zonas de la carrocería expuestas al riesgo en cuestión. Esto puede efectuarse de la siguiente manera:

●

Aplicación de una masilla de protección tras la imprimación (aplicada por inmersión) y antes de aplicar la pintura – p. ej. en la zona del frontal de la carrocería.

B ar niz t r  anspar en te P in   t ur a ba se Apar ejo Masil la   d e pro t ec ci ón P in   t ad o p or i n mer  si ón F osf at o Mat er ia

l d e l a c a r roc er ía  

S421_073 ●

Aplicación de una masilla de protección después de aplicar la pintura (barniz transparente) – en zonas no visibles – p. ej. en el piso del vehículo y en el pasarrueda o bien aplicación de láminas de protección especiales

Ma si l la lámina d  pr ot ec c i/  e  n ó B ar ni z tr  anspare n t e P intura b ase Apar ej o P intad o p or in mer  sión F osf at o Mater i al  d e l a c ar  ro   c er ía

S421_074

La protección antipiedra suele estar configurada en forma de una capa un poco más gruesa y elástica. Gracias a las propiedades elásticas, combinadas con el m ayor espesor de la capa, se consigue asimismo un efecto amortiguante de la sonoridad. La protección antipiedra también puede establecerse aplicando material específico pa ra piezas de carrocería, p. ej. aplicando plásticos especiales en lugar de piezas de chapa pintadas.

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Protección contra corrosión galvánica de contacto Si aparte de emplearse el acero en una carrocería para determinados componentes también se emplean otros metales, p. ej. el aluminio, es preciso dedicar especial atención a que se evite la corrosión galvánica de contacto. Si bien, esto también es válido básicamente para el hierro/acero, sin embargo, por su potencial eléctrico particularmente bajo en la serie de tensiones electroquímicas, el aluminio se halla mucho más expuesto a corrosión galvánica de contacto. Por ese motivo se explicará la corrosión galvánica de contacto de la mano del aluminio.

Corrosión galvánica de contacto Cada metal posee un POTENCIAL ELECTROQUÍMICO específico, que se diferencia del potencial de cualquier otro metal. Si a dos o más materiales en contacto se agrega un electrólito (líquido con contenido de ácido, álcali o sal) puede tener lugar una compensación de la tensión entre los elementos que establecen el potencial. Fluye una corriente eléctrica. A este respecto siempre se disuelve primero el metal que posee el mayor valor negativo de la tensión.

Para ilustrar las diferencias de potencial también se recurre a la llamada serie de tensiones electroquímica de los metales. La figura S421_046 muestra, a título de ejemplo, un montaje experimental para ilustrar los efectos de la CORROSIÓN.

Electrólito Zn

Cr

Fe

Sn

Pb

Aluminio S421_046

Leyenda de la serie de tensiones electroquímicas (una selección extraída de la serie de tensiones)

CORROSIÓN

Pb Sn Fe Cr Zn Al

S421_047

– – – – – –

plomo estaño hierro cromo cinc aluminio

(–0,13 V*) (–0,14 V*) (–0,44 V*) (–0,56 V*) (–0,76 V*) (–1,67 V*)

* medida contra un electrodo normal de hidrógeno a 25 °C De acuerdo con ello pueden determinarse las diferencias de potencial entre el aluminio y los metales representados en la figura (S421_046) (cinc, cromo, hierro, estaño y plomo) a b ase de calcular la diferencia entre dos metales en contacto.

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Protección anticorrosión

Medias de protección contra la corrosión galvánica de contacto Para evitar la corrosión galvánica de contacto debe evitarse el contacto directo entre los componentes de metales diferentes.

El diseño de la unión debe estar previsto de modo que se intercale una capa intermedia aislante entre ambos metales diferentes.

Capa de adhesivo

Las variantes de una capa intermedia aislante pueden ser: ●

capa de adhesivo – el adhesivo se emplea para una unión y se aprovecha al mismo tiempo para el aislamiento

S421_048

●

recubrimiento superficial de una pieza – p. ej. de un tornillo para la fijación a componentes de la carrocería en aluminio – el recubrimiento actúa como una capa intermedia aislante

S421_049

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Acabado en color Después del tratamiento preliminar de los SEMIPRODUCTOS o también de la carrocería completa se concluye la protección anticorrosión por medio del acabado en color. El acabado en color consta de tres fases principales: ●

●

Antes del acabado en color se limpia y desengrasa la carrocería, para evitar que se produzcan posteriormente defectos de ligamiento a la hora de aplicar el acabado en color. A esto le sigue el fosfatado, con el cual se obtiene un fondo adherente de buena calidad, que establece las condiciones necesarias para una protección óptima contra la corrosión.

B arniz t r  a ns

●

● ●

Acto seguido se aplica una imprimación cataforética por inmersión. Después se aplica el aparejo. Tras una operación de enjuague se aplica la pintura cubriente por medio de pintura base y barniz transparente.

par ente

P i nt ur a b ase Apar ejo P ro   t ec ci ó  n

 ant ipied  ra   / pr ot  ec c ió   n d e lo I mp r im   ac ió s baj os*    n por  inmer sió n F osfato Mat er ia   l  d e la  c ar ro   c er í a

S421_037

* Después de la imprimación por inmersión, y según las exigencias planteadas, se aplica a pistola la protección para los bajos y la masilla de estanqueidad para el sellado de refino sobre las zonas que corresponden en la carrocería. En las áreas expuestas al riesgo de golpes de piedras se aplica una pintura elástica y con una alta viscosidad correspondiente (ver a este respecto también la página 62).

Sobre el tema del pintado puede informarse también consultando el SSP 214 " Pintado de vehículos Tratamiento preliminar" y el SSP 215 "Pintado de vehículos - Pintura de acabado". También hay más información disponible en ELSA (sistema electrónico de información en el Servicio) en el "Manual de reparación de pintura" (ELSA - continuar a través del botón "Internet").

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Reparación Fundamentos Antes de cualquier reparación de la carrocería es necesario dictaminar la imagen del daño. Criterios para la dictaminación: ● ● ●

¿En qué dirección se produjo la deformación? ¿Se dañaron también componentes colindantes, no visibles de la carrocería? ¿Se ha deformado la estructura de la carrocería?

S421_111

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Si la carrocería está dañada (deformada) tan intensamente, que también ha resultado afectada su estructura, tiene que procederse a enderezarla o bien reconformar/estirar con ayuda de la bancada y los estiradores.

Estirador (ejemplo) Poste del estirador

Bancada (ejemplo) Cilindro hidráulico

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S421_113 Empalme hidráulico

Métodos de reparación Corrección por estiraje La corrección por estiraje constituye el método de reparación más a plicado en las carrocería. La corrección por estiraje puede suceder de diferente forma. A continuación se presentan brevemente, a título de ejemplo, unas posibilidades seleccionadas al respecto.

Estiraje de tres puntos dirigido hacia arriba …

Cadena de tracción

Una cadena de tracción es tensada sobre un cilindro hidráulico. Un extremo de la cadena va fijado al elemento de la carrocería que ha de ser enderezado (en este ejemplo por medio de una lazada adicional) y el otro extremo se fija al estirador. Al ser accionado el cilindro hidráulico, éste emerge hacia arriba, tensa la cadena y tira hacia arriba del elemento de la carrocería que ha de ser enderezado.

Empalme hidráulico

Lazada Larguero Bancada Cilindro hidráulico Estirador

Conducción del estiraje hacia abajo con el rodillo de reenvío suelto … Un extremo de la cadena de tracción se dispone en torno a un elemento de la carrocería, p. ej. a un larguero, y se lo vuelve a enganchar a esa misma cadena por medio de un gancho específico.

Larguero Cadena de tracción

Cremallera del estirador

Gancho de la cadena Rodillo de reenvío

El otro extremo de la cadena va enganchado a la cremallera del estirador. En la cadena de tracción se dispone un rodillo de reenvío suelto, con un gancho fijado al alojamiento del rodillo. De este gancho se cuelga una cadena más, la cual se fija con su otro extremo, p. ej. al elemento inferior del estirador. Si ahora se tensa la cadena pivotando la cremallera con el cilindro hidráulico se produce un tiro del larguero hacia abajo.

S421_103

Cilindro hidráulico Bancada Alojamiento del rodillo con gancho

Elemento inferior de estirador

S421_102

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Reparación Presión aplicada directamente a la cadena para tirar de los grupos componentes hacia abajo Se dispone una cadena de tracción en torno a la pieza de la carrocería que se ha de enderezar, p. ej. en torno al larguero y a un elemento adecuado en el marco de la bancada, y luego se vuelve a sujetar de la cadena por medio de un gancho específico. Esa lazada de la cadena es tensada ahora por medio de un cilindro hidráulico.

Carrocería

Larguero

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Cadena de tracción (lazada de la cadena)

Bancada Cilindro hidráulico

Gancho de la cadena

Empalme hidráulico Larguero

El cilindro hidráulico enganchado en la lazada de la cadena de tracción es accionado ahora. Con ello se encarga de espaciar la lazada y tira del larguero hacia abajo.

Cilindro hidráulico

Empalme hidráulico S421_104

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Cadena de tracción (lazada de la cadena)

Bancada

Aplicación directa de la fuerza en la carrocería con un cilindro de presión, para oprimir grupos componentes hacia arriba En esta variante de enderezado se recurre a la función telescópica del terminal de bancada. Al comienzo se eleva la pieza de carrocería que ha de ser enderezada, aplicando directamente la fuerza con un cilindro de presión accionado hidráulicamente.

Carrocería

Terminal telescópico

Cilindro de presión

Bancada

Empalme hidráulico

S421_106

Esta operación es proseguida hasta que el terminal telescópico ajuste bajo la carrocería de modo que pueda ser enclavado con un perno de bloqueo que se inserta en uno de los orificios de enclavamiento.

Carrocería

Orificio de enclavamiento

Terminal telescópico

S421_107 Cilindro de presión

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Reparación Desabollado con martillo y tas Abolladura

Si se provoca una abolladura en la superficie de la chapa se produce un estiramiento del material por fuera en las zonas de transición hacia la forma normal de la pieza, mientras que en la parte interior se acumula material compactado. Si se devuelve una abolladura golpeándola en el centro, el material de la chapa se levanta de inmediato en las zonas compactadas. Esto significa, que con cada golpe de martillo se producen nuevas zonas de estiramiento y compactación.

Chapa de carrocería

Borde de la abolladura

Cuantas más zonas se producen, tanto menos controlables resultan para alisar la superficie. Al desabollar debe tenerse por ello en cuenta la necesidad de neutralizar las zonas de alargamiento y compactación y de no generar nuevas zonas de esa índole. En el caso normal tienen que realizarse por ello los trabajos de desabollado procediendo siempre del borde hacia el centro de la abolladura.

S421_115 Centro de la abolladura Sentido de trabajo al desabollar

La chapa en torno a la zona hundida muellea frecuentemente con tal intensidad, que el golpe del martillo apenas si muestra un efecto. "El martillo no tira". Sólo cuando en la parte posterior de la chapa se sostiene el tas adecuado pueden practicarse golpes dosificados y eficaces. Enfrente de una zona estirada hay siempre una zona compactada.

S421_116 Zona alargada Zona compactada

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Método de desabollado con calor El método de desabollado con calor halla buena aplicación para abolladuras de 10 cm de diámetro y 1 – 2 mm de profundidad como máximo.

Estado inicial de una zona de chapa con una abolladura.

Se aprovecha el siguiente principio: El metal se dilata con el calor y se contrae al enfriar.

S421_117 Abolladura

Si se calienta una abolladura, comenzando por el borde y avanzando en espiral hacia el centro, el calor se concentra en el centro de ella. Con ello se levanta un poco la superficie de la carrocería que la circunscribe.

Calentamiento con el soplete …

S421_118 Abolladura

Soplete

Sentido de trabajo al calentar

Ahora se procede a limar en el centro sobre la abolladura, con una lima especial de chapista, cuya hoja se encuentra arqueada hacia fuera. La lima apoya en el borde de la abolladura y extrae aquí la mayor cantidad de calor. Esto hace que el material situado a mayor profundidad salga hacia los bordes y levante el centro de la abolladura. La lima se calienta muy pronto con esta operación y hay que sustituirla por otra lima fría después de varios movimientos en vaivén.

Extracción de calor por medio de la lima …

Extracción de calor

S421_119 Abolladura Lima Sentido de trabajo al limar

Zona de la deformación después del proceso …

Importante: La lima se utiliza para extraer más rápidamente el calor, pero no para rebajar el material.

S421_120 Zona de la deformación

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Reparación Contracción de un abollón inestable utilizado el electrodo de carbón

Electrodo de carbón

Cable eléctrico

Con el electrodo de carbón se calienta puntualmente la superficie de la chapa realzada, hasta que se ponga al rojo cereza. Los puntos de calentamiento deben aplicarse en disposición espiral de fuera hacia dentro, igual como se procede al trabajar con el soplete de soldadura. Si hay que contraer mayores superficies tiene que enfriarse de inmediato cada punto después de haberlo calentado (con una esponja mojada). Las superficies de menor tamaño se calientan en espiral, en una sola operación, para luego enfriarlas asimismo en disposición espiral. El choque térmico de enfriamiento por agua también aporta a quí un efecto de contracción. Con este efecto de contracción, según revela su nombre, hay algo que se "contrae". En este caso se dice que el material que se encontraba estirado en la zona del abollón vuelve a ser retraído a su menor cota de expansión original, es decir, que se "encoge". Sin embargo, con el solo procedimiento de calentar y enfriar no puede compactarse tanto material como con el trabajo adicional a martillo directo.

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S421_121 Abollón inestable

Desunir Desunión de piezas deformadas Sólo cuando la carrocería ha quedado enderezada al grado que los terminales de bancada vuelven a cuadrar con los puntos de alojamiento es cuando se puede comenzar a desunir las piezas dañas. Una excepción de esta regla viene dada p. ej. en el caso del pilar B y la zona de la carrocería colindante en dirección hacia el pilar A del Golf a partir del año de modelos 2004, por ser de chapas conformadas en caliente. Debido a su alta RESISTENCIA  casi no es posible enderezarlos.

Pilar B (Golf año de modelos 2004)

S421_108

Para desunir las piezas de chapa pueden utilizarse herramientas manuales, tales com o martillos y cinceles de chapista, equipos eléctricos, p. ej. la amoladora radial monomanual o equipos neumáticos como la sierra de chapista y la despunteadora.

Sierra de chapista

Despunteadora

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Glosario Aleación Una aleación es un cristal mixto con propiedades metálicas. El concepto de la aleación tiene sus raíces en el latín, y viene de "ligare" / más tarde "legare". Esto significa ligar, combinar o reunir. La aleación reviste una gran importancia en la técnica, porque con la adición de determinados elementos aleantes a los metales, y en particular también en el acero, resulta posible establecer enfocadamente las propiedades del material.

Átomo Un átomo es la partícula más pequeña de una sustancia, que ya no puede ser disgregada químicamente. Consta del núcleo con carga positiva y los electrones con cargas negativas. El núcleo del átomo contiene partículas de m asa cargadas positivamente – los protones y partículas neutras – los neutrones. Los protones determinan la carga positiva del núcleo atómico.

Corrosión Bajo el término de la corrosión se entiende en la técnica la reacción de un material metálico con los medios circundantes, que provocan una alteración mensurable del material y conducen a su vez a que se afecte el funcionamiento del componente en cuestión. (El concepto de la corrosión también es habitual en otras ramas – p. ej. en la medicina …)

Cristal mixto Un cristal mixto es aquél que consta por lo menos de dos diferentes elementos químicos. Los átomos o iones ajenos se encuentran distribuidos de forma estadística. Pueden estar alojados en los intersticios (cristal mixto de inclusión / intersticial) o pueden sustituir átomos de otro elemento (cristal mixto de sustitución). La solución de átomos ajenos en un cristal también recibe el nombre de solución sólida.

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Dureza La resistencia mecánica constituye un parámetro que describe la renuencia de un material contra un efecto mecánico. La dureza sólo está relacionada bajo ciertas condiciones con la resistencia mecánica de un material. Una gran dureza suele estar asociada a un buen comportamiento al desgaste, pero también a una alta friabilidad (es decir, al peligro de quebrarse …). Por tanto, siempre debe observarse que esté dada una relación adecuada entre la dureza y la tenacidad, para que el material pueda cumplir con su misión. La dureza también reviste importancia a la hora de contemplar componentes mircoestructurales en los aceros (p. ej. fases duras). Los cristales mixtos correspondientes, con componentes duros generados de forma específica, también contribuyen a incrementar la resistencia de un acero.

Electrón Los electrones son partículas de masa con carga negativa. Un electrón posee la cantidad de carga negativa mínima – la carga elemental. Según la índole de la sustancia básica, el átomo puede contener uno o varios electrones. Eso depende de la cantidad de protones positivos que hay en el núcleo. En un átomo siempre está dada la tendencia a equilibrar las cargas opuestas – es decir, a establecer el equilibrio entre las partículas de masa positivas y negativas.

Ión de metal Los átomos de los metales poseen electrones vinculados al núcleo y en la capa periférica exterior poseen uno o varios electrones "libres". El núcleo del átomo, incluyendo los electrones fijamente vinculados, recibe el nombre de ión metálico. Sin los mencionados electrones "libres" tiene una carga positiva. Las fuerzas eléctricas de atracción entre los electrones libres con carga negativa y los iones metálicos con carga positiva son las que establecen la coherencia del conjunto y con ella la resistencia o solidez del material metálico. Este tipo de vinculación también se llama enlace metálico, porque constituye una característica común a todos los metales.

Láser El término láser se compone de las siglas de "light amplification by stimulated emission of radiation". En un equipo láser se confiere un mayor nivel energético a un medio específico, p. ej. una mezcla de gases de helio y neón, a base de excitarlo con el choque de electrones. Esta energía es cedida luego en forma de una onda electromagnética (p. ej. como luz roja) con una geometría intensamente concentrada, que constituye el llamado rayo láser.

Potencial electroquímico A este respecto cabe explicar primero de forma simplificada el término del potencial. Al hablar, en términos generales, de un potencial, puede entenderse por tal un determinado nivel, puesto en relación con un nivel de partida o referencia. En la electroquímica se emplea p. ej. el término del potencial electroquímico. Con éste se describe la particularidad de que cada metal posee un potencial electroquímico específico que lo diferencia del potencial de cualquier otro metal. Los potenciales de cada metal, que pueden consultarse en la serie de tensiones electroquímicas, se determinan contra la referencia de un electrodo normal de hidrógeno a 25 °C.

Recristalización En el caso de la recristalización, la mircoestructura cristalina de los metales que fue destruida p. ej. por conformación en frío, se vuelve a constituir y se elimina con ello una alteración que habían sufrido sus propiedades.

Resistencia mecánica La resistencia mecánica constituye un parámetro que describe la renuencia de un material contra una deformación plástica o separación. Según el tipo de la carga a que se somete puede diferenciarse entre la resistencia mecánica a la tracción, presión, pero también a la flexión, al plegado y al cizallamiento. En general se determina la resistencia a la tracción de los materiales metálicos para la construcción de vehículo y se los cataloga en diferentes clases de resistencia mecánica. Para otras aplicaciones específicas del acero, p. ej. los aceros destinados a obras de construcción, también puede tomarse como base el límite de estricción. La resistencia a la tracción se define como la tensión máxima que interviene en un material. Los valores de esas tensiones se determinan por medio de un ensayo de tracción con una probeta en forma de barra.

Semiproducto Tal y como lo dice su nombre, se trata de piezas que todavía no se encuentran en el estado final de un producto. El semiproducto es preparado por cuanto a geometría, tratamiento posterior y en caso dado recubrimiento, de modo que requiera lo menos posible de retrabajo en el proceso ulterior o en el montaje al producto terminado.

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