ACEROS EMPLEADOS EN EL AUTOMÓVIL.

En esta entrada vamos ha hablar sobre los diferente tipos de aceros que se emplean en el sector de la automoción. Así como las características de cada uno de ellos.

ACEROS:

En la evolución de los vehículos, se ha intentado encontrar los materiales que reúnan las mejores propiedades, y prestaciones, con el fin de usarlos en la fabricación de los vehículos.
En sus inicios los vehículos estaban fabricados de aceros. Sin embrago con la aparición del aluminio, se comienza a poner en duda al acero,ya que el aluminio es un material muy ligero, resistente, dúctil, maleable,..
Esta situación hizo que las grandes empresas dedicadas a la fabricación del acero comenzaran a investigar como mejorar las propiedades de este material a través de tratamientos.
Los diferentes aceros que se emplean en el sector de la automoción, son:

Aceros de alta resistencia:  

    1.-Aceros brake-hardening: 

• Características: Con este tipo, lo que ha conseguido es un acero con un gran límite elástico. Esta elasticidad se consigue por medio de un tratamiento térmico a baja temperatura.
• Usos: Este tipo de acero es utilizado en los paneles exteriores, como puertas, capó, techo.. Además de las zonas estructurales, como bastidores, travesaños, puntales...
• Conformado: Como consecuencia de su límite elástico, el proceso de reconformado de este tipo de acero algo más de fuerza que los aceros convnconales.
  De la misma manera, el bajo contenido en elementos aleantes le confiere una buena soldabilidad.

BASTIDOR

    2.-Aceros microaledos: 

• Características: Este tipo de acero se consigue reduciendo el tamaño del grano y la precipitación del grano. Además en algunos aceros se añaden otros elementos de aleación como titanio, niobio o cromo que confieren propiedades de dureza. Este tipo de aceros se caracteriza por una buena resistencia a la fatiga, una buena resistencia al choque y una buena capacidad de deformación en frío.
• Usos: Este acero se emplea en  piezas interiores de la estructura que requieren una elevada resistencia a la fatiga, como por ejemplo los refuerzos de la suspensión, o refuerzos interiores. También se pueden encontrar en largueros y travesaños.
• Conformado: Durante el reconformado se deberá realizar un mayor esfuerzo, que si se tratara de una pieza fabricada con acero convencional, debido a su límite elástico más elevado.

    3.-Aceros refosforados: 

• Características: En este acero encontramos un núcleo de ferrita, y elementos como el fósforo en una concentración de hasta un 0.12%. Esto le otorga una alta resistencia, sin dejar deser aptos para la estampación.
• Usos: Las piezas fabricadas con esta clase de acero se destinan a usos múltiples, como piezas de estructuras o refuerzos que están sometidas a fatiga, o piezas que deben intervenir en las colisiones como son largueros, travesaños o refuerzos de pilares.
• Conformado: Al igual que en el acero anterior es necesario realizar más esfuerzo para su conformación, debido a su punto elástico elevado.

TRAVESAÑO

Aceros de muy alta resistencia:

Los aceros de muy alta resistencia, en su obtención se parte de un acero inicial que se somete a un proceso específico, por lo general es un tratamiento térmico (temple, revenido, normalizado…), que lo transforma en otro.

    

    1.- Aceros de fase doble:

• Características: Este tipo de aceros presentan una buena aptitud para la distribución de las deformaciones, un excelente comportamiento a la fatiga y una alta resistencia mecánica lo que genera una buena capacidad de absorción de energía.
• Usos: Como consecuencia de sus altas propiedades mecánicas y su potencial de aligeramiento entorno al 15%, en comparación con los aceros convencionales, se usan en piezas con alto grado de responsabilidad estructural como son estribo, el montante A, correderas de asientos, cimbras de techo,...
• Conformado: El reconformado de éstos aceros es por lo general difícil, como consecuencia de su mayor límite elástico, lo que obliga a realizar esfuerzos mayores en comparación con otros aceros de menor resistencia. El proceso de soldadura también se complica, teniendo que usar equipos capaces de proporcionar intensidades mayores que las que suministran los equipos convencionales.

MONTANTE A

    2.-Aceros de plasticidad inducida por transformación: 

• Características: Estos aceros presentan una gran compactación, lo que hace que posean una buena distribución de las deformaciones  y por lo tanto una buena estampación.

Estas características hacen que presente una gran resistencia, y una buena absorción de la energía. Dichas características, se consiguen a través de tratamientos elásticos a baja temperatura, que le dota de una mayor resistencia, mayor capacidad de absorción de energía y un menor peso.

• Usos: Estos aceros se usan sobre todo a piezas de estructura y seguridad como son largueros, traviesas, refuerzos de pilar B,...
• Conformado: El proceso de reconformado de estos aceros es por lo general difícil como consecuencia de su mayor límite elástico, lo que obliga a realizar esfuerzos mayores en comparación con otros aceros que presentan una menor resistencia.

ESTRIBO

    3.- Aceros de fase compleja:

• Características:  Los Aceros de fase compleja se diferencian del resto por un bajo porcentaje en carbono, inferior al 0,2 %. Su estructura esta basada en la ferrita, en la cual también se encuentra austenita y bainita. 

Los aceros de fase compleja incorporan además, elementos de aleación convencionales (manganeso, silicio, cromo, molibdeno, boro) y microaleantes para afinamiento de grano (niobio y titanio),estos últimos les confieren una estructura de grano muy fino. Este tipo de aceros se caracterizan por una elevada absorción de energía acompañada de una alta resistencia a la deformación.

• Usos: Por su alta resistencia a la deformación, las piezas que se fabrican con este tipo de acero son aquellas que tienen como misión evitar la intrusión de elementos en la zona de los pasajeros. Además también se pueden encontrar en el habitáculo del motor y el maletero.
• Conformado: Al igual que en los aceros anteriores el conformado es muy difícil debido al alto límite elástico que poseen.

HABITÁCULO MOTOR

Aceros de ultra alta resistencia:

Este tipo de aceros se caracterizan por su alta rigidez, la absorción de grandes energías y su alta capacidad para no deformarse.

    1.-Aceros martensíticos: 

• Características: Los Aceros Martensíticos presentan una microestructura compuesta básicamente de martensita, este material se obtiene al transformarse la austenita en el tratamiento de recocido. El resultado son aceros que alcanzan límites elásticos de hasta 1400 MPa. 
• Usos: Esto hace que sean aceros con una alta resistencia, por lo que se suelen emplear en zonas del vehículo destinadas a impedir la deformación del habitáculo,como por ejemplo el pilar B.
• Conformado: En cuanto al reconformado estos aceros necesitan mucha fuerza para llevar a cabo su conformación, por lo que no se reconforman, sino que se sustituyen. 

PILAR B

    2.- Aceros al boro:

• Características: Son aceros que presentan un alto grado de dureza como resultado del tratamiento térmico al que son sometidos así como de la adición de elementos aleantes tales como Manganeso (1,1 a 1,4 %), cromo y boro (0,005%). Gran parte de la dureza que poseen estos aceros es el resultado de la estructura martensítica que se obtiene de aplicar el tratamiento térmico.
• Usos: Por su alto límite elástico y su reducido alargamiento (entorno a un 8%), estos aceros se adaptan sobre todo a piezas estructurales del automóvil, en particular las piezas conferidas para dar un alto grado de seguridad, debido a su alta resistencia a los choques y a la fatiga. Como son los refuerzos del pilar B y las traviesas.
• Conformado: Al igual que el acero martensítico al ser tan resistente resulta casi imposible su reconformado.

TRAVIESA

Una vez hemos visto los tipos de aceros que podemos encontrar en el vehículo, así como sus características el diagrama del vehículo con todos los aceros que se emplean en su montaje según su límite elástico quedaría así:

DIAGRAMA Fe-C

En esta entrada vamos a tratar el diagrama hierro-carbono. Además de clasificar los diferentes acero atendiendo a su porcentaje en carbono, a su enfriamiento y los tratamientos que sufren estos materiales en su fabricación.

CLASIFICACIÓN:

En cuanto a los aceros, los podemos clasificar en: aceros aleados, aceros no aleados, y aceros inoxidables.                   
    1.- Aceros aleados: estos tipos de aceros son aquellos que presentan entre sus componentes encontramos carbono, y otra sustancia (Mn, Cr, Ni...).

   
    2.- Aceros inoxidables: son aquellos aceros que contienen un mínimo del 10.5% en Cromo y un máximo del 1.2% de Carbono. 

   
    3.-Aceros no aleados: Estos son los más importantes para comprender el diagrama hierro-carbono. Este tipo de acero presenta un porcentaje en bajo de elementos aleantes. Dependiendo de la cantidad de carbono encontramos:

• Aceros de bajo carbono (%C < 0.25).
• Aceros de medio carbono (0.25 < %C < 0.55).
• Aceros de alto carbono (0.55 > %C < 2).

CONSTITUYENTES DE LOS ACEROS:

El hierro puro pasa por tres estados a medida que va cambiando la temperatura del hierro. Estos tres estados, son:

• Hasta los 911ºC el hierro se cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo (BCC). En esta fase el hierro recibe el nombre de ferrita.

Este material presenta un bajo con tenido en carbono. Además es un material dúctil  maleable, y ferromagnético, hasta los 770ºC. Esta temperatura a la que pierde el magnetismo, se corresponde con la temperatura de Curie.

• Entre 911 y 1400ºC el hierro se cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras (FCC). Este hierro se denomina austenita.                 

La austenita, al ser muy compacta se deforma fácilmente, y es paramagnética. Esta propiedad la presentan los materiales que son atraídos por los imanes. Además son materiales que se magnetizan fácilmente.

                             

• Cementita, es el carburo de hierro Fe₃C con un contenido en carbono del 6,67%. Este compuesto no tiene propiedades metálicas. Sin embargo la cementita es muy dura y frágil.

• La perlita está compuesta por un 86.5% de ferrita, y un 13.5% de cementita. Este compuesto, es una microestructura, compuesta por capas o laminas alternas de ferrita y cementita. Esto se produce por medio de un enfriamiento lento en el acero.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS DEL ACERO:

Estos tratamientos que se aplican en los aceros son muy importantes para conseguir las propiedades de los aceros, o mejorar las que tiene. 
Este tipo de procesos consisten en calentar y posteriormente enfriar el acero. Con estos tratamientos se reducen los rozamientos internos, se mejora la tenacidad, o se crea una superficie dura con un interior dúctil.  La clave de estos tratamientos consiste en las reacciones químicas que se producen en el interior de los aceros durante su calentamiento y enfriamiento.

Para llevar a cabo estos tratamientos es necesario conocer las temperaturas a las que se producen los cambios de fases del carbono y del hierro. Estas temperaturas se representan en el diagrama hierro-carbono.

Los principales tratamientos térmicos, son:

• Temple: En este tratamiento se somete al acero a un aumento de la temperatura, hasta los 900-950º. Posteriormente se produce un enfriamiento del acero en un medio como el agua, aceite,..

Su finalidad es aumentar la dureza y resistencia del acero.

• Revenido:  El revenido es un proceso que se realiza en aceros previamente templados. Se diferencia en el revenido en la temperatura máxima, y la velocidad del enfriamiento.

Su finalidad es reducir la dureza, y la resistencia de los aceros templados.

• Recocido: Este tratamiento consiste en calentar el acero hasta una temperatura de entre 800, y 925º. Posteriormente se le somete a un enfriamiento lento.

Su finalidad es aumentar la elasticidad, y disminuir la dureza.

• Normalizado: Consiste en dejar al acero en un estado normal, eliminando las tensiones internas, y otorgando una distribución uniforme del carbono.

Se emplea como tratamiento previo al temple y el revenido.

Además de las propiedades térmicas, también encontramos tratamientos termoquímicos. Estos tratamientos son similares a los tratamientos térmicos, pero que además de cambiar su estructura, modificamos su composición química hasta una determinada profundidad.
Los tratamientos termoquímicos, son:

• Cementación: Este tratamiento consiste en aumentar la cantidad de cabono, que rodea al acero. Esto se realiza teniendo en cuenta el medio o atmósfera que rodea al acero en su enfriamiento y calentamiento.

El tratamiento consiste en aumentar la cantidad de carbono que rodea al acero, obteniéndose después de temples y revenidos, una gran dureza, resistencia al desgaste, y tenacidad del núcleo.

• Nitruración: La nitruración consiste en aumentar la cantidad de nitrógeno de la superficie de la pieza. Esto se realiza calentando el acero entre 400-525ºC, e introduciendo el acero en una corriente de nitrógeno y amoniaco.

Su finalidad es la de aumentar la dureza superficial del acero. Sin embargo en este proceso se consigue una dureza mayor que en la cementación. 

• Cianuración: Endurecimiento de pequeñas piezas de acero. Se consigue a través de un baño del acero en cianuro, carbonato, y cianato sódico.

• Carbonitruración: En este proceso se introduce el acero en carbono, nitrógeno, hidrocarburos, amoniaco, y monóxido de carbono. Esto se realiza con temperaturas, de 650-850ºC, además es necesario un temple y un revenido posterior.

• Sulfinización: La sulfinización, se produce por un calentando el azufre hasta 565ºC, y posteriormente se realiza un baño del acero en un baño de sales.

DIAGRAMAS DE ENFRIAMIENTO:

En estos diagramas de enfriamiento, se nos muestra como avanza la temperatura, con respecto del tiempo.
El tipo de enfriamiento que se produce está fuertemente ligado con las propiedades finales que va ha tener el acero, así como los constituyentes que presenta el acero en su interior.

                                                                          

PRÁCTICA Nº16 (SOLDADURA MAG)

Esta práctica es una continuación de la práctica anterior, donde realizado una soldadura por cordón continuo y discontinuo por puntos. Lo que vamos ha realizar en esta práctica es soldar  las piezas realizadas en la práctica anterior con un ángulo de 90º.
Para llevar a cabo esta práctica hemos cortado otras cuatro piezas, de 100X50mm de 0.8mm de grosor. El esquema de esta pieza es el siguiente:

Descripción de la práctica y comparaciones:

En esta práctica, como es una continuación de la anterior cogemos las piezas que previamente habíamos unidos por medio de un cordón continuo por puntos.

Lo que vamos ha hacer en estas piezas es unirlas entre sí con un ángulo de 90º. Para llevar realizar esta unión lo que necesitamos es una escuadra imantada, para colocar las piezas y poder soldarlas, sin que se nos muevan.

En cuanto a la regulación de la máquina yo he escogido una velocidad de hilo de 2, y una tensión de 3.

Una vez que tenemos las piezas colocadas, y unidas por medio de la escuadra, lo que hacemos es realizar puntos de soldadura en los extremos, y en el centro de la pieza. Con esto lo que conseguimos es unir las piezas. Posteriormente, cuando ya hemos realizado estos puntos, podemos retirar la escuadra. así tenemos más espacio, para realizar la soldadura, por medio de cordón continuo por puntos.

Para llevar a cabo esta soldadura, y que los puntos calen en el ángulo de incidencia de las piezas, es necesario que coloquemos la boquilla pegando en ambas paredes, y el hilo con un angulo de 45º con respecto a la zona donde queramos soldar.

En la otra parte de la práctica hemos realizado el mismo proceso, pero con una unión por medio de cordón discontinuo por puntos.

   

Dificultades encontradas:

En esta práctica, como en la anterior hay que tener especial cuidado con la temperatura de la pieza. Así que es necesario dar dos o tres puntos, y esperar hasta que la chapa se enfríe, ya que podría producirse un agujero.

Otra dificultad que hemos encontrado es conseguir dar los puntos de soldadura, en el angulo donde se unen las dos piezas.

Conclusiones:

Como conclusión, podemos decir que esta practica a tenido mayor dificultad que las anteriores,ya que realizar una soldadura en angulo es un procedimiento complejo.

Riesgos asociados y medidas de protección:

1. Riesgo de caida de objetos: Botas de seguridad.
2. Peligro de una posible lesión en la vista, a causa de la soldadura: Careta.
3. Proyecciones: Peto.
4. Riesgo de quemaduras: Guantes.

PRÁCTICA Nº15 (SOLDADURA MAG)

En esta práctica hemos realizado una soldadura a tope con la máquina MIG, por medio de cordón discontinuo, y cordón continuo por puntos.
Para realizar esta práctica hemos cortado con la cizalla ocho piezas de metal de 100X50mm, de un 0,8mm de grosor.

Descripción de la práctica y comparaciones:

De estas piezas unimos dos por medio de cordón continuo por puntos. Posteriormente realizamos esta unión en otras dos piezas. Al final de este proceso obtenemos un grupo de dos chapas unidas, y por otro lado otras dos chapas unidas entre sí.
Para realizar esta soldadura, regulamos la máquina con una velocidad de hilo de 2, y una tensión de 3. Sin embargo estos parámetros se pueden modificar con respecto a cada persona.
La soldadura por cordón continuo por puntos, consiste en dar un punto de soldadura, y antes de que se enfríe el punto damos otro encima del que hemos realizado anteriormente. En este tipo de soldadura debemos tener la precaución de no realizar mucho puntos seguidos, ya que puede que se caliente el metal, y que se produzca un agujero.

En cuanto a la soldadura de cordón discontinuo por puntos regulamos la máquina con la misma velocidad de hilo, y la tensión. Para llevar a cabo esta soldadura, lo que hacemos es dividir la pieza en tres fragmentos, con una separación entre las partes de 1mm.
Esta soldadura se realiza de la misma forma que la soldadura anterior. La única diferencia es que en vez de realizar los puntos a lo largo de toda la pieza, lo realizamos en tres zonas.
Al final de esta fase tenemos dos piezas unidas entre sí, este proceso lo reetimos en otras dos piezas más.

Dificultades encontradas:

Las dificultades encontradas en esta práctica, son principalmente que como he explicado anteriormente, al dar los puntos uno encima de otro se produce gran cantidad de calor, que puede hacer que se produzcan agujeros en el metal.

Además también es difícil con realizar los puntos en el lugar exacto de la unión de las dos piezas.

Conclusiones:

Como conclusión podemos decir que la practica era complicada, pero como ya poseemos practica con esta máquina de soldar, hemos podido realizar este trabajo.

Riesgos y medidas de protección:

Los riesgos asociados a esta práctica son quemadoras, provocadas por la soldadura, cortes, caída de objetos, además la soldadura puede provocar daños en la vista.

Para combatir estos riesgos es necesario utilizar los elementos de protección individual, como guantes, careta, petos,y  botas de seguridad.