Tipos de aceros empleados en la carrocería del automóvil y sus propiedades.

En esta entrada vamos a estudiar los aceros utilizados en las carrocerías de los automóviles, destacando los aceros deformables por embutición que alcanzan unas buenas propiedades mecánicas al darlos ciertas formas. 

 

Partiendo de la base de que los aceros deformables por embutición deben ser %C<0,2; con Mn y Si. A partir de aquí descubrimos varios aceros, en esta tabla vemos clásificados en aceros para estampación convencionales, aceros de alta, muy alta y ultra alta resistencia, clasificados a grandes rasgos su limite elástico, tratamientos recibidos, proceso de obtencion etc...

Aceros convencionales para estampación:

El acero convencional es un acero dulce noaleado, laminado en frío y con un bajo contenido en
carbono. Este reducido contenido en carbono le proporciona unas buenas características para el trabajo de deformación en prensas, pero por el contrario su límite elástico es demasiado bajo, por lo que se necesitan mayores espesores para soportar los esfuerzos a los que se someten las distintas piezas, y además en los paneles exteriores se producen abolladuras con facilidad.  Su bajo límite elástico lo convierte en un material para usar en piezas con baja responsabilidad estructural (aletas, paneles de puertas, portones traseros, etc).

Aceros de Alta resitencia:

Clasificados en tres tipos en función del mecanismo de endurecimiento al que se les someta para aumentar su resistencia, tenemos:

1. Aceros Bake-Hardening: Estos aceros han sido elaborados y tratados, para conseguir un aumento significativo del límite elástico durante un tratamiento térmico a baja temperatura,
   tal como una cocción de pintura. La ganancia en su límite elástico conseguida por el tratamiento de cocción, llamado efecto “Bake Hardening” (BH), es generalmente superior a 40 MPa. El efecto “Bake Hardening” ofrece una mejora en la resistencia a la deformación y una reducción del espesor de la chapa para unas mismas propiedades mecánicas. destinados a piezas de panelería exterior (puertas, capós, portones, aletas delanteras y techo) y piezas estructurales para el automóvil (bastidores inferiores, refuerzos y travesaños).
2. Aceros Microaleados o ALE: Los Aceros Mircroaleados o Aceros ALE se obtienen mediante la reducción del tamaño de grano y precipitación del mismo, y en algunos casos, de forma
   selectiva se añaden otros elementos de aleación como itanio, niobio o cromo que confieren propiedades de dureza. Este tipo de aceros se caracterizan por una buena resistencia a la fatiga, una buena resistencia al choque y una buena capacidad de deformación en frío. Se destinan sobre todo para 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.
3. Aceros Refosforados o Aceros Aleados al Fósforo: Son aceros con una matriz ferrítica, que contienen elementos de endurecimiento en la solución sólida, talescomo fósforo, cuya presencia puede ser de hasta un 0.12 %. Estos aceros se caracterizan por ofrecer altos niveles de resistencia, conservando al mismo tiempo una buena aptitud para la conformación por estampación. 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.

 Aceros de muy alta resistencia:

Los aceros de muy alta resistencia o también llamados multifásicos obtienen la resistencia mediante la coexistencia en la microestructura final de “fases duras” al lado de “fases blandas”, es decir, 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. En esta categoría se incluyen los siguientes aceros:

1. Aceros de Fase Doble (DP): 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 y por lo tanto predispone a utilizarlos en piezas de estructura y refuerzo. Su fuerte consolidación combinada con un efecto BH muy marcado les permite ofrecer buenas prestaciones para aligerar piezas. 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, etc.
2. Aceros de Plasticidad Inducida por Transformación (TRIP): La capacidad de consolidación de estos aceros es importante, lo que favorece la distribución de las deformaciones, y por lo tanto, le asegura una buena estampación, así como ciertas características sobre
   piezas, en particular el límite elástico, que son mucho más altas que sobre el metal plano. Este gran potencial de consolidación, y una alta resistencia mecánica generan una buena capacidad de absorción de energía, lo que predispone el uso de este tipo de aceros para piezas de estructura y refuerzo. A su vez, esta gama de aceros son sometidos a un importante efecto BH (“Bake Hardening”) que les proporciona una mayor resistencia, y por lo tanto permite aligerar las piezas y aumentar su capacidad de absorción. Estos aceros se adaptan sobre todo a
   piezas de estructura y seguridad debido a su fuert capacidad de absorción de energía y su buena resistencia a la fatiga, como son largueros, traviesas, refuerzos de pilar B, etc.
3. Aceros de Fase Compleja (CP): 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 CP incorporan además, elementos de aleación ya convencionales (manganeso, silicio, cromo, molibdeno boro) y microaleantes para afinamiento de grano (niobio y titanio), que 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. 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 pasajeros así como en
   los habitáculos motor y maletero. Un ejemplo de la aplicación de este tipo de aceros en la carrocería del automóvil es el refuerzo del pilar B.

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. Los usos más comunes son aquellos en los que se requiere una elevada capacidad de absorber energía sin que se deforme la pieza, un ejemplo sería el refuerzo en el denominado pilar B.

1. Aceros Martensíticos (Mar): Los Aceros Martensíticos presentan una microestructura
   compuesta básicamente de martensita, obtenida al transformarse la austenita en el tratamiento de recocido. El resultado son aceros que alcanzan límites elásticos de hasta 1400 MPa. Su alta resistencia a la deformación convierten a estos tipos de aceros en los materiales más indicados para la fabricación de piezas destinadas a evitar la penetración de objetos en la zona de pasajeros, así como en los habitáculos motor y maletero. Un ejemplo de su aplicación de este tipo de aceros en la carrocería del automóvil es el refuerzo del pilar B.
2. Aceros al Boro o Aceros Boron (Bor): 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. 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. La mayoría de las aplicaciones actuales están centradas en piezas antiintrusión (habitáculo o motor), por ejemplo, refuerzos de pilar B y traviesas.

En esta infografía observamos los distintos componentes de la estructura de una carrocería en un automóvil, como hemos podido observar, a medida que necesitamos mayor o menor deformabilidad para absorber impactos o para no deformarse, como el habitáculo, se utilizan unos u otros aceros, dependiendo de las exigencias que necesitemos.

Diagrama Hierro-Carbono y tratamientos terminos en los aceros

En esta entrada vamos a estudiar el diagrama del Fe-C que representa las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusión (homogeneización) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos críticos —temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones— por métodos diversos.

 Pasamos ahora a clasificar los aceros en funcion del % en Carbono que contentan:

- Aceros Extrasuaves: el contenido de carbono varia entre el 0.1 y el 0.2 %
- Aceros suaves: El contenido de carbono esta entre el 0.2 y 0.3 %
- Aceros semisuaves: El contenido de carbono oscila entre 0.3 y el 0.4 %
- Aceros semiduros: El carbono esta presente entre 0.4 y 0.5 %
- Aceros duros: la presencia de carbono varia entre 0.5 y 0.6 %
- Aceros extramuros: El contenido de carbono que presentan esta entre el 0.6 y el 07 %

            En las aleaciones Fe-C pueden encontrarse hasta once constituyentes diferentes, que se denominan: ferrita, cementita, perlita, austenita, martensita, troostita sorbita, bainita, ledeburita, steadita y grafito.

-Ferrita: Aunque la ferrita es en realidad una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es tan pequeña que no llega a disolver ni un 0.008% de C. Es por esto que prácticamente se considera la ferrita como hierro alfa puro. La ferrita es el más blando y dúctil constituyente de los aceros. Cristaliza en una estructura BCC. Tiene una dureza de 95 Vickers, y una resistencia a la rotura de 28 Kg/mm², llegando a un alargamiento del 35 al 40%. Además de todas estas características, presenta propiedades magnéticas. En los aceros aleados, la ferrita suele contener Ni, Mn, Cu, Si, Al en disolución sólida sustitucional. Al microscopio aparece como granos monofásicos, con límites de grano más irregulares que la austenita. El motivo de esto es que la ferrita se ha formado en una transformación en estado sólido, mientras que la austenita, procede de la solidificación.

Cementita:  Es carburo de hierro y por tanto su composición es de 6.67% de C y 93.33% de Fe en peso. Es el constituyente más duro y frágil de los aceros, alcanzando una dureza de 960 Vickers. Cristaliza formando un paralelepípedo ortorrómbico de gran tamaño. Es magnética hasta los 210ºC, temperatura a partir de la cual pierde sus propiedades magnéticas. Aparece como:

Perlita:Es un constituyente compuesto por el 86.5% de ferrita y el 13.5% de cementita, es decir, hay 6.4 partes de ferrita y 1 de cementita. La perlita tiene una dureza de aproximadamente 200 Vickers, con una resistencia a la rotura de 80 Kg/mm² y un alargamiento del 15%. Cada grano de perlita está formado por láminas o placas alternadas de cementita y ferrita. Esta estructura laminar se observa en la perlita formada por enfriamiento muy lento. Si el enfriamiento es muy brusco, la estructura es más borrosa y se denomina perlita sorbítica. Si la perlita laminar se calienta durante algún tiempo a una temperatura inferior a la crítica (723 ºC), la cementita adopta la forma de glóbulos incrustados en la masa de ferrita, recibiendo entonces la denominación de perlita globular.   

 Austenita: Este es el constituyente más denso de los aceros, y está formado por la solución sólida, por inserción, de carbono en hierro gamma. La proporción de C disuelto varía desde el 0 al 1.76%, correspondiendo este último porcentaje de máxima solubilidad a la temperatura de 1130 ºC.La austenita en los aceros al carbono, es decir, si ningún otro elemento aleado, empieza a formarse a la temperatura de 723ºC. También puede obtenerse una estructura austenítica en los aceros a temperatura ambiente, enfriando muy rápidamente una probeta de acero de alto contenido de C a partir de una temperatura por encima de la crítica, pero este tipo de austenita no es estable, y con el tiempo se transforma en ferrita y perlita o bien cementita y perlita.

 Excepcionalmente, hay algunos aceros al cromo-niquel denominados austeníticos, cuya estructura es austenítica a la temperatura ambiente. La austenita está formada por cristales cúbicos de hierro gamma con los átomos de carbono intercalados en las aristas y en el centro. La austenita tiene una dureza de 305 Vickers, una resistencia de 100 Kg/mm² y un alargamiento de un 30 %. No presenta propiedades magnéticas.

 Martensita: Bajo velocidades de enfriamiento bajas o moderadas, los átomos de C pueden difundirse hacía afuera de la estructura austenítica. De este modo, los átomos de Fe se mueven ligeramente para convertir su estructura en una tipo BCC. Esta transformación gamma-alfa tiene lugar mediante un proceso de nucleación y crecimiento dependiente del tiempo (si aumentamos la velocidad de enfriamiento no habrá tiempo suficiente para que el carbono se difunda en la solución y, aunque tiene lugar algún movimiento local de los átomos de Fe, la estructura resultante no podrá llagar a ser BCC, ya que el carbono está “atrapado” en la solución). La estructura resultante denominada martensita, es una solución sólida sobresaturada de carbono atrapado en una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. Esta estructura reticular altamente distorsionada es la principal razón para la alta dureza de la martensita, ya que como los átomos en la martensita están empaquetados con una densidad menor que en la austenita, entonces durante la transformación (que nos lleva a la martensita) ocurre una expansión que produce altos esfuerzos localizados que dan como resultado la deformación plástica de la matriz. La martensita se presenta en forma de agujas y cristaliza en la red tetragonal. La proporción de carbono en la martensita no es constante, sino que varía hasta un máximo de 0.89% aumentando su dureza, resistencia mecánica y fragilidad con el contenido de carbono. Su dureza está en torno a 540 Vickers, y su resistencia mecánica varía de 175 a 250 Kg/mm² y  su alargamiento es del orden del 2.5 al 0.5%. Además es magnética.

 Bainita: Se forma la bainita en la transformación isoterma de la austenita, en un rango de temperaturas de 250 a 550ºC. El proceso consiste en enfriar rápidamente la austenita hasta una temperatura constante, manteniéndose dicha temperatura hasta la transformación total de la austenita en bainita.

 Ledeburita: La ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las fundiciones. Se encuentra en las aleaciones Fe-C cuando el porcentaje de carbono en hierro aleado es superior al 25%, es decir, un contenido total de 1.76% de carbono.

 La ledeburita se forma al enfriar una fundición líquida de carbono (de composición alrededor del 4.3% de C) desde 1130ºC, siendo estable hasta 723ºC, decomponiéndose a partir de esta temperatura en ferrita y cementita.

 Diagrama de la formación por enfriamiento de aceros.

Diagramas de enfriamiento "curvas S":

La curva de enfriamiento C comienza con la formación de perlita, pero el tiempo es insuficiente para que se complete la transformación de austenita a perlita. La austenita remanente que no se transforma en perlita a temperaturas superiores, se transformará en martensita a temperaturas más bajas, comenzando a 220°C. La microestructura de este acero, en consecuencia, estará constituida por una mezcla de perlita y martensita. Enfriando a una velocidad mayor que la curva E, denominada velocidad crítica de temple, se conseguirá una estructura completamente martensítica. Esto es en síntesis las transformaciones que suceden en los aceros durante los enfriamientos continuos proporcionados industrialmente.

 

 

Tratamientos termicos en los aceros:

TRATAMIENTOS TERMICOS DEL ACERO from Instituto Tecnológico de Reynosa

Desmontaje de asientos y guarnecidos

Otra de las practicas realizadas es el desmontaje del interior de un vehiculo, en este caso el Audi A4. 
Empezamos por los asientos, en el caso de los delanteros llevan un tornillo debajo de asiento, soltandole los asientos salen a carril hacia atras.
En el caso de los traseros salen en forma de L sin ningun tipo de amarre.

 

Con el coche totalmente vacio, empezamos con el desmontaje de los guarnecidos hay que empezar de la parte delantera hacia la trasera por que los plasticos estan unos encima de otros y si tiramos de los del medio, que son los que habria que sacar para sacar los cinturones, se podrian romper. Soltamos de la parte de los pedales un par de tornillos que vienen disimulados con tapas y sale el primer plastico, para la extracción de segundo nos ayudamos de retirar la goma que aisla la puerta para que no entre agua. al sacar la goma el resto de plasticos salen con ella sin mayor dificultad. desatornillamos el amarre inferior del cinturon y las guias para el mecanismo. 

 Los plasticos los retiramos y soltamos el mecanismo del cituron, quitando las guias y el tornillo superior y el pretensor. Al soltar el pretensor debemos tener cuidado con el cable que lo acciona y soltaremos el borne negativo de la bateria para minimizar riesgos. 

Para el montaje habra que tener cuidado al amarrarel cinturon de que este recto y no tenga arrugas. los plasticos del pilar entran a presion con la goma y los inferiores uno tras otro con grapas y los tornillos de la zona de los pies.

Desmontaje de paño de puerta y sistema de elevalunas

En esta entrada explicaremos como desmontar el paño de puerta y extracción del sistema de elevalunas de un audi A4.

Aqui tenemos la puerta en el estado original, para comenzar su estracción soltaremos primero dos tornillos que lleva a la altura de el asa, retirando primero un plastico que lo recubre. Tras esto retiramos otros tres tornillos que se situan en la parte inferior del paño y la parte delantera.

tras retirar el paño tenemos asi la puerta, observamos los aislantes para el sonido en amarillo y el mecanismo del elevalunas que es en X, y amarrado a una estructura que se puede retirar entera por medio de remaches.

Para sacar el marco superior y la estructura del elevalunas retiramos 5 tornillos grandes que hay alrededor de la estructura, cuatro se ven bien pero el ultimo esta escondido cerca del amarre del retrovisor. No nos olvidamos tampoco del cable del tirador de la puerta.

Aqui tenemos en el recubrimiento y el mecanismo del elevalunas

Observamos ahora el mecanismo en X del elevalunas.

Para el montaje amarramos el mecanismo del marco a los 5 tornillos que retiramos primero y conducimos el cable del tirador entre los cables para tenerlo preparado cuando coloquemos el paño.
Conectamos los cables electricos del elevalunas y del espejor.Encajamos el cable al tirador y  ponemos el paño que entra a carril desde arriba. colocamos los tronillos restantes y el recubrimiento de plastico del asa.