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Materiales utilizados para la fabricación de carrocerías. (Materiales…

- - - - Son los que contienen hierro como elemento principal y carbono en proporciones variables.
        
        Hierro
        
        Hierro puro:es puro cuando la cantidad es impurezas es insignificante. Es dúctil y maleable, tiene una temperatura de fusión de 1539ºC, reblandeciéndose antes de llegar a esta temperatura, lo que permite forjarlo y moldearlo con facilidad. El hierro dulce contiene menos del 0,008% de carbono. Presenta varios estados alotrópicos.
        
        Hierro alfa: esta forma existe por debajo de los 911ºC. La concentración máxima de carbono a temperatura ordinaria es de 0,008% y es 0,025% a 723ºC al alcanzar la mayor saturación. Es magnético hasta los 768ºC.
        
        Hierro gamma: se encuentra entre los 911ºC y 1400ºC. Disuelve mayor cantidad de carbono, hasta un 2% a 1130ºC.
        
        Hierro delta: se encuentra entre los 1440ºC y la temperatura de fusión 1539ºC. Su máxima solubilidad de carbono es del 0,1% a 1492ºC.
        
        Aleación hierro-carbono
        
        El carbono es un metaloide que suele presentarse en varias formas alotrópicas diferentes.
        
        Diamante: es el material más duro que se conoce.
        
        Grafito: es un material muy blando. Su estructura forma una especie de láminas en las fundiciones grises, en forma de nódulos en las fundiciones maleables y esferoidal en algunas fundiciones especiales.
        
        Carbón amorfo: es el carbón simple, en el que los átomos se encuentran desordenados.
        
        Principales constituyentes de las aleaciones hierro-carbono
        
        Ferrita: prácticamente es hierro alfa, es blanda, poco resistente, dúctil y magnética. Tiene bajo límite de solubilidad a temperatura ambiente (0,008% de C).
        
        Cementita: forma el constituyente más duro y frágil de los aceros al carbono. Presenta una composición del 6,67% de carbono y 93,3% en hierro. Es magnética a temperatura ambiente.
        
        Perlita: está formado por 86,5%de ferrita y 13,5%de cementita. Tiene un 0,89% decarbono. Es más dura y resistente que la ferrita, pero más blanda y maleable que la cementita.
        
        Otros constituyentes
        
        Austenita: es una solución sólida de carbono en hierro gamma. Puede contener desde 0 a 1,7% de carbono. Comienza a formarse a 723ºC. Tiene gran plasticidad.
        
        Martensita: se obtiene mediante una transformación demasiado rápida de la austenita en hierro alfa, debido a un enfriamiento brusco. Gran dureza y resistencia pero poco dúctil y maleable.
        
        Ledeburita: es una aleación eutéctica con un 35,5% de Fe y un 64,5% de Fe3C. Es la que tiene el punto de fusión más bajo. Alto contenido en carbono (4,3%).
        
        Acero: son aleaciones que tienen menos del 1,7% de carbono
        
        Clasificación y propiedades
        
        Aceros al carbono: poseen en su composición hierro, carbono, manganeso (<1,6%) y silicio(<0,55%). Ya no se usan casi. Se clasifican según la cantidad de carbono.
        
        Acero de bajo carbono: es llamado acero dulce o suave, contiene entre 0,1 y 0,3% de carbono. Son tenaces, dúctiles y fáciles de mecanizar, conformar y de soldar.
        
        Acero de carbono medio: aceros semisuaves de 0,3 a 0,4% de C y aceros semiduros de 0,4 a 0,5% de C. Son resistentes y duros, precauciones especiales a la hora de soldarlos.
        
        Acero de alto carbono: aceros duros de 0,5 a 0,6% de C y aceros extraduros de 0,6 a 1,7% de C. Requieren condiciones especiales de soldadura, son más frágiles. Se suelen utilizar psrs fabricar pequeñas herramientas u otros materiales que hayan de someterse a procesos de endurecimiento.
        
        Aceros de aleación: contienen otros elementos metálicos aleados, para alterar su tenacidad, resistencia al calor, a la oxidación, al choque, al desgaste, etc.
        
        Níquel: Se añade para aumentar la resistencia y la tenacidad del acero, y ayuda a evitar la corrosión.
        
        Cromo: incorpora dureza, tenacidad y resistencia al desgaste y la corrosión.
        
        Manganeso: se emplea en los aceros para producir un metal limpio. Añade resistencia al material y favorece su tratamiento térmico.
        
        Silicio: se utiliza para elevar la resistencia del acero, para fabricar muelles o resortes.
        
        Wolframio: se utiliza junto a otros metales para producir acero de alta velocidad, usado en herramientas cortantes.
        
        Molibdeno: añade tenacidad y rsistencia al acero.
        
        Vanadio: mejora la textura del acero. Se producen engranajes y piezas muy resistentes.
        
        Titanio: además de aumentar la dureza, limita el crecimiento el grano en estado austenístico.
        
        Aceros para herramientas: constituyen un grupo amplio de materiales que se usan cuando se requiere un tratamiento térmico delicado. Se usan para fabricar herramientas con filo cortante.
        
        Acero laminado: se produce por laminación el acero. Los aceros laminados en caliente se conforman calentándolos al rojo. Tiene una calidad bastante uniforme y se usa en muchas clases de piezas. Los aceros acabados en frío se emplean cuando se necesita un acabado superficial de gran precisión y se requieren ciertas propiedades mecánicas.
        
        Acero inoxidable: se define como una aleación de acero con un mínimo de 10% e cromo y otros elementos aleantes. Es resistente a la corrosión.
        
        Acero inoxidable extrasuave: contiene un 13% de Cr y un 0,15% de C.
        
        Acero inoxidable de cromo-níquel: contiene un 16% de Cr, un 2% de Ni y un 0,2% de C. Se suelda con dificultad.
        
        Acero inoxidable de cromo-níquel: contiene un 18% de Cr, un 8% de Ni y un 0,18% de C. Resiste bien el calor hasta los 400º.
        
        Acero inoxidable de cromo-manganeso: contiene un 11% de Cr, un 18% de Mn y un 14% e C. Es soldable, resistente a altas temperaturas y amagnético.
        
        Acero revestido: el acero galvanizado, o recocido después de galvanizado, es un acero dulce en chapas cubierto de zinc para evitar la oxidación. Por su parte, la hojalata es un acero dulce con estaño.
        
        El acero en la fabricación de carrocerías: la importancia de la investigación de los materiales de las carrocerías no solo sirve para hacer coches mas seguros, sino para reducir peso. Se utiliza habitualmente chapas de acero de diferentes calidades según sea su aplicación concreta. El acero presenta excelentes características referentes a rigidez, resistencia, aptitud para mecanizado, conformación plástica, además de ser relativamente barato de obtener. Con la adición de otros elementos se consiguen obtener aceros con propiedades muy especificas de dureza. Los aceros para estampación se clasifican en laminados en caliente o en frío. El acero laminado en caliente habitualmente es menos costoso de producir y normalmente se fabrica con espesores superiores a 1mm. El acero laminado en frío proporciona tolerancias más estrictas y mejores acabados superficiales (espesores a partir de 0,3mm). La mayor parte de la estructura de la carrocería la forman chapas de 0,8 a 1mm.
        
        Revestimientos del acero: es un proceso mediante el cual se mejora su resistencia a la corrosión, las propiedades de conformación y el comportamiento de la soldadura. Existen 3 tipos: 1.Revestimientos metálicos, consiste en incorporar una o varias capas como el zinc y sus aleaciones. 2.Revestimientos orgánicos, se le aplica pintura orgánica, seguidamente se pasa a través de hornos. 3.La combinación de las dos anteriores.
        
        Galvanizado en caliente: consiste en sumergir las piezas de acero en un baño de zinc fundido a 450ºC. A esta temperatura se da lugar a la formación de aleaciones de zinc-hierro sobre la superficie de las piezas.
        
        Procedimientos de galvanización en caliente:
        
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        Tipos de galvanización en caliente:
        
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        Electrocincado: consiste en aplicar electrolícamente una capa de zinc mediante un proceso en continuo,consiste en la inmersión de las piezas de acero, conectadas a un polo negativo, en una solución de sales de zinc o aleación de ZnNi, en una cuba electrolíticamente cargada positivamente. Sus características son:
        
        Corrosión: ofrecen una excelente protección contra la corrosión, incluso en caso de sufrir daños.
        
        Conformado: excelente conformabilidad,apto para las embuticiones más profundas.
        
        Soldabilidad: rango de soldabilidad por puntos adaptado a las exigencias industriales.
        
        Unión adhesiva: buen comportamiento en unión adhesiva.
        
        Tratamientos superficiales: pueden ser fosfatados y pintados por cualquier procedimiento normal de fosfatación y de pintura.
        
        Tipos de acero: dada la amplia variedad de aceros que se utilizan en la fabricación de carrocerías de automóviles, los clasificaremos según sus valores de límite elástico.
        
        Acero convencional para estampación: es acero dulce (calmado al aluminio o IF) laminado en frío y de un bajo contenido en carbono. Su dureza no es muy elevada por lo que presenta buenas características para la conformación. Es necesario que las piezas tengan un elevado espesor para soportar los esfuerzos de conformación.
        
        Aceros de alta resistencia (HSS): su composición presenta mayor contenido de calcio y pequeñas adicciones de Magnesio, Vanadio, Zirconio, etc.
        
        Propiedades:
        -Resistencia: mayor tensión de rotura y alto límite elástico, consiguiendo disminuir el espesor dela chapa.
        -Tenacidad: gran capacidad para soportar esfuerzos dinámicos sin romperse.
        -Soldabilidad: se comporta muy bien en los procesos de soldadura.
        -Buena capacidad para la embutición.
        
        Objetivos:
        -Construir carrocerías mas ligeras, ya que con un 25% menos de espesor, duplica la resistencia a la deformación de las chapas de acero convencionales.
        -Reforzar zonas puntuales de la carrocería.
        
        En función del mecanismo de endurecimiento se clasifican en:
        
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        Aceros de muy alta resistencia (VHSS): se obtienen partiendo de un acero inicial que se somete habitualmente a un tratamiento térmico que lo transforma en otro material más resistente.
        
        Aceros de doble fase (DP): se caracteriza por un gran equilibrio entre resistencia y estampabilidad además de tener capacidad de consolidación considerable. Resistencia a la fatiga excelente y una capacidad de absorción de la energía muy buena. Se obtiene con un rápido aumento de temperatura en la fase de recocido controlando el enfriamiento, al que posteriormente se le añade un proceso de revestimiento para mejorar la plasticidad.
        
        Aceros TRIP (Transformation Induced Plasticity): buen equilibrio entre resistencia y ductibilidad, lo que favorece la distribución de las eformaciones que le asegura una buena estampación. Esto se consigue mediante un cuidado diseño del material, de variables que inciden en su producción, y de la respuesta del material a la conformación en frío. Se utilizan para largueros, traviesas, refuerzos de pilares, etc.
        
        Aceros de fase compleja (CP): tienen bajo porcentaje en carbono (<0,2%). Incorporan elementos de aleación convencionales. Se caracterizan por una elevada capacidad de absorción de energía, una alta resistencia a la deformación, una buena resistencia al impacto.
        
        Aceros de ferrita-bainita: son aceros laminados en caliente que combinan una elevada resistencia a la tracción y unas excelentes aptitudes a la deformación y al punzonado, gracias a sus microestructuras compuestas por ferrita y bainita. Se conforman mediante procesos de estampación en frio.
        
        Aceros de Ultra Alta Resistencia (UHSS): tienen un límite elástico muy elevado con lo que se consigue reducir el peso de la carrocería un 15% con respecto a los aceros de alta resistencia y 2,5 veces más rígido que los aceros ordinarios.
        
        Aceros al boro (Bor): poseen pequeñas aleaciones de manganeso, cromo y boro , que permite aumentar la templabilidad de los aceros al carbono de baja aleación, consiguiendo un alto grado de dureza a un menor coste. Sereduce el peso hasta el 50% con respecto a un acero de alto límite elástico. Apropiados para la fabricación de piezas del sistema antintrusión de la carrocería.
        
        Aceros martensíticos: presentan una microestructura compuesta básicamente de martensita, obtenida al transformarse la austenita en el recocido que sufre el acero tras el proceso de laminación. Pueden tener un límite elástico muy alto que le proporciona una alta resistencia a la deformación. Utilizado para la fabricación del sistema antintrusión de la carrocería.
        
        El acero inoxidable: contienen cromo que mejora la resistencia a la oxidación del acero y en algunos casos se añade níquel, que mejora sus propiedades mecánicas. Su uso en automóviles es muy limitado, aunque se podría reducir mucho el peso de la carrocería pero es muy caro.
    - - Aleaciones ultraligeras. El magensio: tienen como base el magnesio y algunos elementos de adción como el aluminio, que aumenta la dureza y resistencia, y el cinc, que aumenta la ductibilidad. Tiene un bajo peso especifico, Con respecto al acero, su potencial de ahorro es un 60% aproximadamente. El magnesio se encuentra formado minerales o disuelto en agua de mar, por lo que su obtención es muy costosa. Tiene un punto de fusión de 650º C. Se utiliza principalmente para mejorar propiedades de otras aleaciones. En estado fundido son muy fluidas, lo que permite que el material fundido llene correctamente el molde. Permite hacer piezas con formas más complicadas. Todas las aleaciones de magnesio son reciclables.
      - Aleaciones ligeras. Aluminio: Son las aleaciones que tienen como elemento base el aluminio. El aluminio es un metal ligero, dúctil, maleable y muy buen conductor del calor y la electricidad. Tiene el punto de fusión a 660ºC. Al inicio del proceso de oxidación se recubre de una capa fina de oxido que protege al resto de la masa. Se debe evitar el contacto del aluminio con otros metales.
        
        Fabricación: la materia prima es la bauxita, que se origina por efectos de intemperización de caliza y silicato en condiciones climatologicas adecuadas. Para convertir bauxita en aluminio, semuele el mineral y se mezcla con cal viva y sosa cáustica . Luego se calienta la mezcla en recipientes a alta presión. Una vez se a eliminado el agua, lo que queda es un polvo blanco denominado oxido de aluminio. Posteriormente, el óxido de aluminio se convierte en aluminio por fundición.
        
        Características del aluminio: en estado puro es muy blando, con bajo límite elástico, y poco tenaz, por lo que resulta necesario la adición de ciertos elementos para mejorar sus propiedades mecánicas.
        
        Elementos que se añaden al aluminio:
        -Cobre: da mayor resistencia mecánica, dureza y facilita su mecanizado.
        -Magnesio: mejora su ductibilidad y resistencia a los impactos.
        -Manganeso: eleva la dureza y la resistencia.
        -Silicio: rebaja el punto de fusión y mejora la colabilidad.
        -Cinc: refuerza su dureza y resistencia.
        
        Ventajas de utilizar aluminio:
        
        Tiene 1/3 del peso específico del acero.
        -Es facilmente reutilizable y reciclable una gran cantidad de veces.
        -Ofrece bastante facilidad para ser trabajado con herramientas de arranque de virutas.
        -Excelente capacidad de resistencia.
        -Buena maleabilidad. Nigún otro metal admite un laminado más fino.
        -Tiene una excelente colabilidad.
        
        Aleaciones de aluminio: mediante aleaciones de aluminio, se eleva la resistencia del aluminio y disminuye su coeficiente de dilatación. Con tratamientos térmicos se logra mejorar características como la dureza. En general, son ligeras, fuertes y de fácil conformabilidad. Son fáciles de ensamblar, fundir o maquinar y aceptan gran variedad de acabados.
        
        Aleaciones para fundición: sus principales componentes son: aluminio-cobre, aluminio-cobre-silicio,etc, aunque puede contener elementos como cinc, magnesio, etc, que favorece el llenado de los moldes y mejora sus propiedades mecánicas. Se funden por varios procedimientos:
        -Fundición de arena.
        -Fundición inyectada.
        -Fundición en coquilla.
        
        Aleaciones para forja: contienen elementos como el cobre, magnesio,manganeso, níquel,etc, que mejoran su resistencia mecanica y permite la fabricación de piezas por procedimientos como la forja, laminación, trefilado,etc.
        
        Aleaciones de aluminio no tratables térmicamente (no bonificables): no pueden ser endurecidas por precipitación y solamente pueden ser trabajadas en frío para aumentar su resistencia. Se dividen en: "Al-Fe-Si", "Al-Mn" , "Al-Mg".
        
        Aleaciones de aluminio tratables térmicamente (bonificables): alcanzan valores más elevados de resistencia y dureza. Las principales aleaciones de este tipo son: "Al-Cu", "Al-Mg2Si", "Al-Cu-Mg2Si", "Al-Zn-Cu-Mg".
        
        Aleaciones en la fabricación de carrocerías: los automoviles debido a su evolución son cada vez más pesados, por lo que se opta por utilizar materiales más ligeros, como el aluminio, para reducir el peso de los vehículos. Desde hace alguno años, a comenzado a utilizarse en la fabricación de carrocerías. Sus ventajas son:
        
        Es más ecologico al ser reciclable al 100% y al ser más ligero reduce el consumo y por tanto las emisiones contaminantes.
        
        Deformación más controlada en caso de impacto, y al ser más ligeros, frena antes.
        
        Su bajo peso especifico y su excelente relación resistencia mecánica-peso y su fácil y rentable reciclado hacen que cada vez sea mas utilizado en la industria del automóvil. La aparición de las carrocerías de aluminio supone un cambio en cuanto a las técnicas de fabricación, ya que por sus características,es necesario adaptar todas las fases de producción.
        
        Piezas conformadas mediante estampación: una vez obtenido el aluminio y aleado, las piezas, como los paneles exteriores de la carrocería, se conforman mediante estampación. Para la fabricación de estos se utilizan principalmente materiales termofraguables. La conformación se realiza en dos fases:
        -Se lamina el material en bruto para producir las chapas, por laminación escalonada, hasta alcanzar el espesor necesario de la chapa.
        -Se da a las chapas la forma prevista mediante cortes y estampado.
        Luego del estampado, se someten a un proceso de termofraguado para endurecer las piezas.
        
        Piezas conformadas mediante fundición y extrusión: las etructuras fabricadas por este procedimiento están formadas por perfiles extrusionados rectos y curvos que se juntan en los puntos de unión mediante piezas de fundición inyectada. Estas estructuras tienen una elevada resitencia y un reducido peso. Las piezas se someten a un tratamiento térmico para mejorar sus propiedades mecánicas.
        
        Reparación de carrocerías de aluminio: se necesita emplear técnicas, equipamiento y productos muy diferentes a los usados con el acero. Sus principales inconvenietes son:
        -El aluminio es bastante blando, por lo que hay que ir con mucho cuidado con las operaciones de martillo.
        -En las operaciones de soldadura es necesario disponer de equipos adecuados, de intensidad más elevada que los convencionales.
        -Control muy minucioso en las operaciones de estiraje.
        -Las herramientas utilizadas para la reparación de aceros no sirve para la reparación de aluminio.
  - - - Cristalinas
        
        Sus átomos están ordenados en el espacio según una red geométrica constituida por repetición de un elemento básico llamado cristal. Su estructura determina las propiedades del metal.
      - Granular
        
        La agrupación de cristales forma los granos, que aparecen al solidificarse un metal que se encuentra en estado líquido. Si se trata de un metal puro los granos son iguales, si es una aleación pueden existir granos distintos. Cuanto mayor es el grano, peores son sus propiedades mecánicas.
    - - Físicas
        
        Fusibilidad: es la propiedad que tienen los metales de licuarse bajo la acción del calor.
        
        Calor específico: indica la cantidad de calor necesaria para aumentarla temperatura de la unidad de masa de un cuerpo desde 0 hasta 1ºC.
        
        Dilatabilidad: propiedad que poseen los cuerpos de aumentar su volumen por efecto del calor.
        
        Temperatura de fusión: característica bien definida de los metales que coincide con el cambio de estado de sólido a líquido.
        
        Conductividad térmica: propiedad que les permite transmitir el calor a través de su masa.
        
        Conductividad eléctrica: consiste en la facilidad de transmitir la corriente eléctrica a través de su masa.
      - Químicas
        
        Oxidación: es un fenómeno de combinación química del oxígeno con los elementos metálicos, que produce la corrosión o degradación del metal.
        
        Corrosión: es el deterioro lento y progresivo de un metal debido a un agente exterior. La corrosión atmosférica es la producida por el efecto combinado del oxigeno del aire y la humedad.
      - Mecánicas
        
        Tenacidad: es la propiedad de los metales que les permite resistir a los esfuerzos de rotura o deformación.
        
        Elasticidad:es la propiedad que les permite recuperar su forma original después de haber sido deformados al suprimir el esfuerzo que los deformaba. 1.Límite elástico: fuerza máxima de deformación sin originar deformación permanente. 2.Módulo de elasticidad: cuando una muestra se somete a un esfuerzo de tracción,la relación entre la tensión aplicada y el alargamiento producido. 3.Alargamiento de rotura: es el alargamiento máximo sin rotura, que se puede dar por tracción a un material.
        
        Plasticidad : Capacidad de los metales de adquirir deformaciones permanentes.
        1.Maleabilidad: propiedad de ciertos metales de dejarse reducir en forma de láminas mediante esfuerzos de compresión. 2.Ductilidad: es la propiedad que poseen algunos metales de dejarse estirar mediante esfuerzos de tracción.
        
        Fatiga: al someter el metal a esfuerzos de magnitud y sentido variables, puede romperse aplicando cargas muy inferiores a su resistencia a la rotura normal para un esfuerzo de tensión constante.
        
        Resistencia a la rotura: carga máxima por unidad de superficie que un material es capaz de soportar.
        
        Estricción: propiedad que tienen los metales de oponerse a la reducción de su sección cuando están sometidos a una carga de tracción.
        
        Dureza: propiedad que define la resistencia que oponen a ser penetrados por otros cuya forma y dimensiones están normalizadas.
        
        Fragilidad: propiedad e romperse más o menos fácilmente bajo la acción de un choque.
        
        Resiliencia: la resistencia que opone un cuerpo a la rotura por choque o percusión.
        
        Fluencia: propiedad de algunos metales de deformarse lenta y espontáneamente bajo la acción de su propio peso o de cargas muy pequeñas.
        
        Maquinabilidad: se agrupan varias propiedades como: velocidad para mecanizarse al someterle a trabajos con máquinas, clase de viruta, capacidad de desgaste, tipo de acabado superficial.
  - - - Férreas: Tienen el hierro como elemento principal.
      - No férreas: su elemento principal no es el hierro.
      - Pesadas: contienen principalmente metales pesados.
      - Ligeras: tienen como elemento base el aluminio.
      - Ultraligeras: su elemento base es el magnesio.