ES2263567T3 - Metodo de fabricacion de una pieza dotada de elevadas caracteristicas mecanicas, formada por embuticion, a partir de chapa de acero laminado, en particular chapa laminada en caliente y dotada de un recubrimiento. - Google Patents
Metodo de fabricacion de una pieza dotada de elevadas caracteristicas mecanicas, formada por embuticion, a partir de chapa de acero laminado, en particular chapa laminada en caliente y dotada de un recubrimiento.Info
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Abstract
Método de fabricación de una pieza con elevadas características mecánicas, formada por embutición, a partir de una chapa de acero, en particular chapa laminada en caliente y recubierta con un metal o una aleación metálica de zinc o una aleación a base de zinc que asegura una protección de la superficie del acero, en el que - se corta la chapa laminar para obtener una pieza en bruto, - se lleva a cabo embutición en caliente, a partir de la pieza en bruto laminar para obtener la pieza, - se lleva a cabo, antes de la embutición, un compuesto de aleación intermetálico, en superficie, asegurando una protección contra la corrosión, contra la decarburación del acero, pudiendo asegurar dicho compuesto intermetálico una función lubrificante, siendo obtenido dicho compuesto por transformación del recubrimiento en una aleación intermetálica mediante una elevación de la temperatura a más de 700ºC, - se eliminan por desbarbado los excedentes de la chapa necesarios para la operación de embutición.
Description
Método de fabricación de una pieza dotada de
elevadas características mecánicas, formada por embutición, a partir
de chapa de acero laminado, en particular chapa laminada en caliente
y dotada de un recubrimiento.
La presente invención se refiere a un método de
fabricación de una pieza dotada con elevadas características
mecánicas, formada por embutición en caliente, a partir de una chapa
de acero, y en particular chapa laminada en caliente y dotada de un
recubrimiento de metal o de una aleación metálica que asegure la
protección de la superficie y del acero.
Las chapas de acero que deben ser sometidas a un
proceso de formación a alta temperatura y/o un tratamiento térmico
son entregadas sin recubrimiento por razones de mantenimiento del
recubrimiento durante el tratamiento térmico, dado que el
tratamiento térmico de los aceros se lleva a cabo de forma general a
temperaturas relativamente elevadas superiores a los 700ºC. De
hecho, hasta el presente se consideraba que un recubrimiento de zinc
depositado sobre una superficie metálica podría fundirse, volverse
fluido, bloquear los útiles de formación en caliente, durante el
calentamiento, a temperaturas superiores a la temperatura de fusión
del zinc, y degradarse durante un enfriamiento rápido.
Por lo tanto, el recubrimiento es llevado a cabo
en las piezas terminadas, lo que requiere una limpieza cuidadosa de
sus superficies y de las partes huecas. Dicha limpieza requiere la
utilización de ácidos y/o de bases cuyo reciclado y almacenamiento
implican costos financieros importantes y representan un riesgo para
los operarios y para el medio ambiente. Además, el tratamiento
térmico debe llevarse a cabo bajo condiciones de atmósfera
controlada para evitar cualquier decarburación y oxidación del
acero. Además, en el caso de formación en caliente, la calamina, a
causa de su poder abrasivo, daña las herramientas de fabricación,
disminuyendo la calidad de las piezas obtenidas desde el punto de
vista dimensional y estético u obliga a llevar a cabo reparaciones
costosas y frecuentes de las herramientas de trabajo. Finalmente,
para mejorar la resistencia a la corrosión, las piezas fabricadas
de este modo reciben un tratamiento posterior costoso en el que la
aplicación resulta difícil, o hasta imposible, en particular en el
caso en el que las piezas incluyen zonas huecas. Las operaciones de
recubrimiento posteriores a la fabricación de piezas de acero
dotadas de elevadas características mecánicas presentan igualmente
el inconveniente de provocar fragilidad a causa del hidrógeno en las
técnicas de electrogalvanización con zinc o de modificar las
características mecánicas de dichos aceros en las técnicas de
galvanización o templado de las piezas anteriormente formadas.
El objetivo de la presente invención es dar a
conocer a los usuarios chapas de acero de 0,2 a 4 mm de espesor
aproximadamente, dotadas con un recubrimiento en particular después
de la operación de laminado en caliente, y antes de ser sometidos a
un proceso de formación en caliente, y también un método para la
fabricación de una piezas mediante un proceso de formación en
caliente, a partir de dichas chapas de acero dotadas de
recubrimiento, evitando la decarburación de la chapa de acero
durante el calentamiento, sin oxidación de la superficie de dicha
chapa de acero, antes, durante y después del proceso de fabricación
en caliente.
El objetivo de la presente invención es dar a
conocer un procedimiento de fabricación de una pieza dotada con
elevadas características mecánicas, formada por embutición, a partir
de una chapa de acero, en particular chapa laminada en caliente y
dotada de un recubrimiento de un metal o de una aleación metálica de
zinc o a base de zinc, asegurando una protección de la superficie y
del acero, caracterizado porque:
- se lleva a cabo el corte del perfil de la
chapa obteniendo una pieza en bruto de chapa de acero;
- se lleva a cabo una operación de embutición en
caliente, a partir de dicha pieza en bruto de chapa de acero para
lograr la pieza embutida;
- se constituye, antes de la operación de
embutición, un compuesto de aleación intermetálica, en la
superficie, asegurando una protección contra la corrosión, contra
la decarburación del acero, siendo capaz dicho compuesto
intermetálico de asegurar una función lubricante, siendo obtenido
dicho compuesto por transformación del recubrimiento en una
aleación metálica mediante la elevación de la temperatura a más de
700ºC;
- se eliminan mediante desbarbado los excedentes
de chapa de acero necesarios en la operación de embutición.
En una realización preferente de la presente
invención, a la salida de la embutición en caliente
- se enfría la pieza formada por embutición para
conferirle características mecánicas de gran dureza al acero y una
dureza superficial elevada del recubrimiento.
Las características adicionales de la presente
invención son:
- el metal o aleación metálica del material de
recubrimiento es zinc o una aleación a base de zinc con un espesor
comprendido entre 5 \mum y 30 \mum.
- la aleación intermetálica es un compuesto a
base de zinc-hierro o a base de
zinc-hierro-aluminio.
- la pieza lograda por embutición es enfriada
para ser sometida a un proceso de temple, a una velocidad superior
a la velocidad crítica de temple.
La invención será descrita a continuación
haciendo referencia a las figuras adjuntas.
La figura 1 es un esquema de la presente
invención.
La figura 2 es un esquema de otro procedimiento
que no forma parte de la presente invención.
Las figuras 3a y 3b son fotografías, en sección,
de una parte de la pieza que presenta un recubrimiento de zinc
realizado de acuerdo con la presente invención, antes y después del
tratamiento térmico.
Las figuras 4a y 4b son fotografías, en sección,
de una parte de la pieza que presenta un recubrimiento de
zinc-aluminio realizado de acuerdo con la presente
invención, antes y después del tratamiento térmico.
El método según la presente invención tal como
se muestra en el esquema de la figura 1, consiste, a partir de una
chapa de acero para tratamiento térmico y formación en caliente, en
particular en chapa laminada en caliente y recubierta con zinc o
una aleación a base de zinc, en la realización de una pieza
fabricada en caliente mediante una herramienta tal como una prensa
de embutición.
El recubrimiento de zinc o de una aleación de
zinc es elegido de forma que produzca una protección contra la
corrosión de la chapa de acero de base, enrollado en una bobina.
Contrariamente a las ideas comúnmente aceptadas,
durante un tratamiento térmico o de una elevación de temperatura en
un proceso de fabricación en caliente, el recubrimiento forma una
capa que se alía con el acero de la chapa y presenta en dicho
momento un comportamiento mecánico que evita la fusión del metal de
recubrimiento. El compuesto formado presenta una gran resistencia a
la corrosión, la abrasión, el uso y el desgaste. El recubrimiento
no modifica las propiedades de capacidad de formación del acero y
permite una gran variedad de procesos de formación en frío y en
caliente.
Además, la utilización de zinc o de una aleación
de zinc produce una protección galvánica de cantos o bordes cuando
la pieza en bruto de chapa de acero o la pieza presentan
recortes.
Después del laminado en caliente, la chapa puede
ser decapada y laminada en frío antes de ser dotada con un material
de recubrimiento. En el caso en el que el material laminar es
laminado en frío, el mismo puede ser destemplado antes de ser
recubierto.
Se puede recubrir la chapa de acero, por
ejemplo, con zinc, o aleaciones de
zinc-aluminio.
En otro método que no forma parte de la presente
invención y que se representa en el esquema de la figura 2, la
chapa de acero puede ser embutido en frío para la obtención de la
pieza. Dicha pieza es sometida a continuación a un tratamiento
térmico para conferirle elevadas características mecánicas. Por
ejemplo, un acero que tenga una resistencia a la rotura Rm de 500
MPa aproximadamente, permitirá la obtención de piezas tratadas
térmicamente logrando un acero con una resistencia Rm superior a
los 1500 MPa.
Para la fabricación en caliente de la pieza, la
chapa de acero laminar es sometida a una elevación de temperatura
comprendida de forma preferente entre los 700ºC y los 1200ºC dentro
de un horno que no necesita de una atmósfera controlada, debido a
la barrera de oxidación formada por el recubrimiento. Durante la
elevación de la temperatura, el recubrimiento a base de zinc se
transforma en una capa de aleación en superficie incluyendo
diferentes fases dependiendo del tratamiento de temperatura y
presentando una gran dureza que puede sobrepasar los 600 HV 100
g.
En el método de la presente invención, se pueden
utilizar chapas de acero cuyos espesores estén comprendidos entre
0,2 mm y 4 mm, que tengan buenas propiedades para la formación así
como también una buena resistencia a la corrosión.
Las chapas entregadas dotadas con un
recubrimiento, presentan una resistencia considerable a la corrosión
durante las elevaciones de temperatura, la formación, los
tratamientos térmicos, y durante la utilización de las piezas
formadas terminadas.
La presencia de recubrimiento durante los
procedimientos de formación en caliente permite evitar de forma
adicional la corrosión, la decarburación del acero de base. Este
hecho es una ventaja innegable en el caso de la formación en
caliente, por ejemplo, en una prensa de embutición. En efecto, la
aleación intermetálica formada evita la formación de calamina, el
desgaste de las herramientas por la calamina, y permite gracias a
esto aumentar la vida útil de dichas herramientas. Se ha remarcado
que la aleación intermetálica formada en caliente tiene una función
lubrificante a alta temperatura. Además, el efecto de protección
contra la decarburación de la aleación intermetálica permite la
utilización de hornos de alta temperatura que sobrepasen los 900ºC
que carezcan de atmósfera controlada, aún para un tiempo de
calentamiento que dure muchos minutos.
A la salida del horno, no es necesario decapar o
limpiar la pieza obtenida, economizando a partir de la supresión
del baño de limpieza de las piezas terminadas.
En cuanto a las características del
recubrimiento después de la elevación de la temperatura, las piezas
obtenidas tienen una resistencia mejorada a la fatiga, el desgaste,
la abrasión y la corrosión, incluso en el corte, debido al
comportamiento galvánico del zinc con el acero. Además, el
recubrimiento puede ser soldado antes y después de la elevación de
la temperatura.
El acero de la chapa asegura, debido al templado
por el enfriamiento, las elevadas características mecánicas de la
pieza obtenida después de la formación, el recubrimiento
transformado en una aleación intermetálica en caliente asegurando
por su parte, debido a sus características lubrificantes y de
resistencia al rozamiento, una mejora del proceso de formación, en
particular, dentro del sector de la embutición en caliente.
Ejemplo
1
En un ejemplo de realización, se utiliza una
chapa de acero laminada en caliente con la siguiente composición
ponderada:
- Carbono: 0,15% a 0,25%,
- Manganeso: 0,8% a 1,5%,
- Silicio: 0,1% a 0,35%,
- Cromo: 0,01% a 0,2%,
- Titanio: menos del 0,1%,
- Aluminio: menos del 0,1%,
- Fósforo: menos del 0,05%,
- Azufre: menos del 0,03%,
- Boro: 0,0005% a 0,01%.
Se fabrica una pieza a partir una chapa de acero
en frío de 1 mm de espesor y galvanizada de forma continua por las
dos caras, con un espesor de recubrimiento de 10 \mum
aproximadamente. Se austenitiza la chapa a 950ºC antes de la
formación en caliente y templado dentro del utillaje, cumpliendo el
recubrimiento un papel lubrificante durante el proceso de
formación, además de sus funciones de protección contra la corrosión
en frío, en caliente y contra la decarburación. Durante el
templado, el recubrimiento aliado no perjudica la extracción del
calor del utillaje y hasta puede favorecerla. Después de la
formación y del templado, ya no es necesario decapar la pieza o
protegerla, el recubrimiento de base asegura la protección a lo
largo del todo el procedimiento.
Después de la formación en caliente y por este
hecho, tratamiento térmico, la pieza fabricada tiene un aspecto
gris mate sin rebabas ni burbujas, sin escamas o fisuras, y no
presenta calamina en los bordes de corte. Las observaciones al
microscopio electrónico de barrido muestran en superficie y en
sección, que el recubrimiento conserva una estructura y una textura
homogéneas y que la aleación de Fe-Zn se produce en
menos de 5 minutos a 950ºC.
El recubrimiento comprende, tal como se
representa de manera comparativa en las figuras 3a y 3b, que
representan respectivamente, en sección, el recubrimiento antes y
después del tratamiento térmico, una interfaz de difusión de Zn, de
un espesor comprendido entre 5 y 10 \mum, es una capa formada por
nódulos de aleación de Zn-Fe en una matriz de zinc,
teniendo dicha capa un espesor comprendido entre 10 y 15 \mum.
Los ensayos de corrosión por humedad y
temperatura de acuerdo con la norma DIN 50 017 muestran que el
recubrimiento según la invención asegura una protección excelente
contra la corrosión después de 30 ciclos, conservando las
superficies de las piezas su aspecto gris.
La tabla 1 presenta la pérdida de masa por
corrosión después de 500 y 1000 horas de exposición a niebla de
solución salina, para un acero de referencia no recubierto, para un
acero de referencia galvanizado sin tratamiento térmico, y un acero
según dos formas de realización de la presente invención.
Pérdida de masa en g/m^{2} | Pérdida de masa en g/m^{2} | |
después de 500 horas | después de 1000 horas | |
Acero de referencia | 450 g/m^{2} | 1230 g/m^{2} |
Acero galvanizado de referencia | 80 g/m^{2} | 140 g/m^{2} |
Acero recubierto con Zn después | 32 g/m^{2} | 82 g/m^{2} |
del tratamiento térmico | ||
Acero recubierto con Zn después | 22 g/m^{2} | 50 g/m^{2} |
del tratamiento térmico |
Debe hacerse notar que el recubrimiento después
del tratamiento térmico resiste bien a la niebla de solución
salina. Además, dicha superficie compuesta por zinc e hierro se
puede fosfatar en los baños clásicos de tratamiento de superficies
del tipo de fosfatación tricatiónica. Los ensayos de corrosión
realizados después de la fosfatación y pintura por cataforesis
muestran resultados excelentes. La capa de aleación de
zinc-hierro asegura además una protección galvánica
de los bordes del tipo de protección catódica.
Ejemplo
2
Se aplica un recubrimiento de 10 \mum sobre
una chapa de 1 mm aproximadamente. Dicho recubrimiento está
compuesto por 50% a 55% de aluminio y de 45% a 50% de zinc con
eventualmente una pequeña parte de silicio.
El aspecto de dicho recubrimiento en sección
después de la formación en caliente se muestra en las figuras 4a y
4b.
Durante la formación en caliente, el zinc, el
aluminio, y el hierro se alían para formar un recubrimiento de
zinc-aluminio-hierro homogéneo y
adherente. Las pruebas de corrosión muestran que dicha capa de
aleación asegura una protección muy buena contra la corrosión.
Claims (5)
1. Método de fabricación de una pieza con
elevadas características mecánicas, formada por embutición, a partir
de una chapa de acero, en particular chapa laminada en caliente y
recubierta con un metal o una aleación metálica de zinc o una
aleación a base de zinc que asegura una protección de la superficie
del acero, en el que
- se corta la chapa laminar para obtener una
pieza en bruto,
- se lleva a cabo embutición en caliente, a
partir de la pieza en bruto laminar para obtener la pieza,
- se lleva a cabo, antes de la embutición, un
compuesto de aleación intermetálico, en superficie, asegurando una
protección contra la corrosión, contra la decarburación del acero,
pudiendo asegurar dicho compuesto intermetálico una función
lubrificante, siendo obtenido dicho compuesto por transformación del
recubrimiento en una aleación intermetálica mediante una elevación
de la temperatura a más de 700ºC,
- se eliminan por desbarbado los excedentes de
la chapa necesarios para la operación de embutición.
2. Método, según la reivindicación 1,
caracterizado porque:
- después de la embutición en caliente, se
enfría la pieza formada por embutición para lograr un acero con
características mecánicas de dureza elevada y lograr un
recubrimiento con una dureza superficial elevada.
3. Método, según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el metal o la aleación metálica del
recubrimiento es de zinc o una aleación a base de zinc con un
espesor comprendido entre 5 \mum y 30 \mum.
4. Método, según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la aleación intermetálica es un
compuesto a base de zinc-hierro o de
zinc-hierro-aluminio.
5. Método, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la pieza
obtenida por embutición es enfriada para sufrir un proceso de
templado, con una velocidad superior a la velocidad crítica de
templado.
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