Manual de Acero Automotriz

7/25/2019 Manual de Acero Automotriz

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I

MANUAL DE

ACERO

AUTOMOTRIZ


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I

CAPITULO I

ACEROS DE ALTA RESISTENCIA PARA

APLICACIONES AUTOMOTRICES

1.1 DESIGNACION GENERAL DE LOS ACEROS

Una designaci6n es Ia identificaci6n especifica de cada grado, tipo o clase de acero

mediante la utilizaci6n de un m\mero, letra, simbolo, nombre o una combinaci6n de

estas (S)

Anterionnente los aceros eran suministrados para ue el representante del acero

detenninara el grado requerido que se desempeiiara adecuadamente en los procesos de

estarnpado. En un esfuerzo cooperative entre Ia SE (Societ! of utomotive Engineers),

Ia ISI (merican Iron and Steel Institute) ! representantes de la industria automotriz se

establecieron especificaciones basadas en propiedades mecimicas que afectaran Ia

manufactura.

"a SE efectu6 una reclasificaci6n de las #o$as de acero para uso automotriz, este nuevo

sistema esta basado en Ia formabilidad ! los niveles de resistencia que son utilizados !

requeridos en la industria automotriz.

E%isten dos especificaciones segim Ia SE, las cuales se refieren a #o$as de acero para

uso automotri!"

& SAE #$%$&'( 'ategorias ! propiedades en #o$as de acero de ba$o carbona.

& SE #$%)*'( 'ategorias ! propiedades en #o$as de acero para resistencia a

Ia abolladura, alta resistencia ! ultra alta resistencia.


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2

En el ne%o I se encuentran las ablas ! que presentan Ia designaci6n previa !

actual para los aceros SE *++- ! *+/, respectivarnente, en elias se despliegan Ia

descripci6n, los grados ! las propiedades mecanicas que debe cumplir cada uno de los

aceros.

"a antigua clasificaci6n de Ia ISI se basaba en Ia pnictica de deso%idaci6n ! el nivel de

resistencia a Ia cedencia, mientras que las nuevas clasificaciones se basan en Ia

formabilidad del material. En Ia abla se muestra que para los aceros formables de

alta resistencia se listan los valores del e%ponente de endurecimiento por deformaci6n

0n0, mientras que en Ia abla para los aceros de ultra alta resistencia se listan los

+alores minimos de tensiOn (6*.

,'$ ACEROS LAMINADOS EN CALIENTE -EN .RiO

"os aceros inicialmente se clasifican como larninados en caliente o en frio. "os aceros

larninados en caliente procesados en un molino caliente son los productos en #o$a mas

econ6micos !por lo general se usan en espesores ma!ores a 1.2 mm (/.3+ in), mientras

que los aceros larninados en frio se larninan en caliente apro%imadarnente a mm !

posteriormente se laminan en frio a + mm (/./2 in) o menos de espesor.

Los aceros a/ car0ona laminados en caliente anteriormente se producian en cuatro

categorias principales4 calidad comercial ('5commercial qualit!), calidad de estirado

(75dra8ing qualit!), calidad de estirado calmado especial (75S9deep qualit! special

:illed) ! calidad estructural (S5structural qualit!), ver ne%o I.

;ara los aceros a


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,'% ACEROS DE ALTA RESISTENCIA

,'%', Clasi1icacion

7entro de esta clasificaci6n se encuentran aceros disefiados ! utilizados para

aplicaciones donde se reuieren resistencias a la cedencia 2 tensiOn ma2ores ue las ue

proporcionan los aceros formables de ba$o carbona. continuaci6n se listan los aceros

pertenecientes a esta clasi1icaci3n"

,.. =esistencia a Ia abolladura (>=dent resistant).

& Endurecido por #omeado (?ba:e #ardenable).

& Endurecido sin #omeado.

,... lta resistencia endurecido por solucian.

,... lta resistencia ba$a aleaci6n (?S"#ig# strengt# lo8 allo!).

& lta resistencia recuperaci6n por recocido.

Alta resistencia a+an!ados'

& 7oble fase (7;dual p#ase).

& @ase comple$a (';comple% p#ase).

& ;lasticidad inducida por transformaci6n (=I;transformation induced

plasticit!).

& Aartensiticos.

"a resistencia en este tipo de aceros se logra mediante Ia composici6n quimica !

procesamiento especial, ! a sea tecnicas de laminado, porcenta$e de r educci6n en fiio,

control de temperatura en el laminado en caliente ! el tiempo ! temperatura durante el

recocido (B) "a abla 1.1 muestra Ia descripci6n de los aceros de alta resistencia, asi

como propiedades mecanicas ! el tipo de acero.

En el presente traba$o solo se #ara enfasis en los aceros de alta resistencia, alta

resistencia ba$a aleaci6n ! los avanzados.


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abla 1.1 ceros de alta resistencia SE *+/

cero CradoDipo Crado de resistencia A;a

=esistencia ala abolladura endurecido sin i

#omeado. I' BI

12/,+1/,+/,+2/

p 4esistenciF6 a abolladura endurec idc6o6p6or66 6666#omeado. G . 12/, +1/, +/, +2/

1 1

lta resistencia endurecido por precipitaci6n. G S .I'cF6*o0oB00,*B00B0B/4666666666i

ri6F6i4ltc6a6re6sis6F6te6446nrcic6a0bra$.,6aal.e6.cio6F6, 6.6 6666 r66%.! 06..F. I //, /, 2/, +/, -/, /

Iltaresistencia recuperaci6n por recocido. = H 6EE/,3//,2/ 666666H

fita resistencia avanzados. 6 @0ig6. 66@ig. I

ceros de ba$a

resistencia (+1/ A;a)

ceros de alta

resistencia

ceros de ultra alta

resistencia (J/ A;a)

=esistencia a Ia cedencia (A;a)

@igura 1.1 'omparaci6n de resistencia ala cedencia y% de elongaci6n

para los aceros de alta resistencia 13)

"os aceros de alta resistencia que pertenecen a las categorias de endurecido por

soluci6n, ba$a aleaci6n y recuperaci6n por recocido se encuentran en el intervalo de //

a 2/ A;a en valores minimos de resistencia a la cedencia, ! son estos los valores que

determinan la clasificaci6n de los mismos.


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ipo S;ara los aceros endurecidos por solucion, se utiliza C ! An con ; (/.1 %

ma%.), S (/./+K ma%.) o Si para cumplir con los requerimientos de

formabilidad ! soldabilidad.

ipoL

"os aceros ?S" son aleados con elementos formadores de carburos y

nitruros, entre ellos se encuentran el Mb, i y N, (/.//K min. cada uno),

los cuales se utilizan con C (/.1K mi%.), An, ; (/./6K ma%.) y Si para

lograr Ia minima resistencia a Ia cedencia especificada ! S (/./1K

ma%.). La diferencia entre Ia resistencia a Ia tension ! Ia minima

resistencia a Ia cedencia especificada debe ser de 3/ A;a.

ipoO

lgual que el tipo L, nada mas que Ia diferencia entre Ia resistencia a Ia

tension y Ia minima resistencia a Ia cedencia especificada cambia a I//

A;a.

ipo =

El endurecimiento en los aceros de alta resistencia recuperados por

recocido o alivio de esfuerzos se logra mediante el traba$o en frio. "os

elementos mencionados en los aceros tipos 0S0 ! 0L0 tarnbien se pueden

afiadir. "os porcenta$es de los elementos en este caso son ' (/.1K

ma%.), p (/.1K ma%.) y s (/./1K ma%.) 16l.

1..+ ceros de alta resistencia yba$a aleaci6n

?a surgido un interes substancial en el desarrollo ! uso de aceros de alta resistencia con

el prop6sito de disminuir el peso de los ve#iculos. 7urante los ultimos / ailos los

aceros ?S" #an sido ampliarnente utilizados en el sector automotriz 121 .


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"os aceros al carbona de alta resistencia ! los de ba$a aleacion poseen resistencias a la

cedencia ma!ores a los +3 A;a (/:si). "os aceros ?S" se conocen tambien como

aceros microaleados, los cuales son disefiados para proveer me$ores propiedades

mecimicas (con e I u so de pequefias c antidades dee lementos aleantes) ! en ocasiones

me4or resistencia a Ia corrosiOn atmos1erica ue los aceros al car0ona con+encionales (-).

,'%'% Aceros a+an!ados

Estos aceros inician su aparicion debido a los requerimientos de la industria automotriz

en la seguridad del pasa$ero, desempefio del ve#iculo ! el consume de combustible. El

enfoque reciente bacia Ia disminuci6n de peso en la industria del transporte #a

encarninado a una fuerte competencia entre las industrias del acero ! las de los metales

de ba$a densidad. "a respuesta de Ia industria del acero en cuanto a


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endurecimiento por deformacion11/

esta razon de endurecimiento por deformacion

(valor n) distribu!e me$or Ia deformacion p#\stica ! me$ora Ia elongacion uniforme asi

como tambien permite una resistencia a Ia tension muc#o mas alta que la de los aceros

de alta resistencia con cedencias iniciales similares (6

.

1...+ ceros comple$os

"os aceros comple$os se distinguen por tener mu! altas resistencias ultimas ala tension.

Estos aceros c onsisten de una m icroestructura m u! fina de ferrita ! una a Ita fraccion

volumetrica de fases duras, que ademas son endurecidas por finos precipitados. ambien

se caracterizan por tener alta formabilidad, alta absorcion de energia ! alta capacidad de

deformacion residual '3)

1... ceros TRIP

"a microestructura de los aceros =I; consiste en una matriz continua de ferrita que

contiene una dispersion de fases duras secundarias de martensita ! bainita. Estos aceros

tambien contienen austenita retenida en fracciones volumetricas ma!ores al K.

7urante Ia deformacion, Ia dispersion de las fases duras secundarias en Ia matriz suave

de ferrita crea una razon alta de endurecimiento por deformacion como Ia que se observa

en los aceros doble fase. Sin embargo, Ia austenita retenida se transforma

progresivamente en martensita al incrementar la deformacion ! de esta manera aumenta

la razon de endurecimiento por deformacion a altos valores de deformacion (3).

"a @igura + muestra una comparacion de las curvas esfuerzodeformacion para un acero

?S", un acero doble fase ! un =I;, los cuales presentan puntos de cedencia

similares'

\

)


9/73

2//

&..

6//=I;

DP//

&.:! HSLA

"'+//

0 1/ 1 +/ 25 30

K De1ormaci3n

@igura 1.+ 'urvas esfuerzodeformaci6n de aceros de alta resistencia

con cedencias similares (*)

1... Aceros martensiticos

En los aceros martensiticos, Ia austenita presente durante Ia laminaci6n en caliente o el

recocido es transformada casi por completo a m artensita durante el templado o en Ia

linea de enfriamiento del recocido. 'omo media para incrementar el endurecimiento !

para reforzar M

"os elementos de aleaci6n proporcionan una me*ora significativa en propiedades

mecimicas de los aceros a


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QIll, los cuales dependen de los efectos comple$os del disefio de Ia aleaci6n ! del

tratamiento termomecanico (-) "os aleantes que son agregados a Ia composici6n quimica

producen diferentes efectos a


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laminado. "a ba$a solubilidad del Mb' en Ia austenita proporciona particulas

precipitadas mas estables las cuales se unen a sus ftonteras de grana ! retardan su

crecimiento (-

.

itanio (i)

;rovee el endurecido par precipitaci6n y el control de forma de sulfurosF

pequenas cantidades /./+K son tambien utiles en limitar el crecimiento de

grana austenitico l') @orma nitruros a temperaturas mu! altas, cercanas a Ia

fusion, ! estas particulas son efectivas en el control del crecimiento de grana

austenitico durante Ia laminaci6n a temperaturas par encima de Ia temperatura de

recristalizaci6n de Ia austenita. @orma carburos a temperaturas mas ba$as ! esto

puede ser usado para proporcionar endurecimiento par precipitaci6n (IZ)

Nanadio (V)

;roporciona endurecimiento del acero mediante Ia precipitaci6n ! el refinamiento

de grana de ferrita. "a precipitaci6n del carbonitruro de vanadio en Ia ferrita

puede desarrollar un incremento significante de resistencia que depende del

proceso de laminado ! Ia composici6n base. 'ontenidos de' par encima de /.1

a /.1K ! IK de An me$ora el endurecido par precipitaci6n, en particular

cuando el contenido deM es par lo menos /./1K.

Aolibdeno (Ao)

Ae$ora el endurecimiento cuando se reqmeren otros productos distintos a Ia

ferrita o perlita. En cantidades de /.1 a /. % se incrementa Ia solubilidad del

Mb en Ia austenita, ademas de me$orar Ia precipitaci6n de Mb'(M) en Ia ferrita.

ambien el Ao #a mostrado unirse a los precipitados de Mb(',M), los cuales vanincrementando la resistencia de cedencia'

Silicic (Si)

Se utiliza como deso%idante en el acero liquido. iene un efecto en el aumento de

Ia resistencia a Ia cedencia mediante el endurecimiento por soluci6n s61ida.

)


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Aluminio 5AI6

Se utiliza como deso%idante ! fue el primer elemento usado para controlar el

crecimiento de 7rana austenitico durante el recalentamiento'

Co0re 5Cu6

Se utiliza apro%imadamente /.+K para suministrar resistencia a Ia corrosion

atrnosferica, Ia cual aumenta cuando el ; esta presente en cantidades ma!ores al

/./K. En cantidades ma!ores a /.K incrementa Ia resistencia mediante el

reforzamiento de Ia ferrita pero Ia ductilidad disminu!e un poco. 'uando se

agrega el IK Ia resistencia de cedencia aumenta de 3/ a 1/ A;a (I/+/:si), en

cantidades por encima de /.3K no tiene efectos considerables en Ia tenacidad o

soldabilidad.

Ni7uel (Ni)

Incrementa moderadamente Ia resistencia por endurecimiento por solucion de Ia

ferrita, me$ora Ia resistencia a Ia corrosion atrnosferica ! en el agua de mar se

incrementa en presencia del 'u o ;.

.os1oro 5P6

Es un efectivo endurecedor por solucion s61ida de Ia ferrita, ademas que me$ora

Ia resistencia a Ia corrosion pero ocasiona una disminucion en Ia ductilidad. "a

presencia de ; a niveles /./K puede causar que las fronteras de grano previas

de Ia austenita se fragilicen por segregacion. "a adicion de este elemento

incrementa Ia resistencia a Ia corrosiOn atmos13rica'

8oro 586

Mo causa efecto en Ia resistencia de uu acero normal laminado en caliente, pero

puede me$orar el endurecimiento cuando se desean productos de transformacion

como Ia ferrita acicular en los aceros de ba$o carbona.


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Nitro7eno 5N6

;ara obtener las propiedades tipicas de los aceros ?S" este elemento se utiliza

en cantidades de basta un /./+K. Ae$ora el endurecimiento por precipitaci6n

cuando se adiciona a aceros que contienen N

1-)

,'9 PROCESAMIENTO TERMOMECANICO

La laminaci3n controlada o procesamiento tennomecanico es una tecnica dise1iada para

me$orar las propiedades mecimicas de los materiales mediante el control de los procesos

de deformaci6n en caliente.

El ob$etivo principal de este proceso es el de lograr una estructura de grana fino de

ferrita ! de esta manera obtener buena tenacidad ! alta soldabilidad asi como tambien

alta resistencia11,1

, ademits de aprovec#ar el efecto de Ia deformaci6n plitstica en Ia

microestructura de Ia austenita de tal forma que se desarrolle Ia microestructura mas

favorable durante I a d eformaci6n, e s d ecir r efinar ! deformar I os granos de

austenita durante el proceso de laminaci6n y de esta fonna se produzcan granos finos

de ferrita

durante el enfriamiento como se ilustra en Ia figura 1. IIII(-).

EstructuraGranos

de1ormados

Crecimiento

Inicio de Ia

recristali!aciOn

@igura 1.


14/73

etapas de *aminaci6n ! Ia cantidad de reducci6n en cada uno de los pases ! Ia

temperatura final son definidas con precision


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El tipo de carbonitruro, tamai\o de grano ! el numero de carbonitruros

precipitados son factores que influ!en en el endurecimiento por precipitaci6n. "a

formaci6n de carburos m etalicos (A') es lo mas efectivo en el endurecido de

aceros microaleados con Mb, i ! N. El numero de estos carburos formadosdurante el calentamiento o enfriamiento dependera de su solubilidad en Ia

austenita aunado ala raz6n de enfriamiento (-1.

,'9'% Etapas del procesamiento termomecanico

El proceso dellaminado controlado es usualmente dividido en tres etapas4

1. 7eformaci6n en el rango de temperatura de recristalizaci6n.

+. 7eformaci6n en el rango de temperatura de norecristalizaci6n.

. 7eformaci6n en la region ferritaaustenita.

"a figura 1. muestra las etapas del proceso termomeclmico ! el cambia en Ia

microestructura que acompaiia a Ia deformaci6n en cada una de ellas (Ill.

lnter+alo' de

recristali!aci3n

Grano

recristali!ado

Grano sin

recristali!ar

Estructura

de1orrnada

Granos: con

su07rano

lnter+alo 0i10ico 52 + )

Granosy con

estructura de1ormada

Tiempo

@igura 1. Etapas del procesamiento termomecanico (**)


16/73

,'9'%', De1ormaci3n en el ran7o de temperatura de recristali!acion

El grana austenitico es refinado mediante Ia recristalizaci6n estatica repetida. Un tamafio

de grana pequeiio de austenita obtenido por recristalizaci6n durante esta etapa conllevaal refinamiento de los granos de ferrita. En general, el tamaiio de grana de Ia austenita

recristalizada disminu!e nipidamente con el incremento de Ia cantidad de reducci6n en

Ia laminaci6n ! alcanza un valor limite, el coal limita el grado en que el refinamiento de

ferrita es alcanzado por Ia recristalizaci6n de Ia austenita.

,'9'%'$ De1ormaci3n en el ran7o de temperatura de no recristali!aci3n

"os granos de austenita son alargados ! se introducen estructuras deformadas dentro de

los granos. "a deformaci6n en esta etapa incrementa substancialmente Ia raz6n de

nucleaci6n en las fronteras de grana de Ia austenita ! dentro de Ia misma. Esta

nucleaci6n intragranular de ferrita es uno de los aspectos mas importantes del control del

laminado. "os elementos microaleantes como el Mb ! i pueden incrementar Ia

temperatura de recristalizaci6n de Ia austenita.

,'9'%'% De1ormaci3u en Ia re7ion 1errita(austenita 5a +y)

7urante esta etapa Ia austenita es ademas endurecida por deformaci6n ! Ia ferrita

deformada produce subestructuras (


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Se #a realizado un esfuerzo considerable para e%pandir Ia tecnologia del acero ! sus

procesos de manu1actura para construir +e;iculos con menor masa e incrementar la

seguridad con el usa de acero (IP)

;ara lograr lo anterior diversos prograrnas #an sido creados, tal es el caso del U"S

(Ultra"ig#t Steel uto od!) ! el U"SN' (dvanced Ne#icle 'oncepts), los

cuales se encargan de ofrecer soluciones acerca del acero enfocado a los retos que tienen

que enfrentar los fabricantes de autom6viles alrededor del mundo para incrementar Ia

eficiencia de combustible a


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=SLA$>9 MPa

DP3**liSLA

%)*MPa

@igura 1.. Utilizaci6n de aceros de alta resistencia ! avanzados

para un modelo sedan "L +// (!)

Acero dalee DP3**

$,*MPa

@igura 1.6. 'arroceria lateral interior y refuerzos de una carnioneta 7odge 7urango II)


19/73

CAPITULO II

GAL?ANIZADO

POR INMERSION EN CALIENTE

$', INTRODUCCION

"a generaci6n de recubrimientos de Tn y aleaciones de Tn sabre el acero es uno de los

procesos mas utilizados para proteger componentes de acero e%puestos a ambientes

corrosi+es (IS).

"a capacidad de las lineas de galvanizado #a evolucionado significativamente desde

1-2/. Esto #a sido en respuesta a Ia demanda de los clientes de Ia industria automotriz

en producir ve#iculos mas ligeros utilizando aceros de menor espesor y con me$ores

propiedades mecanicas de alta resistencia combinada con Ia formabilidad ! uniformidad

del recubrimiento 11- ademas de Ia preservaci6n de Ia integridad de Ia estructura ! el

mantenimiento de Ia apariencia de los autom6viles en ambientes corrosives, factores que

#an encaminado al uso de aceros recubiertos de Tn para aplicaciones automotrices1+/

"os metodos tipicos de procesamiento usados para producir recubrimientos de Tn

inclu!en el galvanizado por inmersi6n en caliente (continuo o por late), rociada terrnico

! par electrodepositado112

En este capitulo se realizara un enfoque a1 proceso de galvanizado continuo par

inmersi6n en caliente, !a que fue el metoda utilizado para producir el acero que se

encuentra ba$o an


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$'$ GAL?ANIZADO CONTINUO POR INMERSION EN CALIENTE

El proceso de galvanizado continuo par imnersi6n en caliente se desarrollo #ace mils de

/ aflos, pero se #a ida sofisticando a riginalmente las ap


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,... Secci6n de limpieza.

00 Tona de calentamiento.

& =ecubrimiento de Ia lamina.

aF.

Tratamiento post(inmersi3n'

Secci3n de en1riamiento'

& Aolino de templado.

& Mivelador de tension.

&H ratamiento del recubrimiento para prevenir Ia formaci6n de manc#as de

#nmedad debido a


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$'$', Proceso continuo

El acero entrante por lo general proviene directamente de un molino de reducci6n en

frio, que permite disminuir el espesor de Ia #o$a laminada en caliente al espesor deseado.El proceso de laminado en frio #ace a


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contaminantes organicos residuales ! 6%idos superficiales. "a nueva superficie del acero

se o%ida espontaneamente a 6%ido e #idr6%ido de #ierro !, con el calentamiento, se

reduce por c ompleto. Sin embargo, ocurrira una o%idaci6n selectiva de elementos del

substrata (An, Si, I, N ! i) forrnadores de 6%idos, Ia cual no es uniforrne en Iasuperficie sino se presenta en forma de islas. Esta distribuci6n no uniforrne es esperada,

!a que, Ia cantidad disponible para Ia difusi6n de los elementos es limitada, por lo que

las rutas preferenciales para Ia difusion, tales como las fronteras de los granos ! sub

granos, claramente deben ser sitios favorecedores para la o%idaci6n de los elementos

reacti+os 'IS).

$'$') Zona de calentamiento

"a lamina entra a las zonas de calentamiento ! sostenimiento del #omo despues del

tratamiento de limpieza, @igura +.1, donde es recocida por encima de la temperatura de

recristalizaci6n a mas de 3//0', la cual dependeni del tipo de acero a ser recu#ierto. "a

etapa de recocido perrnite suavizar el acero e impartirle la resistencia y forrnabilidad

deseadas, ademas de que Ia lamina es calentada lo suficiente para ser sumergida en el

bafio sin afectar la temperatura del mismo (l2.+l)

"a camara del #omo e s m antenida 1ibre de o %igeno como sea posible para a !udar

al #idr6geno en la reducci6n de la capa de 6%ido. Se utiliza nitr6geno para mantener

una presion de gas intema adecuada dentro del #omo. 'onforrne Ia lamina es

calentada a atlas temperaturas en el #omo para recocer el acero ! obtener las propiedades

mecanicas deseadas, el #idr6geno gaseoso reacciona con cualquier 6%ido de #ierro

remanente para producir una superficie limpiaF que pueda ser mo$ada por el

recubrimiento metitlico de Tn liquido. 7e esta manera, el Tn ! el acero estan preparados

para desarrollar un lazo de aleaci6n completo en un tiempo mu! corto.

La reacci3n uimica ue ocurre en el ;omo es" @e> ?+ R.. @e ?,>


24/73

En este proceso, la lamina se mantiene encerrada dentro de Ia atmosfera de #idr6geno

entre el #omo y el bafio de recubrimiento para prevenir Ia reo%idaci6n de la superficie

del acero 1+R

Ia salida del #omo, Ia lamina pasa por una secci6n de soplado de gas, que enfiia la

lamina a una raz6n de / 0'Dseg #asta una temperatura de 6/ 0' antes de ser sumergida

en el baiio de Tn fundido i'2l.

$'$'9 Recn0rimiento de Ia lamina

El bafio de Tn fundido para galvanizado, @igura +.+, con contenidos menores al /.K de

I es mantenido a una temperatura que se encuentra entre los a " y las

velocidades de entrada son de #asta +// rn


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+.+.6 'ontrol del recnbrimiento

'uando Ia lamina sale del baiio de Tn liquido, el e%ceso de este es removido ! regresado

al recipiente mediante el uso de unas cuc#illas de secado por gas que soplan !a sea aire o

nitr6geno sobre Ia superficie del acero. Este paso permite el control ! el mantenimiento

uniforme del espesor del recubrimiento, el cual puede ser monitoreado con equipo de

medici6n de ra!os L (


26/73

aplicar tension en Ia lamina para eliminar cualquier ondulacion superficial. "os

tratamientos siguientes pueden ser de pintado !pasivado.

+. RECU8RIMIENTO

"a anatomia del acero recubierto de Tn consiste de tres partes4

1. Una capa superficial o recubrimiento aleado.

+. Una capa interfacial entre Ia capa superficial y el substrata de acero que contiene

una serie de compuestos intermetalicos.

. El substrata de acero.

'ada una de estas regiones puede verse afectada por Ia temperatura del baiio de Tn ! el

tiempo de estancia en el mismo, asi como tambiim Ia quimica del baiio ! del acero. El

tiempo de inmersion puede variarse para controlar el espesor del recubrimiento. El buen

control de enfriarniento es tambiim necesario !a que el Tn puede continuar reaccionando

con el substrata para producir aleaciones adicionales ! afectar las propiedades del

recubrimiento (12

$'%', Euili0rio 2 cinetica de 1ases

'uando se surnerge Ia lamina dentro del baiio de Tn liquido, se generan reacciones que

dependen de Ia composicion quimica del baiio ! los solutos que se encuentran en el

acero. "a @igura +. muestra el diagrarna de equilibria de fases @eTn, donde se

muestran las di1erentes 1ases ue se 1onnan en la reacci3n entre el acero 2 el

recubrimiento. "a @igura +. muestra Ia arnpliacion de Ia porcion del diagrama de fase

donde ocurren las reacciones en Ia interfase (1S)

)


27/73

/1600

,...,

% Atomico de Z.n. %. .. .. %..

,,..

&/ %..." ..."..

,."e...' ...,..

2//

...

K;eso de Tn

@igura +. 7iagrama de equilibria de fases @eTn tro metodo para pas1var es el uso de aceites in#ibidores de o%idos. Estos aceites

contienen quimicos especificos llamados in#ibidores de corrosion. Se aplica en Ia lineade g alvanizado, una manera c omilll de aplicarlo es mediante aplicacion e lectrostatica.

Estos aceites no intentan proporcionar buena lubricacion para aplicaciones como el

estirado, pero proveen de cualidades de lubricacion que pueden ser utiles en operaciones

de formado. >tro tipo de aceite es el supresor, el cual es un compuesto volatil que se

evapora cuando se e%pone a


45/73

6a 12/0, lacopa S8ift ! el doblez a 6/0. 'ada uno de las pruebas mide un tipo de

desempefio !a que las pruebas eva#.\an diferentes modos de deformacion.

Se #a encontrado que por lo general el grado de desprendimiento de polvos seincrementa con el contenido de @e en el recubrimiento ! el peso del mismo ! las fallas

#an sido observadas en la interfase fasegammalsubstrato ! la interfase fasedeltalfase

gamma. ambien se #a reportado que el grado de agrietamiento depende de la presencia

de fase gamma, Ia razon zetaDdelta, o el gradiente de @e dentro de las capas. "as fases

delta ! gamma son las fases frigiles en el recubrimiento @eTn, mientras que la fase zeta

es la mas ductil. "a fase zeta puede liberar algo de las deformaciones en el

recubrimiento ! dar me$or resistencia a la formacion de polvos como resultado de su

plasticidad (>1)

$'9'% Solda0ilidad

"a soldabilidad de los recubrimientos de Tn es una propiedad importante del

recubrimiento, !a que Ia ma!oria del producto es unido mediante este proceso. 'on Ia

soldadura por puntas los recubrimientos de Tn reduce la vida uti< de los electrodos

debido a la aleacion que se forma entre el 'u ! el Tn. 'uando se


46/73

cual se puede describir como si Ia cara del electrodo se fuera ac#atando conforme se

efectuan los puntas de soldadura. 'onforma Ia cara se incrementa Ia densidad de

corriente disminu!e ba$ando el tamafio de Ia soldadura. "a soldadura de galvanneal es

me$or que un galvanizado convencional, !a que es mas dificil Ia aleacion entre las fases

@eTn ! el 'u del electrodo, me$orando de esta forma Ia vida uti< del mismo/2

l.

$'9') Pintado

"os aceros recubiertos con Tn pueden utilizarse en su estado recubierto ! para algunas

aplicaciones requieren una superficie pintada, par lo que el pintado es una propiedad de

disef\o importante del recubrimiento liS)

Es dificil lograr una buena ad#esion entre el recubrimiento de pintura ! el galvanizado

de Ia lamina. ;ar esta razon se acostumbra aplicar alglin tipo de capa intermedia o pre

tratamiento, para desarrollar un buen desempef\o. El pre0tratamiento me$ora Ia ad#esion

mecilnica entre Ia pintura ! el recubrimiento de Tn ! Ia resistencia a formar burbu$as !

perder pintura durante Ia e%posici6n a ambientes corrosivos.

El pretratamiento de pintado mas comlinmente aplicado para desarrollar buena calidad

de enlace entre Ia pintura ! el recubrimiento es el fosfato de Tn. ;rimero debe #acerse

una limpieza de Ia lamina para remover cualquier aceite residual, esto se #ace aplicando

una soluci6n alcalina o con solventes desengrasantes. El siguiente paso es Ia etapa de

acondicionamiento, en Ia cual se aplica fosfato de i para preparar Ia superficie para Ia

formaci6n de una capa superior de fosfato de Tn. 7espues se aplica el fosfato de Tn !a

sea por inmersi6n o par rociada sabre Ia superficie, cuando Ia lamina de$a de estar en

contacto con Ia soluci6n se lava ! se seca. Se puede aplicar despues del lavado un

en4ua7ue con cromatos como protecciOn contra la corrosiOn' Cuando el recu0rimiento

con fosfato esta realizado apropiadamente, Ia ad#esion resultante de Ia pintura es

grandemente me$orada, !a que parte del filme de fosfato que esta aspero ! poroso

permitira el enlace entre el fosfato ! Ia pintura I'Z)


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CAPITULO III

SOLDADURA POR RESISTENCIA

ELECTRICA POR PUNTOS

%', INTRODUCCION

"a soldadura por resistenciaH electrica por puntas (=SW=esistance Spot Welding) #a

sido ampliamente utilizada desde 1-/ 1!es el principal proceso de union de #o$as de

metal en varias industrias tales como Ia automotriz ! Ia aeroespacial. "a soldadura por

resistencia fue inventada por Eli#u #omson en 1233 ! #a crecido enormemente desde

que el primer automovil soldado fuera introducido en 1-. Este proceso se #a

convertido el medio predominante para el ensambla$e automotriz1

.+ SOLDADURA POR RESISTENCIA ELECTRICA

"a soldadura por resistencia electrica, es un proceso en el cual superficies en contacto

son unidas con uno o varios puntas mediante Ia generacion de calor debido a Ia

resistencia a


48/73

47

Glectrod Fsuperi F r

gua

t

=esistencia

Electrodo inferior

@igura .1. Esquema representativo de Ia soldadura por puntas =@>">CI 7E" ;UM> 7E S>"77U=

Un punto de soldadura se puede dividir en trespartes4

-. oton de soldadnra4 que representa Ia #uella que los electrodos de$an impresa

en Ia liunina cuando estos su$etan las piezas de traba$o.

+. N.cleo des oldadura o zona de fusion4 es el corte transversal del bot6n de

soldadura que representa el material que se #a fusionado.

. Tona afectada por el calor (?T #eat affected zone)4 zona alrededor del

m.\cleo en Ia cual el material no se #a fusionado pero su microestructura #a sido

alterada.

. 'I'"> 7E S>"77U=

El ciclo tipico de soldadura por puntas consiste genera#nente de varios pasos o etapas

que se describen a continuaci6n4


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50/73

49

Si Ia palencia aplicada es sabre un intervalo de tiempo t (seg), el calor generado en Ia

resistencia es"

7onde@1

+

=t (Ec. .+)

@Wattsseg o *oules

%'9', Gradiente de temperatura

"a @igura .+ muestra el gradiente de temperatura de un punta de soldadura debido a las

resistencias totales de los elementos involucrados en el proceso !en la@igura . se

puede apreciar las temperaturas que normalmente se generan durante Ia soldadura4

Agua

A)+

0---L....--ilPie!as de traba$,i .

A7ua

Electrodo

superior

Electrodo

in1erior

Temperatura

soldadura

Termino del de

$* de tiempo de

soldadura

Temperatura

del a7ua

@igura .+ Cradiente de temperaturaspara un punta de soldadura ()P)

?a! siete resistencias conectadas en serie4

I. Electrodo superior.

+. 'ontacto entre el electrodo superior ! Ia lamina superior.

//


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50

. "amina superior

. 'ontacto entre las laminas superior e inferior.

. "amina inferior.

6. 'ontacto entre Ia lamina inferior ! el electrodo inferior.

3. Electrodo inferior.

900

800

200

500

700

500

100200

800

200

@igura .. emperaturas (en B') que se generan en las piezas de traba$o !

sus alrededores durante el proceso de soldadura (*P)

El calor sen\ generado en cada una de estas secciones en proporci6n a Ia resistencia de

cada una. Sin embargo, se requiere que el calar para I asoldadura se concentre en el

punta ! es necesario reducir el calor lo mas que se pueda en los demas puntas. I

inicio de Ia soldadura Ia temperatura en todas las partes esta representada por Ia linea

vertical de temperatura del agua. El punta con Ia resistencia mas alta es el ! es aqui

donde se genera rapidarnente el calor. "os puntas con las resistencias mas altas

subsecuentes al son + y 6, y Ia temperatura tarnbien se eleva en estos puntas, pero a

una menor ra!3n'

El calor generado en + ! 6 se disipa rapidamente en los contactos con los electrodos I !

3, mientras que el calor en es parcialmente atrapado y Ia disipaci6n es mas lenta.


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'onfonne el tiempo de soldadura progresa, Ia razon para que el punto se eleve sera

mas rapido que para + ! 6. "a temperatura de soldadura esta indicada con una linea

punteada (3)

..+ Electrodos

7eben tener una alta conductividad electrica para mantener el calor intemo generado en

un minimo ! una alta conductividad tennica para disipar el calor n\pidamente de las

zonas + ! 6. ambien r equieren de r esistencia fisica a Ia defonnacion causada por Ia

fuerza aplicada a estos (3

l.

.. Superficies de contacto

Estan definidas por las zonas + ! 6. 7e nuevo, Ia resistencia electrica debe mantenerse

en el minimo, esto puede #acerse de dos maneras4 teniendo una superficie de traba$o

suave ! limpia ! controlando Ia fuerza del electrode. Si las superficies estan sucias, con

o%idos ! con #uecos, Ia temperatura en estos puntos se elevara casi tan rapido como en

las superficies en contacto, lo que resulta en Ia e%pulsion de metal, erosion del electrodo,

etc.

'uando las superficies estan su$etas a una ba$a fuerza el contacto metalmetal puede ser

solo un pequeiio porcenta$e del area total de contacto superficial. 'onforme Ia fuerza se

incrementa estos altos puntos son oprimidos, incrementando el contacto metalmetal

real, rcduciendo de esta manera Ia resistencia. Este incremento en Ia fuerza del electrodo

tambien disminu!e Ia resistencia en el contacto de las superficies (3)

.. Aateriales de traba$o

En Ia pnictica se supone que los dos electrodes son identicos ! que las piezas de traba$o

son del mismo espesor ! de material similar. Si esta relacion cambia, entonces el

gradiente de calor (@igura .+) !a no sera simetrico em.

150556


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.. Tiempo

7ebido a que el calor generado es igual a Ia multiplicaci6n de Ia potencia por el tiempo

en el que es aplicada (Ec. .+), el tiempo en el que Ia corriente de soldadura e%iste se

convierte en uno de los factores que controlan el calor total generado.

En Ia @igura .+ se observa que el tiempo se mueve #acia Ia izquierda desde el punto de

inicio (linea salida vertical). Si el tiempo se pro!ecta mas alia de lo que se muestra en Ia

figura, Ia temperatura en Ia zona sobrepasanl el punto de fusion en areas diminutas del

material de traba$o causando depositos con gas. El resultado sen\ Ia e%pulsion de

particulas del material o c#ispas. Si los puntos + ! 6 tienen 6%idos tambien puede

suceder lo anterior. "a continua aplicaci6n de corriente causara que los picos sean

menos pronunciados, el nucleo de soldadura completara su crecimiento #acia las caras

del electrodo ! las zonas ! se volveriln plasticas, produciendo una severa distorsi6n

en las caras de los electrodos. demas, Ia zona afectada por el calor se desviara #acia las

lilnrinas mas alia de los electrodos. En Ia ma!oria de los casos, en un tiempo durante

este intervalo, las perdidas por radiaci6n seriln iguales al calor de entrada, de este modo

se detendra el incremento posterior de temperatura.

7e las ecuaciones (.1) ! (.+) se demuestra que Ia generaci6n de calor es proporcional

a< cuadrado de Ia corriente. 7e esta forma, despreciando perdidas, al duplicar Ia

corriente se cuadriplicara el calor desarrollado sobre cualquier periodo de tiempo. una

cierta prolongaci6n, el tiempo ! Ia corriente pueden ser complementarios, esto es, un

cambio deseado de calor puede asegurarse !a sea por un cambio en el tiempo o en Ia

corriente. "a transferencia de calor es cuesti6n del tiempo, ! en el desarrollo del tamaiio

adecuado del nucleo, el elemento tiempo no puede ser acortado muc#o a pesar del

incremento de corriente.

"os primeros efectos de Ia insuficiencia de tiempo se nolan cuando el calor se genera

demasiado rapido en los tres contactos de las superficies, lo que provoca picaduras !

c#ispas, sobre todo en las superficies de los electrodos en contacto.


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'uando Ia corriente cesa, Ia generaci6n de calor se detiene ! las piezas de traba$o

comienzan a enfiiarse. 7ebido a Ia conductividad termica de los electrodos, su

enfiiamiento con agua permitin\ que rapidamente alcancen Ia temperatura del agua de

enfiiamiento. "as superficies en contacto + ! 6 conducen calor a los electrodos, ademasde nivelar casi de inmediato los picas en estos puntas, entonces el centro se enfiia

gradualmente. "a razon de enfriamiento se determina por las mismas condiciones que

gobieman Ia cantidad de calor de entrada. Sin embargo, si los electrodos son levantados

inmediatamente despues de que Ia corriente se detiene no seran capaces de absorber el

calor de Ia soldadura, los picas en las superficies del electrodo se incrementaran, los

valles entre los picas desapareceran y el enfiiamiento sera retardado. 7ebido a que Ia

presion se remueve mientras que Ia soldadura todavia esta plastica o fimdida, Ia

soldadura puede ser de ba$a calidad (3

%'9'3 .uer!a de soldadura

;ara una geometria dada del electrodo y una condicion superficial de Ia pieza de traba$o,

Ia resistencia de contacto es inversamente proporcional a Ia fuerza del electrodo. Si Ia

cara del electrodo tiene forma de radio, una ma!or fuerza aumenta el area efectiva de

contacto ! reduce Ia densidad de corriente. demas, un incremento en Ia fuerza del

electrodo reduce el calor generado (3

%'9'> E1ecto de des+iacion

I efectuar un patron de soldaduras, si un punta de soldadura se #ace cerca de otro, se

presentani un e1ecto de des+iaci3n 5s;untin76< el cual eui+alc a tener dos resistencias en

paralelo. "a corriente circulara a traves de las dos rutas en proporcion inversa a su

resistencia. "a accion de Ia primera soldadura elimina Ia resistencia de Ia interfase en ese

punta y como las superficies en contacto de los electrodos son las mismas, Ia division de

Ia corriente dependera de Ia razon de Ia resistencia de Ia segunda soldadura a Ia

resistencia de Ia ruta de Ia corriente a traves de Ia primera soldadura.

)

)


55/73

En Ia @igura . se aprecia que el metal entre los electrodes se vuelve un circuito

divididoF parte de Ia corriente se desvia bacia mientras que el resto circula en . Si la

distancia entre los puntas ! es grande, entonces la resistencia de sen\ alta

comparada con ! el efecto puede ser despreciado. Si la distancia es corta, una parte

3apreciable de la corriente se desviara < l.

@igura . Efecto de desviacion entre dos puntas de soldadura3

l.

%'9'B Impulsos multiples

'uando se sueldan laminas gruesas se usan con frecuencia impulsos multiples. "a

principal venta$a de este programa se debe a que durante el tiempo de enfiiamiento entre

los impulsos, la alta conductividad termica de los electrodes disipa mas calor de las

superficies c%ternas de las piezas de traba$o que la que se disipa de la zona de soldadura.

Esto incrementa el gradiente de temperatura entre la zona soldada ! las superficies

e%ternas de la pieza de traba$o permitiendo una ma!or entrada de calor sin e%cesivo

sobrecalentamiento de los electrodes con las areas de contacto comparado con la

soldadura con un solo impulso 0l.

%'3 MEDICIONDE PAilAMETROS DE SOLDADURA

"os cuatro valores medidos mas comunmente para asegurar el proceso adecuado de

soldadura ! su aceptabilidad son4


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con corrientes o tiempos que e%ceden la curva mas alta de e%pulsion (@igura .) se

consideran i naceptables. simismo lass oldaduras realizadas con c orrientes o t iempos

deba$o de la curva mas ba$a (@igura .) tienen nucleos de tamai\o insuficiente o e%#iben

ruptura interfacial durante las pruebas y son tambien inaceptables. Solamente las

soldaduras efectuadas con corrientes y tiempos que se encuentren dentro del area de la

curva de soldadura seritn aceptables

Manual de Acero Automotriz

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