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El acero en la carrocería
6750-072Edic.: 1 (11-03)
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TÍTULO: El acero en la carroceríaAUTOR: Organización de ServicioSEAT S.A. Sdad. Unipersonal. Zona Franca, Calle 2.
1.a edición
FECHA DE PUBLICACIÓN: Noviembre 03
Estado técnico 11.03. Debido al constante desarrollo y mejora delproducto, los datos que aparecen en el mismo están sujetos aposibles variaciones.
El acero en la carrocería
3
1. INTRODUCCIÓN ...............................................
1.1. Estructuras cristalinas.
1.2. Propiedades mecánicas.
4 - 6
2. EL ACERO ........................................................
2.1. Composición química.
2.2. Tratamientos.
6 -15
3. ACEROS EMPLEADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE
CARROCERIAS DE AUTOMOVILES ........................
3.1. Endurecimiento por solución sólida.
3.2. Endurecimiento por afino de grano y precipi-
tación.
3.3. Bake-hardening.
3.4. Endurecimiento mediante fases duras.
16- 23
4. RECUBRIMIENTOS SUPERFICIALES ...................
4.1. Galvanizado al fuego
4.2. Galvannealed
4.3. Electrocincado
24-26
ÍNDICE
EL ACERO EN LA CARROCERÍA
El acero es el material más empleado en la cons-
trucción tanto de carrocerías de automóviles como
de otras aplicaciones (estructuras, ferrocarriles,
barcos, máquinas herramienta, etc.). Ofrece
muchas ventajas sobre otros materiales:
- Abunda en la naturaleza, siendo fácil y barata su
explotación.
- El procedimiento de fabricación es relativamente
fácil y económico.
- Tiene un amplio rango de propiedades mecáni-
cas, variable según el proceso de fabricación, ade-
cuandose así al uso específico que se le va a dar.
- Gracias a su plasticidad permite obtener piezas
de formas geométricas complicadas.
- Las técnicas aplicadas en la reparación de piezas
de acero son sencillas y eficientes.
- Es fácil reciclarlo una vez finalizado su uso.
Todo y ello su empleo se ve condicionado en
determinadas ocasiones por las ventajas que ofre-
cen otros materiales en aplicaciones concretas,
por ejemplo el aluminio muy empleado en avia-
ción por su ligereza, o el hormigón empleado en la
construcción por su mayor resistencia al fuego, o
los materiales cerámicos cuando deben soportar
elevadas temperaturas.
En definitiva la continua evolución en los tipos de
aceros, lo convierten en un material muy apto en
la construcción de carrocerías de automóviles.
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1. INTRODUCCIÓN
Detrás del concepto "acero", existen numerosos conceptos científicos y tecnológicos que es necesario
tener presentes para conseguir el tipo de acero más adecuado y económico a la aplicación que se le
quiere dar. En este capítulo se hace un breve repaso a la disposición microscópica del acero y las propie-
dades mecánicas del mismo.
1.1. ESTRUCTURAS CRISTALINASCualquier materia independientemente del estado en el que se encuentre (gas, líquido o sólido) está
compuesta por átomos de diferentes tipos (hierro, sodio, oro, nitrógeno, oxígeno, etc.).
Los átomos se comportan como esferas sólidas, variando el tamaño en función de la naturaleza del
mismo. La unidad de medida empleada en la medición de los átomos es el Angstrom. Un Angstrom es
igual a 10-7 mm, es decir un milímetro contiene 10 millones de Angstroms.
Por ejemplo un átomo de hierro =1,24 Angstroms; un átomo de niquel=1,25 Angstroms; un átomo de
oxígeno=0,6 Angstroms.
La forma en que se unen y organizan los átomos de un material sólido entre sí se denomina "estructuracristalina", existen catorce tipos diferentes. El tipo de estructura cristalina determina aspectos caracte-
rísticos del material como son la densidad, la dureza o la temperatura de ebullición, entre otros.
Cúbica
EJEMPLOS DE ESTRUCTURAS CRISTALINAS
Cúbica centrada en las caras
Cúbica centrada en el cubo
75007-01
Hexagonal
A diferencia de los sólidos los átomos en los materiales líquidos se encuentran en movimiento aleatorio,
sin guardar una posición fija. Cuando los materiales se solidifican al ser enfriados, el movimiento de los
átomos cesa y estos pueden adoptar un orden definido y tridimensional, que origina la "estructura cris-
talina"
El acero en la carrocería
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Las propiedades mecánicas de los materiales
se determinan a partir de unos experimentos
de laboratorio, siendo el más común la
prueba de tracción. Para esta prueba se utili-
zan probetas del material en estudio, las cua-
les son estiradas progresivamente. Todas las
probetas han de tener un tamaño y una forma
normalizada para poder comparar los resulta-
dos obtenidos en diferentes materiales.
Durante la prueba se registra simultánea-
mente la carga necesaria para deformar la
probeta hasta su rotura y la deformación
sufrida, con ello es posible trazar la curva delesfuerzo (la carga relacionada con la sección
inicial de la probeta), en función de la defor-mación (expresada en porcentaje de alarga-
miento en relación con la longitud inicial de la
probeta). Así se traza de la curva de tracción
cuya forma aparece en la figura.
Un análisis detallado de la curva de tracción
ofrece numerosas y precisas informaciones, entre las que cabe destacar: la zona elástica del material, el
límite elástico, la zona de cedencia, la zona plástica, el alargamiento, la carga instantánea y la carga
máxima.
Con tal de comparar correctamente los valores de resistencia la unidad empleada por el sistema interna-
cional de medida es el Pascal (Pa), como son valores muy elevados, es muy común emplear el MegaPas-cal (MPa); 1MPa = 1.000.000 Pa. Todo y que también se puede encontrar en alguna literatura el uso del
Newton (N) entre milímetro cuadrado, es decir: N/mm2 . Téngase presente que 1MPa = 1 N/mm2
Límite elástico (Re):
Es el valor máximo de carga instantanea para el cual las deformaciones sufridas por la probeta son
reversibles al desaparecer la misma, y delimita la zona elástica de la zona plástica. Las unidades
empleadas son los MPa.
Según la naturaleza del material puede existir la "zona de cedencia (Ap)". Esta transición se hace de
manera progresiva, normalmente se da una definición convencional del límite elástico medido a un
valor de alargamiento del 0,2% y se denomina como Rp 0,2.
1.2. PROPIEDADES MECÁNICAS
Carga unitaria (MPa)
Alargamiento (%)
Re
Rp
Ap
C
75007-02
Zona
elástica
Zona
plástica
Zona de
cedencia
CURVA DE TRACCIÓN
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Carga máxima alcanzada durante la prueba de tracción (Rp), o Resistencia a la rotura:
A partir de este punto, la deformación empieza a aparecer en forma de estricción, es por esta razón lo
que explica el descenso del esfuerzo necesario para una deformación adicional más allá del punto Rp.
Punto de ruptura:Punto en el que se rompe la probeta (punto C en la gráfica). Una vez rota se observa, como en la mayor
parte de los casos, queda en la probeta un valor remanente de alargamiento.
2. EL ACERO
Uno de los materiales más empleados en la construcción de carrocerías de vehículos es el acero.
Se considera acero a la aleación de hierro y carbono, donde la proporción de carbono sea inferior al
1,7%, porcentajes mayores dan origen a las fundiciones. Otros elementos como el níquel, manganeso,
fósforo, silicio, cromo, etc, presentes en porcentajes muy bajos determinan las familias de aceros.
Existen multitud de aceros, cada uno de ellos tienen una composición y unas propiedades distintas. Los
aceros son una aleación de diferentes metales, en las que el hierro es el elemento que aparece en mayor
porcentaje y el carbono el elemento que influye de forma más decisiva en las propiedades, característi-
cas y tratamientos del acero.
A partir del material de hierro y el carbono existentes en la naturaleza se obtiene el arrabio, este se
somete a un proceso de afino en el que se añaden o retiran diferententes elementos de aleación
(níquel, fósforo, silicio, cromo, titanio, aluminio, etc.) dando por resultado el acero. Según la aleación
resultante se obtienen las familias de acero, desde las más rígidas hasta las más maleable.
Las propiedades mecánicas de un acero son el resultado de una combinación de varios parámetros defi-
nidos durante el proceso de fabricación del acero, cuyos dos principales son:
- la composición química
- el tratamiento
2.2. COMPOSICIÓN QUÍMICACada tipo de acero en estado sólido tiene una estructura cristalina propia, dicha estructura le confiere
unas cualidades mecánicas las cuales pueden reconocerse mediante una análisis metalográfico.
Un aspecto muy importante en la obtención del acero es la velocidad con la que se calientan y enfrían
las materias primas tanto en el proceso de obtención como en los procesos posteriores.
Si se estudia el hierro en estado puro se observa como en función de la temperatura, ya sea al aumentar
como al disminuir, el hierro transforma su estructura cristalina variando sus propiedades magnéticas y
de solubilidad.
Con tal de facilitar la comprensión de las propiedades de cada acero, en las próximas páginas se explica
primero el comportamiento del hierro puro, a continuación como se comportan las aleaciones compues-
tas de hierro y carbono; y por último las aleciones de hiero, carbono y otros componentes.
El acero en la carrocería
7
Antes de estudiar el acero hay que tener claro las temperaturas de transformación en las que el hierro
puro cambia su estructura cristalina, es decir reordena la posición de sus átomos. Este reordenamiento
toma un cierto tiempo durante el cual la temperatura se mantiene constante, estas temperaturas de
cambio de estructura se llaman "puntos críticos". Durante el enfriamiento ocurre lo contrario.
1535
1400
910
790
0
TEMPERATURAS (oC)
TIEMPO (min.)
Hierro alfa o Ferrita
Hierro
beta
Hierro Gamma
Hierro delta
Hierro líquido
0 90 0 90
1535
1400
898
750
0
EN
FRIA
MIE
NTO
DE
L A
CE
RO
CA
LE
NTA
MIE
NTO
DE
L A
CE
RO
75007-03
DIAGRAMA DEL HIERRO PURO
2.1.1. HIERRO PURO: "DIAGRAMA DEL HIERRO"
Entre los 0 y 750o C de temperatura el hierro recibe el nombre de "hierro alfa" o "ferrita", este adopta la
estructura cristalina centrada en el cubo, formada por nueve átomos de hierro. El hierro alfa es muy mag-
nético y no disuelve el carbono.
Si se sigue calentando el hierro, entre los 750 y los 900o C se denomina "hierro beta", continua siendo
una estructura cristalina centrada en el cubo, la cual tampoco disuelve el carbono y pierde parte del
magnetismo.
Entre los 900 y 1400o C se denomina "hierro gamma". Aquí la estructura cristalina pasa a ser cúbica cen-
trada en las caras y la constituyen 14 átomos de hierro. El hierro gamma se caracteriza por no ser magné-
tico y ser disolvente del carbono.
Entre los 1400 y 1535o C el hierro se encuentra en estado de plasma y se conoce como "hierro delta". La
estructura cristalina es cúbica centrada en el cuerpo, debido a que aparece a muy elevadas temperatu-
ras tiene poca importancia en el estudio de los tratamientos térmicos.
A temperaturas superiores a 1535oC el hierro puro se encuentra en estado líquido.
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Téngase presente que el calor absorbido en los puntos críticos de transformación, se emplea en el cam-
bio de estructura cristalina, razón por la que no se observa elevación de la temperatura.
En resumen, según sea la temperatura a la que se encuentre, los átomos de hierro se agrupan en dife-
rentes estructuras cristalinas, con propiedades magnéticas y de solubilidad del carbono diferentes.
2.1.2. ALEACIÓN DE HIERRO Y CARBONO "DIAGRAMA HIERRO CARBONO"El estudio metalográfico de los aceros "puros", formados únicamente por átomos de hierro y átomos de
carbono, indica que en función de la temperatura y el porcentaje de carbono el acero cristaliza en dife-
rentes compuestos. Se consideran aceros, las alaeaciones de hierro carbono cuyo contenido de este
último material sea inferior al 1,7% .
Temperatura (ºC)
% de Carbono
LÍQUIDO
AUSTENITA + Líquido
AUSTENITA
AUSTENITA +
CEMENTITA
PERLITA +
CEMENTITA
PERLITA +
FERRITA
75007-04
0,008 0,9 1,73
0
738
910
1145
1492
1535
FERRITA +
AUSTENITA
Comienza a solidificar la austenita
Finaliza la solidificación de la austenita
Separación de la ferrita
Separación de la cementita
Separación de la Perlita
Separación de la Perlita
Perl
ita
DIAGRAMA HIERRO CARBONO
738
1145
El acero en la carrocería
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Interpretación del "diagrama hierro carbono":El "eje x" del diagrama indica el porcentaje de carbono que contiene el acero, mientras que el "eje y" la
temperatura del mismo.
Las líneas trazadas en el diagrama indican los puntos críticos, es decir los puntos en los que el acero
cambia de estructura cristalina; según sea el porcentaje de carbono, la temperatura en la que se pro-
duce el cambio de estructura varia.
Las áreas delimitadas por los puntos críticos indican la estructura cristalina que adopta el acero en cada
caso.
A altas temperaturas el acero está fundido y todos los materiales que lo componen están disueltos, al
igual que la sal en el agua.
A medida que se enfría, y de la misma forma que la sal se solidifica antes que los cristales de hielo, el
hierro y el carbono se solidifican denominándose "cristales de austenita" (la temperatura de solidifica-
ción varía según sea el porcentaje de carbono).
Si la temperatura sigue bajando, la aleación se solidifica totalmente en austenita.
A temperaturas inferiores a los 740oC aproximadamente la austenita se puede transformar en dos
estructuras aspecto que depende del porcentaje de carbono en la aleación:
- si el porcentaje es inferior al 0,9% de carbono, la austenita pasa a convertirse en perlita y ferrita distri-
buidos en forma de cristales en el acero.
- si el porcentaje es de 0,9% de carbono, el acero únicamente tiene cristales de perlita combinados.
- si el porcentaje se encuentra entre el 0,9 y el 1,73% la austenita se transforma en perlita y cementita.
A continuación se describen las principales características estructurales y mecánicas de los compues-
tos indicados en el diagrama hierro carbono,
Ferrita: Está constituida por cristales de hierro alfa, es el componente más blando del acero. Las características
mecánicas de la ferrita son una resistencia a la tracción de 28 MPa y un alargamiento entre el 35 y el -
40%.
Carbono:Los átomos de carbono puro pueden unirse entre sí de dos formas, según sea una unión u otra se
obtiene gráfito o diamante.
El gráfito es el carbono que contiene el acero, sus enlaces son débiles y puden separarse fácilmente. El
diamante sin embargo tiene unos enlaces muy fuertes, dando al material una gran dureza.
En definitiva tanto el gráfito como el diamante estan formados exclusivamente por carbono, pero con
diferentes enlaces, lo que los convierte en materiales distintos (por ejemplo la densidad y el punto de
fusión del gráfito son de 2,25 g/cm3 y 3500oC, mientras que del diamante son de 3,51 g/cm3 y
4830oC).
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Cementita:Es carburo de hierro (Fe3C), contiene un 6,67% de carbono y un 93,33% de hierro, su exceso de carbono
es el empleado para la formación de las estructuras cristalinas del acero al añadir hierro o chatarra
durante el afino. Es el componente más duro del acero y consecuentemente el más frágil, tiene una
resistencia a la tracción de 215 MPa.
Se trata de un material muy frágil y duro.
Austenita:
Aparece cuando los aceros sobrepasan los 721oC de temperatura. Es una solución sólida de carbono y
hierro gamma que se obtiene por enfriamiento normal. La cantidad de carbono que contiene es variable
entre el 0 y el 1,7%.
Tiene una resistencia a la tracción de 88-105 MPa y un alargamiento entre el 20 y el 23%.
La austenita se caracteriza por tener gran resistencia al desgaste y poca dureza, es el elemento más fre-
cuente en los aceros.
Perlita: Es una mezcla de láminas de cementita y de ferrita, consecuencia de la transformación de la austenita.
El grosor de las láminas depende de la velocidad de enfriamiento, cuanto más lenta sea está mayor es el
grosor.
El valor de la resistencia a la tracción es de 55-70 MPa y el alargamiento del 20-28%.
Las propiedades mecánicas de la perlita están entre las de la ferrita y la cementita, se caracteriza por ser
más dura y resisten que la ferrita, pero más blanda y maleable que la cementita.
A continuación se describen dos ejemplos, en los que se menciona los cambios de estructura que acon-
tecen para obtener un acero con un porcentaje de carbono del 0,15% y los cambios de otro con un
1,20% de carbono.
El acero en la carrocería
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Acero con un 0,15% de carbono:
Se parte de una temperatura superior a 1.500oC,
el acero se encuentra en estado líquido.
Cuando la temperatura desciende de los 1.400oC
se va sólidificando parte del hierro y carbono orgi-
nando la austenita que coexiste con el acero
líquido.
Cuando se baja de 1300oC el acero de 0,15 % de
carbono ya esta totalmente solidificado y conver-
tido en austenita y permanece así hasta bajar los
750oC.
Entre los 750 y los 738oC parte de la austenita se
transforma, por lo que el acero pasa a ser una
mezcla de austenita y ferrita.
Por debajo de los 738oC la estructura cristalina
varía siendo una solución de perlita y ferrita.
Si durante todo este proceso se varía la velocidad
de enfriamiento en algún punto se obtienen dife-
rentes componentes (bainita, martensita,etc.) 0’15% de Carbono 75007-05
1400ºC
1300ºC
750ºC
738ºC
Líquido
Austenita
Austenita
Austenita
Ferrita
Ferrita
Perlita
o C
% C
Acero con un 1,20% de carbono:
A 1.500oC también se encuentra en estadolíquido.
La coexistencia de austenita y acero líquido es
ahora entre los 1.300 y los 1.200oC.
Por debajo de los 1.000oC y hasta los 738oC la
austenita se transforma en austenita y cementita,
A temperaturas inferiores a los 738oC la estructura
cristalina cambia a un estado estable, formado
por perlita y cementita.
Al igual que en todos los aceros, si se varia la
velocidad de enfriamiento en algún punto del pro-
ceso se obtiene como resultados componentes
diferentes.
75007-06
1’20% de Carbono
1300ºC
1200ºC
1000ºC
738ºC
Líquido
Austenita
Austenita
Austenita
Cementita
Perlita
Cementita
o C
% C
12
El porcentaje de carbono da al acero su nivel de resistencia mecánica y si se añaden de forma más selec-
tiva se obtienen otros elementos de aleación como silicio, fósforo, titanio, niobio o cromo que conferirán
propiedades aún más específicas de dureza. En este caso se habla de aceros microaleados, puesto que
el efecto de dichos elementos se manifiesta incluso cuando se añaden en pequeñas cantidades en rela-
ción con otros elementos de aleación.
Las alteraciones que puede tener la matriz cristalina del sólido debido a los materiales añadidos o reti-
rados pueden ser:
- Sustitución: átomos de otros elementos sustituyen a átomos de hierro.
- Hueco: átomos de hierro son eliminados de la matriz dejando libre esa posición.
- Intersticial: átomos de otros elementos, como el titanio, ocupan posiciones entre átomos de hierro,
endureciendo todo el cristal y bloqueando las posibilidades de deslizamiento de los planos atómicos
entre ellos. Su cantidad en la aleación de acero es determinante para sus propiedades mecánicas ulte-
riores.
Ejemplo de la influencia de algunos materiales de aleación:
Material añadido: Propiedades modificadas:
SilicioAfina el grano y aumenta el valor del porcentaje
de alargamiento
NíquelAumenta la resistencia y el alargamiento, pero
da fragilidad a la estructura.
ManganesoAfina el grano, aumenta la resistencia, la dureza,
el alargamiento y la resistencia al desgaste.
2.1.3. ALEACIÓN DE HIERRO CARBONO Y OTROS COMPONENTES
Átomo del material base.
Sustitución.
Hueco.
Intersticial.
75007-07
El acero en la carrocería
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2.2. TRATAMIENTOSExisten numerosos tipos de tratamientos agrupables en tres grandes familias:
2.2.1. TRATAMIENTOS MECÁNICOS.Son procesos en los que mediante la energía mecánica y térmica se producen deformaciones perma-
nentes en el metal por encima del límete de cedencia. Estos tratamientos no afectan a la estructura cris-
talina, su efecto va encaminado a modificar la elasticidad, tenacidad, plasticidad y dureza.
Los tratamientos mecánicos más comunes son dos:
- Aceros conformados en frío: apartir de la deformación producida a temperaturas inferiores a la recrista-
lización y se manifiesta esencialmente por un aumento de la dureza y resistencia a la deformación.
Mejoran la dureza y el límite elástico del acero.
- Aceros conformados en caliente: la deformación del acero se realiza a temperaturas superiores a la
temperatura de recristalización del acero. Durante ese tratamiento se produce de forma simultanea
deformaciones plásticas y la recristalización de los granos deformados, debiendo mantenerse la tempe-
ratura el tiempo suficiente para que la la recristalización se haya completado. Este tratamiento permite
conseguir la misma deformación que el trabajo en frío pero con menos esfuerzos, obteniendo aceros
más blandos y dúctiles a la vez que una estructura cristalina más uniforme.
2.2.2. TRATAMIENTOS TÉRMICOS. El objetivo de los tratamientos térmicos es mejorar o modificar las propiedades de los metales mediantealteraciones en su estructura, con el fin de que las propiedades adquiridas puedan desempeñar con
más exactitud el trabajo al que han sido destinadas; llevando consigo un aprovechamiento y un rendi-
miento muy superior al que en condiciones normales se podrían obtener.
En general un tratamiento térmico consiste en “Calentar y mantener” el acero hasta una cierta tempera-
tura, durante un tiempo determinado, más o menos largo, y luego enfriarlo de forma conveniente,
logrando una modificación en la estructura microscópica de los aceros, unas transformaciones físicas y
a veces cambios en la composición del metal.
Es decir, en los tratamenientos térmicos sólo interviene la energía calorífica afectando a la estructura
cristalina pero no a la composición.
Familias: Tratamientos:
Tratamientos mecánicosConformado en frío.
Conformado en caliente
Tratamientos térmicos
Temple.
Recocido.
Normalizado.
Revenido.
Tratamientos termoquímicos
Cementación.
Cianuración.
Cimentación.
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A continuación se describen los cuatro tratamientos térmicos más significativos:
- Temple: tiene por objetivo endurecer el material, esto se logra con el rápido enfriamiento del acero
para evitar nuevas transformaciones en su estructura cristalina.
- Recocido: persigue regenerar el material, cuando por el mecanismo u otra causa ha sufrido deforma-
ciones, para ello se el acero se enfria muy lentamente.
- Normalizado: se emplea para eliminar las tensiones del acero y dejarlo en las condiciones que se con-
sideran normales para ese acero, esto se consigue mediante un enfriamiento a una velocidad interme-
dia.
- Revenido: se da después del temple, consiste en elevar la temperatura para facilitar la estabilidad de la
estructura. Hay que tener presente que el revenido destruye parcialmente al temple, siendo su efecto
tanto más acentuado cuanto mayor es la temperatura de calentamiento.
2.2.3. TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS:Interviene además de la energía calorífica (calentar, mantener y enfriar) intervienen otros componentesquímicos ajenos al acero. Esto tiene como resultado una variación en la estructura y en la composición.
Los tratamientos termoquímicos más destacables son:
- Cementación: endurece la superficie de la pieza de acero, manteniendo intacto el corazón del material,
logrando una mayor tenacidad y resistencia a los golpes .
La cementación consigue este fin aumentando la porción de carbono en la superficie de la pieza. Para
ello se calienta la pieza y se la mantiene por un cierto tiempo a temperatura conveniente en contacto de
materias que pueden ceder carbono llamadas cementantes.
- Cinanuración: Crea fácil y rápidamente pequeños espesores de capa dura. Es una variante de la
cementación, con la diferencia en que el acero también absorve nitrogéno
- Nitruración: El acero alcanza grandes durezas en las superficies del acero, siendo superior a la obte-
nida en la cementación. Se realiza a bajas temperaturas por lo que las deformaciones del material son
mínimas. La nitruración se basa en que el acero absorva nitrogeno en su estructura.
El acero en la carrocería
15
2.2.4. RESULTADOS DE LOS TRATAMIENTOS.Mediante los tratamientos antes explicados se logran numerosas variaciones en la composición de los
aceros, adaptándolas a cada necesidad mecánica, siendo dos compuestos muy significativos la marten-
sita y la austenita.
Martensita: Es una variante de la austenita. Es el constituyente típico de los aceros enfriados rápidamente (templa-
dos). Esencialmente es una solución sólida sobresarturada de cementita en ferrita. La austenita al
enfriarse no puede expulsar el carbono por lo que resulta una estructura residual compuesta por hierro
alfa, en la que están incrustados los átomos de carbono que tenía la austenita
Las propiedades dependen de la cantidad de carbono que tiene en disolución y que puede ser hasta un
0,9%; no obstante, después de la cementita es uno de los constituyentes más duros del acero.
La resistencia a la tracción de la martensita está comprendida entre los 170-250 MPa y el alargamiento:
entre 0,5 y 2,5%
Bainita: Es un tipo de perlita, la cual aparece por la transformación a temperatura constante (isotérmica) de la
austenita entre los 250 y los 600oC. El rango de la resistencia a la tracción escila entre los 15 y los 220
MPa, mientras que el alargamiento esta entre 1,5-2%.
Bainita: 15-220 MPa
Martensita: 170-250 MPa
Perlita: 55-70 MPa
Austenita: 88-105 MPa
Ferrita: 28 MPa Cementita: 215 MPa
0 100 200 MPa
Límites elásticos Re
75007-08
16
3. ACEROS EMPLEADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE CARROCERÍAS DE AUTOMÓVILES.
Consecuencia del amplio número de tipos de aceros existentes se hace necesario agruparlos. Una pri-
mera tendencia es clasificarlos por los valores mecánicos; resistencia a la rotura, límite elástico o
incluso por el alargamiento.
Normalmente se habla de aceros convencionales, aceros de alta resistencia, aceros de muy alta resis-
tencia y aceros de ultra alta resistencia.
Todo y que es posible hacer una clasificación de aceros por los valores mecánicos, esta es imprecisa, ya
que no existe un valor fijo que haga de frontera entre los distintos aceros, sino que suele ser un rango
bastante amplio, dándose el caso por ejemplo que aceros de alta resistencia tienen valores idénticos o
mayores a los de aceros de muy alta resistencia.
Por esta razón lo más común y preciso es agrupar a los aceros en familias según sea el proceso seguido
en su obtención.
En las próximas páginas se hablará de los aceros más novedosos en la construcción de carrocerías, con-
cretamente de los mecanismos de endurecimiento que aumentan la resistencia a la tracción respecto a
los aceros convencionales de embutición, sin alterar sus particularidades de aceros conformables.
El endurecimiento de los aceros se puede obtener básicamente de cuatro formas.
- por solución sólida,
- por afino de grano y precipitación,
- por "Bake Hardening",
- y por endurecimiento mediante fases duras.
Tipo de aceroLímite elástico, Re (MPa)
AceroProcesos de obtención
Límite elástico, Re (MPa)
Aceros
convencionales para
estampación
< 220
Aceros de alta
resistencia>220... < 450
Bake
Hardening
Bake
Hardening.160 ... 300
Microaleado Afino de grano y
precipitación.>340
Refosforado Solución sólida >220
Aceros de muy alta
resistencia>450... <800
Dual Phase, (DP) Fases duras. 500 ... 600
Transformation
Induced
Plasticity (TRIP)
Fases duras. 600 ... 800
Aceros de ultra alta
reistencia>800
Complex-Phase
(CP)Fases duras. > 800
Martensite Steels
(MS)Fases duras. > 1000
El acero en la carrocería
17
Con este tipo de endurecimiento se obtienen dos tipos de aceros, los aceros libres de intersticios
(Intersticial Free) y los aceros aleados al fósforo.
Aceros libres de intersicios: tienen una matriz ferrítica, en las que el carbono y o el nitrógeno se fijan por
microaleación, se les añade fósforo y manganeso para aumentar la resistencia del material.
Aceros aleados al fósforo o refosforados: son aceros cuya matriz es ferrítica y contiene elementos de
endurecimiento de la solución sólida, tales como el fósforo cuya presencia puede ser de hasta un
0,12%.
Estos aceros se caracterizan por su compromiso entre "resistencia mecánica y estampación", es por ello
que se destinan a usos múltiples, como piezas de estructuras o refuerzos (largueros, travesaños, pila-
res, etc.), piezas que deben soportar la fatiga, o piezas que deben intervenir en las colisiones.
Empleo:Por lo general están diseñados para lograr un buen equilibrio entre estampación y resistencia mecánica.
Reparación:En cuanto a la reparación son aceros con buena aptitud a la soldadura cualquiera que sea el procedi-
miento seguido.
Intersticial
75007-09
Sustitución
3.1. ENDURECIMIENTO POR SOLUCIÓN SÓLIDA.
18
3.2. ENDURECIMIENTO POR AFINO DE GRANO Y PRECIPITACIÓN.
Mediante reducción del tamaño de grano y precipitación del mismo se obtienen aceros microaleados,
con alto nivel de resistencia y limitando al mismo tiempo los contenidos en elementos de aleación, lo
que favorece las propiedades funcionales tales como soldabilidad o la selección del recubrimiento pro-
tector.
De forma selectiva, se añaden otros elementos de aleación como titanio, niobio o cromo que confieren
propiedades de dureza específicas.
En este caso se habla de aceros microaleados, aceros de baja aleación o también HSLA, ya que el efecto
de dichos elementos se manifiesta incluso cuando se añaden en pequeñas cantidades en relación con
otros elementos de aleación.
Empleo:Estos aceros se destinan sobre todo para piezas interiores de la estructura que requieren una elevada
resistencia a la fatiga, como por ejemplos los refuerzos de la suspensión, o refuerzos interiores. Gracias
a sus características mecánicas permiten aligerar piezas de refuerzo y de la estructura.
Reparación:Poseen una buena aptitud a la soldadura con cualquier procedimiento. Estos aceros no presentan nin-
gún ablandamiento de las zonas soldadas ni aumento del tamaño de los granos.
75007-10
MUESTRA DEL
MATERIAL AMPLIADO
ÁTOMOS
El acero en la carrocería
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3.3. BAKE-HARDENINGSon aceros de alta resistencia, creados
para aumentar considerablemente el lí-
mite elástico durante un tratamientotérmico de cocción, llamado "efecto
Bake Hardening" (BH), a baja tempera-
tura, como puede ser una cocción de
pintura. Tienen la cualidad de ser ace-
ros fácilmente embutibles antes del tra-
tamiento térmico.
Una vez las chapas de acero han sido
ensambladas en la carrocería y tras
haber recibido el baño de cataforesis,
se introducen en un horno a 180ºC para
secarse, este aumento de temperatura
es suficiente para que estas chapas
varían su estructura molecular, obte-
niendo así el aumento del límite elás-
tico.
Los aceros BH consisten en una matriz ferrítica que contiene carbono en solución sólida necesario para
lograr el efecto “bake-heardening” posterior.
La mejora conseguida por el tratamiento térmico es por lo general superior a 40 MPa, es decir, un acero
con una resistencia a la ruptura (Rp0,2) de unos 220 MPa sometido a un "efecto Bake Hardening" puede
aumentar su resistencia a la ruptura hasta los 260 MPa.
Los aceros "Bake Hardening" suelen tener el rango de resistencia entre los 160 y los 300 MPa.
El Efecto "Bake Hardening", ofrece dos grandes ventajas si se compara a las propiedades mecánicas de
una estampación clásica:
- Mejora la resistencia a la deformación en todas las piezas acabadas, incluso con pequeños niveles de
deformación (capós, techos, puertas, aletas,...).
- Reduce el grosor de la chapa para unas mismas propiedades mecánicas y así disminuye el peso de la
carrocería, a la vez que ofrece una mayor resistencia a la deformación.
Empleo: Este acero se emplea en piezas que forman parte del revestimiento de la carrocería (puertas, capós, por-
tones, aletas delanteras o techo) y en piezas con responsabilidad estructural (refuerzos de pilares o de
largueros)
Reparación: Durante el reconformado se deberá realizar un mayor esfuerzo debido a su límite elástico más elevado.
Al tener poca aleación tienen buena aptitud a la soldadura, cualquiera que sea el método utilizado.
75007-11
Fue
rza
Límite elástico (Re ) después
del tratamiento térmico.
Alargamiento
Límite elástico (Re ) inicial.
Incremento obtenido por el BH
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El endurecimiento mediante fases duras origina los aceros llamados "multifásicos", estos alcanzan la
resistencia mediante la coexistencia en la microestructura final de fases “duras” al lado de fases “blan-
das”. Es decir se parte de un acero inicial al cual se le somete a un proceso específico que lo transforma
en otro.
En esta categoría se incluyen los aceros DP (Dual-Phase) y TRIP (Transformation Induced Plasticity) así
como los CP (Complex-Phase) y los MS (Martensite Steels), estos últimos de características mecánicas
aún superiores.
Empleo:Todos estos aceros se caracterizan por su alta rígidez, la absorción de grandes energías y una alta capa-
cidad para no deformarse. Los usos más común son aquellos en los que se requiere una elevada capaci-
dad de absorber energía sin que se deforme la pieza, un ejemplo son los refuerzos del pilar B, o los
refuerzos interiores de la talonera.
Reparación:El reconformado de las chapas de estos tipos de aceros es por lo general díficil por lo que se tiende a
sustituir la pieza. Por el contrario la soldabilidad es optima independientemente del procedimiento rea-
lizado.
3.4. ENDURECIMIENTO MEDIANTE FASES DURAS
Austenita
Ferrita
Bainita
Martensita
DP CP
TRIP MS
500-600 N/mm2 600-800 N/mm2 >800 N/mm2 >1000 N/mm2
Límite elástico (Re )
75007-12
El acero en la carrocería
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75007-13
Austenita
Ferrita
Martensita
TIEMPO
Ferrita
TE
MP
ER
ATU
RA
Recocido
PROCESO DE OBTENCIÓN DE UN ACERO DP
Los aceros DP (dual-phase) presentan una alta resistencia mecánica y una buena deformabilidad, su
límite elástico oscila entre los 500 y 600 MPa.
El endurecimiento se logra mediante un recocido, seguido de un rápido enfriamiento, de esta forma se
transformará únicamente la austenita en martensita, obteniéndose de este modo una estructura mezcla
de ferrita con martensita en un 15 a 25%. Al mantener bajo el porcentaje de martensita se obtiene una
mejor relación entre resistencia y deformabilidad.
La composición aproximada del acero "dual-phase" es: 0,12% carbono, 0,5% silicio, 1,46% manga-
neso.
3.4.1. Aceros "DP" (DUAL-PHASE)
22
3.4.2. Aceros "TRIP" (TRANSFORMATION INDUCED PLASTICITY)
Los aceros TRIP (Transformation Induced Plasticity) contienen en su estructura hasta un 20% de auste-
nita retenida. Son aceros de baja aleación. El tratamiento térmico al que se someten los aceros TRIP es
muy importante para obtener la estructura final, compuesta de ferrita, bainita y austenita retenida.
Para obtener los aceros TRIP el proceso a seguir es el siguiente:
Primero se calienta el material, llevando al acero a una zona en la que convive la austenita y la ferrita,
entre 700 y 800oC , generando un recocido del acero lo que provoca la formación de granos muy finos de
austenita en los límites de grano de la ferrita.
En el segundo paso del recocido, entre 300 y 340oC, se transforma una fracción de la austenita en bai-
nita. Al disminuir rápidamente la temperatura la otra fracción de austenita no se transforma, dando
lugar a la austenita retenida.
Después de esta transformación se enfria el acero en agua o en aceite.
El límite elástico de estos aceros oscila entre los 600 y 800 MPa.
Las composiciones típicas de los aceros TRIP son: 0,15-0,4% de carbono, 1-2% de silicio y 0,5-2% man-
ganeso.
75007-14
Austenita
Austenita
Ferrita
Bainita
TIEMPO
Ferrita
TE
MP
ER
ATU
RA
Recocido,
a 700-800ºC,
durante 3 min.
Transformación, a
300-340ºC,
durante 10-600 min.
PROCESO DE OBTENCIÓN DE UN ACERO TRIP
El acero en la carrocería
23
3.4.3. Aceros "CP" (COMPLEX-PHASE)Los aceros CP (Complex-Phase) marcan la transición a los aceros de ultra alta resistencia con resisten-
cias superiores a los 800 MPa,
Estos aceros se caracterizan por un bajo porcentaje de carbono, inferior al 0,2%. Su estructura esta
basada en la ferrita, en la cual también hay austenita y bainita.
Los aceros CP incorporan, además, elementos de aleación ya “convencionales” (manganeso, silicio,
cromo, molibdeno, boro) y microaleantes para afino de grano (niobio y titanio), que les confieren una
estructura de grano muy fino.
Los aceros CP se caracterizan por una elevada absorción de energía acompañada de una alta resistencia
a la deformación. Un ejemplo de aplicación del acero CP en la carrocería del automóvil son los refuerzos
del pilar B.
3.4.4. Aceros "MS" (MARTENSITE STEELS)Los aceros MS (Martensite Steels) se caracterizan por tener una microestructura compuesta básicamente
de martensita, obtenida al transformarse la austenita en el tratamiento de recocido.
Estos aceros alcanzan límites elásticos de hasta 1400 MPa, dichos valores implican un conformado en
caliente.
24
4. RECUBRIMIENTOS SUPERFICIALES.
El objetivo de los diferentes recubrimientos superficiales es proteger al acero de la carrocería de una
posible oxidación (corrosión) consecuencia de los efectos atmosféricos.
Para ello se emplean diferentes tipos de recubrimientos, siendo los más comunes los basados en el
cinc. El cinc es un material que tiene una mayor tendencia a oxidarse que el acero, así se logra que el
acero no se oxide hasta que no se haya consumido todo el material protector que es el cinc. Por ello, la
oxidación progresa a una velocidad mucho más lenta que en el caso del acero no tratado.
Si se combinan los recubrimientos de cinc con la aplicación de pinturas se logra un efecto protector
óptimo, denominado "sistema dúplex".
Los recubrimientos superficiales más comunes en la protección de la carrocería son: Galvanizado al
fuego, "Galvannealed", electrocincado y "Bonazinc".
A nivel de reparación en el Servicio, el tipo de recubrimiento dado en fábrica no implica un procedi-
miento distinto, en los tres casos se siguen las mismas pautas de reparación, tal y como indica el
Manual de Reparaciones.
4.1. GALVANIZADO AL FUEGO.
450ºC�
75007-15
PROCESO DE GALVANIZADO AL FUEGO
Se realiza antes de embutir el acero, al cual se le hace pasar por un baño de cinc líquido a unos 450ºC,
formándose así una capa de cinc, es uno de los procesos más efectivos para proteger el acero de la
corrosión.
El galvanizado al fuego se suele emplear en las piezas no visibles debido a que deja una superficie
áspera y con marcas en la chapa, por lo que requería un tratamiento posterior si quisiera emplearse en
zonas visibles.
La clasificación del galvanizado al fuego depende de la forma en la que el cinc se solidifica sobre el
acero base. Tengase encuenta que la capa de cinc puede ser: por dos caras, por una cara, o una aleación
de hierro cinc. A la vez que se pueden obtener dos acabados en la superficie cincada: con flores de cinc
o flores de cinc de pequeño tamaño.
El acero en la carrocería
25
Consiste en una variante del galvanizado al fuego, la diferencia esta en que después del baño se somete
al acero a un tratamiento térmico (recocido) a 430oC durante 30 segundos. El resultado es una aleación
de hierro y cinc más resistente a la corrosión, debido a que la banda de acero ha sufrido un tratamiento
térmico que ha provocado una difusión del hierro existente en el substrato con el cinc del revestimiento.
Así se forma una aleación cinc-hierro que contiene en torno al 10% de hierro y que constituye el revesti-
miento Galvannealed.
Esta operación de aleación tiene, entre otras cosas, como objetivo:
- optimizar la aptitud a la soldadura del revestimiento,
- aportar un buen acabado superficial al no tener irregularidades,
- y ofrecer un buen sustento para las capas posteriores.
4.3. ELECTROCINCADO.Se realiza antes de embutir el acero, ya sea por una o ambas caras, no afectando a las propiedades
mecánicas del mismo. Consiste en un proceso electroquímico; por medio de corriente eléctrica se
disuelve el cinc y al sumergir la chapa lo deposita firmemente.
La lámina de acero se conecta al cátodo (polo positivo) y se introduce en el baño que contiene iones de
cinc (polo negativo). Así se forma una capa de cinc muy fina y uniforme de aproximadamente 8 micras,
dicha capa, permite que los tratamientos posteriores, como son el prensado, soldeo y pintado puedan
realizarse sin perder protección anticorrosiva.
Esta técnica se aplica en las piezas de la carrocería que serán visibles gracias al buen acabado que apor-
tan.
El aspecto final del acabado del electrocincado depende del espesor del recubrimiento, y la calidad de
la superficie del acero.
450ºC�
75007-16
PROCESO DE GALVANNEALED
Tratamiento térmico
4.2. "GALVANNEALED".
26
4.4. BONAZINC.Consiste en un revestimiento orgánico fino, conocido también como ROM, que contiene partículas de
cinc, el cual se puede aplicar por una o dos caras
Los aceros con este recubrimiento consiguen un excelente compromiso entre la resistencia a la corro-
sión del acero y la aptitud a la soldadura.
El Bonazinc se emplea tanto en piezas ocultas como en piezas visibles, especialmente en aquellas que
generan cuerpos huecos una vez ensambladas, protegiendo estas zonas sin la necesidad de emplear
ceras o molduras.
A nivel de soldadura el recubrimiento de Bonazinc permite la utilización de cualquier tipo de soldadura
o adhesivo estructural, y a nivel pintura ofrece una excelente adherencia.
+ +--
PROCESO ELECTROCINCADO
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