ES2316738T3 - Chapa de aleacion al-si-mg para piel de carroceria automovil. - Google Patents
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Abstract
Chapa para pieza de piel de carrocería de coche, con un espesor comprendido entre 0,8 y 1,2 mm y la siguiente composición (% en peso): otros elementos < 0,05 cada uno y < 0,15 en total, resto aluminio, que presenta tras disolución, temple, revenido previo o reversión y maduración a temperatura ambiente comprendida entre 3 semanas y 6 meses, un límite de elasticidad R 0,2 en el sentido L inferior a los 160 MPa.
Description
Chapa de aleación
Al-Si-Mg para piel de carrocería
automóvil.
La invención se refiere al ámbito de las chapas
de aleación Al-Si-Mg, más
particularmente de aleación de tipo 6016 según la denominación de
la Aluminum Association, destinadas a la fabricación por embutición
de piezas de piel de carrocería de coches tales como aletas,
puertas, puertas de maleteros, capós o techos.
El aluminio se utiliza de forma creciente en la
construcción automóvil para reducir el peso de los vehículos y
reducir pues el consumo de carburante así como las emisiones de
contaminantes y de gas de efecto invernadero. Las chapas se
utilizan en particular para la fabricación de piezas de piel de
carrocería, en particular los abrientes. Este tipo de aplicación
requiere un conjunto de propiedades a veces antagonistas tales
como:
- -
- una alta formabilidad para las operaciones de embutición y engaste,
- -
- un límite de elasticidad controlado en estado de entrega de la chapa para controlar el retroceso elástico,
- -
- una alta resistencia mecánica después del cocido de las pinturas para obtener una buena resistencia a la indentación y minimizar a la vez el peso de la pieza,
- -
- una buena resistencia a la corrosión, en particular la corrosión filiforme, de la pieza pintada,
- -
- una buena calidad de superficie después de la conformación y pintura,
- -
- un buen comportamiento en los distintos procedimientos de acoplamiento utilizados erg carrocería automóvil tales como la soldadura por puntos, la soldadura por láser, el encolado, el clinchado o el remache,
- -
- una compatibilidad con las exigencias de reciclaje de residuos de fabricación o de vehículos reciclados,
- -
- un coste asequible para una producción en gran serie.
Estas exigencias llevaron a elegir las
aleaciones Al-Mg-Si, es decir las
aleaciones de la serie 6000. En Europa las aleaciones 6016 y 6016A,
con espesores del orden de 1 a 1,2 mm, son las que más suelen
utilizarse para esta aplicación, porque conducen a un mayor
compromiso entre las distintas propiedades requeridas, mientras
garantizan particularmente una mayor formabilidad, en particular
para el engaste, y una mayor resistencia a la corrosión filiforme
que las aleaciones con mayor proporción de cobre tales como la
6111 ampliamente utilizada en los Estados Unidos. Se describen
aleaciones de tipo 6016 en particular en las patentes FR 2360684 de
Alusuisse y EP 0259232 de la solicitante, mientras que se describen
aleaciones de tipo 6111 en la patente US 4 614 552 de Alcan
International Ltd. También se conocen aleaciones con baja proporción
de hierro (< 0,2%) tales como las que se describen en las
patentes US 5 525 169 y US 5 919 323 de Alcoa, y se registró una
aleación de este tipo como 6022. En el cuadro 1 se indican las
composiciones (% en peso de los principales elementos) de las
aleaciones 6016, 6016A, 6022 y 6111 registradas en la Aluminum
Association:
\vskip1.000000\baselineskip
Sin embargo la resistencia mecánica de la 6016
después del cocido de las pinturas, por lo tanto la resistencia a
la indentación, sigue claramente inferior a la de la 6111, y eso
aún más cuando la temperatura de cocido tiende a decrecer, de
suerte que el endurecimiento por revenido es menos eficaz. Por eso
es que en la automoción se necesita una resistencia mecánica más
alta después de la pintura.
Con este fin la solicitante desarrolló nuevas
variantes de la 6016, en particular una variante "DR120" que
lleva a un límite de elasticidad en estado T4 del orden de los 120
MPa. Estos desarrollos fueron objeto de publicaciones, en
particular de los artículos de R. Shahani et al.
"Optimised 6xxx aluminium alloy sheet for autobody outer
panels" Automotive Alloys 1999, Proceedings of the TMS Annual
Meeting Symposium, 2000, pp. 193-203, y de D. Daniel
et al. "Development of 6xxx Alloy Aluminum Sheet for
Autobody Outer Panels: Bake Hardening, Formability and Trimming
Performance" IBEC'99 - International Body Engineering
Conference, Detroit, 1999, SAE Technical Paper Nº
1999-01-3195.
Por su parte Alcan propuso una nueva variante de
la 6111, llamada 6111-T4P, que lleva a un límite de
elasticidad después del cocido de pintura mejorado (típicamente de
los 270 a los 280 MPa) sin reducción de la formabilidad en estado
T4. Este producto se describe en particular en el artículo de A. K.
Gupta et al. "The Properties and Characteristics of Two
New Aluminum Automotive Closure Panel Materials", SAE Technical
Paper 960164, 1996. El artículo menciona también una nueva
aleación, provisionalmente llamada 61XX-T4P, cuya
composición no se divulga, que lleva, con respecto a la
6111-T4 convencional, a un límite de elasticidad más
bajo en estado T4 con una respuesta al cocido de las pinturas
semejante.
Todos estos nuevos desarrollos incluyen un
tratamiento térmico optimizado de tipo revenido previo, que se
efectúa después del temple para mejorar el endurecimiento por
cocido de las pinturas. En efecto, en ausencia de tal tratamiento,
la cinética de endurecimiento por cocido disminuye con el tiempo de
espera a temperatura ambiente, entre el temple y el cocido, y en
producción industrial una espera de varias semanas es casi
inevitable. Hace mucho tiempo que se conoce este fenómeno que se
describe por ejemplo en el artículo de M. Renouard y R. Meillat:
"Le prérevenu des alliages
aluminium-magnésium-silicio"
Mémoires Scientifiques de la Revue de Métallurgie, diciembre de
1960, pp. 930-942.
Para evitar el efecto desfavorable de la espera,
es necesario sea efectuar un revenido previo con ayuda de un
temple por etapas o de un tratamiento térmico justo después del
temple, sea almacenar el metal en congelador, lo que no es cómodo
para la carrocería automóvil, sea realizar un tratamiento de
reversión.
La temperatura y el tiempo de revenido previo
para las aleaciones 6000 se describen por ejemplo en el artículo
de R. Develay "Traitements thermiques des alliages
d'alluminium", Techniques de l'Ingénieur, sección M 1290, 1986,
en el artículo de D.W. Pashley et al. "Delayed ageing in
aluminium-magnesium-silicon alloys:
effect on structure and mechanical properties", Journal of the
Institute of Metals, nº 94, 1966, pp. 41-49, o en
la patente EP 0480402 (Sumitomo Light Metal). Además la patente FR
1243877 (Cegedur) describe un horno continuo apto para efectuar un
revenido previo.
Habida cuenta del desarrollo de la utilización
de las chapas de aleación de aluminio para piel de carrocería de
coches de gran serie, sigue existiendo una demanda de clases aún
mejorados que permitan reducir los espesores sin alterar las otras
propiedades. La reducción de espesores suele estar limitada por la
insuficiencia de rigidez de la pieza formada, situándose este
límite en el espesor de la pieza de acero equivalente, multiplicado
por 1,4. Por lo tanto las chapas tienen que permitir, en la pieza
formada después del cocido de pintura, la obtención de una
resistencia a la indentación por lo menos igual a la de las piezas
de acero, con una relación de espesor aluminio/acero de 1,4, y de
una buena aptitud para la embutición y el engaste.
El objeto de la presente invención consiste en
suministrar chapas de aleación de tipo 6016 para piel de carrocería
automóvil que presenten una composición adaptada para el reciclaje,
una formabilidad suficiente para la embutición profunda y el
engaste en condiciones rigurosas, una mayor resistencia a la
indentación con respecto a las chapas del arte anterior de tipo
6016, controlando a la vez el retroceso elástico, una buena
aptitud para el encolado, un corte sin formación de escamas y una
buena resistencia a la corrosión filiforme.
La invención tiene por objeto una chapa para
piezas de piel de carrocería de coche, con un espesor comprendido
entre 0,8 y 1,2 mm y la siguiente composición (% en peso):
Fe: 0,25-0,35
Si: 0,95-1,10
Cu: 0,15-0,20
Mg: 0,40-0,50
Mn: 0,08-0,15
otros elementos < 0,05 cada uno y < 0,15
en total, resto aluminio,
que presenta tras disolución, temple, revenido
previo o reversión y maduración a temperatura ambiente comprendida
entre 3 semanas y 6 meses, un límite de elasticidad en el sentido L
R_{0,2} inferior a los 160 MPa y preferentemente a los 150 MPa.
El límite de elasticidad de la pieza embutida después de un
tratamiento térmico que corresponde al cocido de las pinturas es
superior a los 180 MPa y preferentemente a los 200 MPa.
La invención radica en un ámbito estrecho de
composición dentro de la composición de la 6016A registrada en la
Aluminum Association, que permite obtener el conjunto de las
propiedades deseadas.
La proporción de silicio se sitúa en la parte
baja del intervalo de proporciones de la 6016A, mientras que la
proporción de magnesio se queda en el centro del intervalo. Esta
reducción de la proporción de silicio contribuye a una disolución
más completa de la aleación, favorable para la formabilidad. La
proporción de hierro permanece por encima de un 0,25%, lo que
autoriza, contrariamente a las clases con poco hierro como la 6022,
la utilización de metal de reciclaje y resulta bastante favorable
para el acabado superficial después de la embutición.
La proporción de cobre se controla dentro de
límites muy estrechos: una proporción de por lo menos un 0,1%, un
poco más importante que la de las clases existentes de 6016 o de
6022, contribuye a la resistencia mecánica, pero por encima de un
0,25% la aleación presenta un riesgo de corrosión filiforme. La
aleación debe contener por lo menos un 0,05% de manganeso, de
cromo, de vanadio o de circonio para controlar el grosor del grano y
evitar la aparición de piel de naranja durante las importantes
deformaciones, como el engaste utilizado para los capós por
ejemplo. A la inversa una proporción total de dichos elementos
superior a un 0,20% es desfavorable para la formabilidad.
El procedimiento de fabricación de las chapas
según la invención comprende típicamente la colada de una placa,
eventualmente el escalpado de dicha placa, y su homogeneización o
un simple recalentamiento a una temperatura comprendida entre 400 y
570ºC durante 6 a 24 h. Preferentemente el laminado en caliente se
hace a una temperatura de entrada superior a los 510ºC, lo que
contribuye a mejorar la resistencia mecánica con respecto a una
temperatura de entrada inferior. La temperatura de bobinado de la
banda laminada en caliente tiene que ser inferior a los 350ºC, y
preferentemente a los 300ºC, para garantizar las características
mecánicas y evitar el defecto de ranuras. La banda laminada en
caliente se lamina después en frío hasta el espesor final, con
eventualmente un recocido intermedio a una temperatura comprendida
entre 300 y 450ºC en caso de efectuarse en un horno batch, o entre
350 y 570ºC en caso de efectuarse en un horno continuo. La última
pasada de laminado en frío puede efectuarse con un cilindro de
textura, mediante tratamiento por haz de electrones (EBT),
electroerosión (EDT) o haz de láser por ejemplo, lo que mejora la
formabilidad y el acabado superficial de la pieza formada después
de la pintura.
También es posible utilizar bandas obtenidas
directamente par colada continua, sea entre dos cilindros, sea
entre dos correas, y efectuar el laminado en frío así como las
operaciones ulteriores en las mismas condiciones.
La disolución se hace a una temperatura superior
a la temperatura de solvus de la aleación, evitando sin embargo la
quemadura. La composición según la invención permite efectuar una
disolución muy completa, que se traduce en una casi ausencia de
fases de tipo silicio en la microestructura y en una muy pequeña
área de cresta, de menos de 1 J/g, en el campo
565-580ºC de un diagrama de análisis entálpico
diferencial, efectuándose el ensayo con una velocidad de elevación
de la temperatura de 20ºC/min.
La chapa disuelta se templa después, por lo
general en agua fría o al aire.
Al temple le puede seguir inmediatamente después
un tratamiento térmico de tipo revenido previo tal como se
describe en el arte anterior arriba mencionado, con el fin de
mejorar los resultados del endurecimiento durante el cocido de las
pinturas.
El revenido previo no es necesariamente
isotérmico y su duración depende de la temperatura. Para tomarlo
en cuenta es posible definir un tiempo equivalente t_{eq} con la
fórmula:
t(eq)=
\frac{\int
exp(-6000/T)dt}{exp(-6000/T_{ref})}
donde T (en ºK) es la temperatura y
t la duración del revenido previo, siendo T_{ref} una temperatura
de referencia de 373ºK, o sea 100ºC. Ya se sabe que para ser
eficaz el revenido previo tiene que efectuarse a una temperatura
superior a los 50ºC con una duración equivalente comprendida entre
0,3 y 20 h. Si la duración equivalente es insuficiente, la cinética
de endurecimiento por cocido de las pinturas disminuye con el
tiempo de espera a temperatura ambiente. Si en cambio la duración
equivalente es demasiado larga, las características mecánicas
aumentan demasiado para el revenido previo y se degrada la
formabilidad de la chapa. Para las aleaciones de tipo 6016, una
duración equivalente de 1 a 10 h, y preferentemente de 3 a 6 h,
está bien
adaptada.
Llegada esta etapa, suele almacenarse la chapa
durante un tiempo más o menos largo, lo que conduce a una
maduración natural con la que aumenta el límite de elasticidad a lo
largo del tiempo. Después de 3 semanas de maduración, las chapas
según la invención presentan, a un espesor del orden de 0,9 a 1 mm,
un límite de elasticidad en el sentido L del orden de los 130 MPa,
más elevado que en todas las variantes de 6016, incluso las clases
de alta resistencia DR100 y DR120 que se describen en el artículo
de R. Shahani et al. arriba mencionado, y apenas menos
elevado que en la de la 6022. Después de los 6 meses de maduración
este límite elástico sigue siendo inferior a los 160 MPa, incluso a
los 150 MPa, contrariamente a las aleaciones 6022 o 6111. Esta
peculiaridad permite controlar el retroceso elástico durante la
conformación, que es cada vez más difícil de prever cuando
disminuyen los espesores y aumenta el límite de elasticidad, lo que
obliga a un gran número de iteraciones en la puesta a punto de las
herramientas de embutición. Antes de la conformación es posible
aplicar un lubricante en la chapa, aceite o lubricante seco,
indicado para la embutición, el acoplamiento y el tratamiento de
superficie de la pieza que ha de realizarse.
Las chapas según la invención presentan una
formabilidad, medida con el parámetro LDH_{0} ("limiting dome
height" en deformación plana), mejor que la de las aleaciones
6111 y 6022, y tan buena como las clases 6016 de alta
resistencia.
El parámetro LDH se utiliza ampliamente para la
evaluación de la aptitud para la embutición de las chapas de 0,5 a
2 mm de espesor. Fue objeto de numerosas publicaciones, en
particular la de R. Thompson, "The LDH test to evaluate sheet
metal formabiblity - Final Report of the LDH Committee of the
North American Deep Drawing Research Group", SAE conference,
Detroit, 1993, SAE Paper nº 930815.
El ensayo LDH es un ensayo de embutición con una
pieza en bruto bloqueada en la periferia por un anillo. Se
controla la presión del sujetachapas para evitar un desplazamiento
dentro del anillo. La pieza en bruto, de 120 x 160 mm, se somete a
una tensión semejante a la deformación plana.
La lubricación entre el punzón y la chapa se
garantiza gracias a una película plástica y grasa (grasa Shell
HDM2). La velocidad de bajada del punzón es de 50 mm/min.
El valor LDH es el desplazamiento del punzón a
la ruptura, o sea la profundidad límite de la embutición. Se
establece el promedio entre tres ensayos, lo que da un intervalo de
confianza a un 95% en la medida de \pm 0,2 mm.
Las chapas según la invención presentan una
aptitud para el engaste mejor que las chapas de aleación 6111 o
6022 y tan buena como las chapas de aleación 6016 de alta
resistencia del arte anterior. Esta aptitud para el engaste se
evalúa mediante un ensayo de laboratorio que comprende una
curvatura a 90º, un preengaste a 45º y un engaste final en
plano.
Las chapas según la invención también presentan
una anisotropía de deformación muy baja, que se puede medir gracias
a la diferencia entre el LDH para una deformación principal
paralela al sentido de laminado, y una deformación principal
perpendicular al sentido de laminado. Esta diferencia es inferior a
1 mm y preferentemente a 0,6 mm.
La pieza de piel de carrocería suele realizarse
mediante corte en la chapa de una pieza en bruto, embutición de
esta pieza en bruto y desbarbado en prensa. Durante la embutición,
es necesario evitar la aparición de ranuras ("roping" o
"ridging" en inglés), que son nefastas para el aspecto después
de la pintura y pueden disminuir la formabilidad, en particular en
caso de fuerte deformación en el sentido perpendicular al sentido
de laminado. Se propusieron diferentes medios al respecto, el
control de la temperatura de salida de laminado en caliente entre
270 y 340ºC por ejemplo, como se indica en la patente EP 0259232 de
la solicitante. También se tiene que evitar la aparición de "piel
de naranja" en el momento de la embutición, que contribuye a un
defecto de aspecto visible después de la pintura. Para esto se
tiene que mantener un 3 tamaño de grano preferentemente por debajo
de los 50 \mum, lo que puede obtenerse con la presencia en la
aleación de una cantidad suficiente de manganeso, o de otros
elementos que desempeñan una función parecida tales como el cromo,
el vanadio o el circonio, con un control de la temperatura y del
tiempo de disolución y con una reducción suficiente, típicamente de
por lo menos un 30%, por laminado en frío. Para ciertas piezas
como los capós, los bordes de la pieza en bruto embutida se curvan
a 90º y se integra un embutido interior en el que se efectúa un
preengaste y después un engaste final en plano.
También es necesario evitar la formación de
escamas ("slivers") durante las operaciones de corte de las
piezas en bruto y de desbarbado después de la embutición, porque
dichas escamas pueden crear después defectos de aspecto que
necesitan retoques manuales. Por lo tanto es importante el diseño
de la herramienta de corte, y se emitieron recomendaciones al
respecto en el artículo de D. Daniel et al. arriba
mencionado.
Después de una embutición y de un eventual
engaste, en la pieza se aplican una o varias capas de pintura con,
para cada una, una etapa de cocido. La etapa crítica es el cocido
de la capa de cataforesis, que suele hacerse a una temperatura
comprendida entre 150 y 200ºC, durante 15 a 30 min. En ausencia de
cataforesis, pocas veces la temperatura de cocido sobrepasa los
170ºC. El cocido de las pinturas desempeña una función de
tratamiento de revenido de la pieza. El límite de elasticidad de la
pieza realizada con una chapa según la invención, con un cocido de
20 min. a los 165ºC, es superior a los 180 MPa y la mayoría de las
veces superior a los 200 MPa. Así se obtiene, con una pieza
realizada a partir de una chapa de 0,9 mm de espesor, una
resistencia a la indentación dinámica comparable a la de una pieza
realizada a partir de una chapa de acero de carrocería típica cuyo
límite de elasticidad es del orden de los 250 a 300 MPa y de 0,7 mm
de espesor, lo que no es el caso para las otras clases de 6016.
Las chapas según la invención permiten realizar
las diferentes operaciones corrientemente utilizadas para la
fabricación de las piezas de piel de carrocería de coche, tales
como el engaste, el clinchado, el remache, la soldadura por puntos,
la soldadura por láser y el encolado. En particular es posible
realizar el encolado de juntas engastadas, que se utiliza en
particular en la fabricación de capós, sin aplicación previa en las
superficies de un tratamiento químico tal como una conversión
química o una pasivación, por ejemplo con ayuda de compuestos
fosfocrómicos o de productos a base de titanio, circonio o
silanos.
Las piezas realizadas a partir de chapas según
la invención también presentan, después de la pintura, una buena
resistencia a la corrosión filiforme, mejor que la de las
aleaciones con alta proporción de cobre como la 6111.
Por razones económicas puede ser interesante
asociar en un mismo vehículo estructuras de acero y piezas de piel
de aluminio, para aletas, techos o abrientes por ejemplo. En el
caso de tal acoplamiento, la mayor dificultad radica en la gestión
de las diferencias de dilatación térmica entre ambos materiales
durante el cocido de las pinturas, en particular durante el cocido
de cataforesis que se efectúa generalmente entre los 160 y 200ºC.
En efecto, para el aspecto del vehículo, es imprescindible limitar
a un nivel aceptable las deformaciones residuales después del
cocido.
Independientemente de la geometría de las piezas
y del modo de acoplamiento elegido, las chapas según la invención
permiten limitar estas deformaciones. En efecto la solicitante
evidenció que un límite de elasticidad elevado a la temperatura de
cocido, superior a los 140 MPa a una temperatura de 160ºC para la
aleación según la invención por ejemplo, tenía un efecto favorable
sobre el grado de deformación, ya que el acoplamiento se realice
después del cocido, cuya temperatura es preferible limitar.
Otros factores también pueden limitar las
deformaciones, la presencia de nervaduras destinadas a reforzar el
panel de aluminio o la distancia entre puntos de acoplamiento por
ejemplo. También se puede utilizar un acoplamiento con unión
continua como el encolado, con una polimerización por lo menos
parcial de la cola antes del cocido, o una soldadura por láser por
transparencia.
Ejemplo
1
Se colaron en placas de 500 mm de espesor las 8
aleaciones A a I cuya composición (% en peso) se indica en el
cuadro 1:
La composición A representa una 6016 clásica, B
corresponde a la de la clase DR100 de la solicitante que se
describe en los artículos arriba mencionados, C y D corresponden a
una aleación 6111, E a una aleación 6022. F, G, H e I tienen
composiciones parecidas, que difieren sea por Cu (F), sea por Mn (G
y H) de la composición I según la invención.
Las placas se escalparon, se homogeneizaron
durante 10 h a los 570ºC, se laminaron en caliente directamente con
el calor de la homogeneización, primero en un laminador de
reversión, después en un tren laminador. La temperatura de
principio de laminado era del orden de los 540ºC, la temperatura de
bobinado de la banda en caliente del orden de los 310ºC.
La banda laminada en caliente hasta los 3 mm se
lamina después en frío hasta el espesor final de 1 mm. Se efectuó
un recocido intermedio a 2,5 mm de espesor, sea un recocido
"batch" en bobina, con una elevación a los 350ºC en 10 h, una
espera de 2 h y una refrigeración lenta, sea un recocido
"flash" en horno continuo, con una elevación a los 400ºC en
aproximadamente un minuto y refrigeración inmediata. Se disuelven
muestras tomadas en las bandas a una temperatura de 570ºC durante
menos de un minuto, luego se las templan en agua fría. En las
muestras de aleación B, D, F, G, H e I se aplica un tratamiento
adicional de 2 h a los 100ºC en un baño de aceite inmediatamente
después del temple, para simular un revenido previo industrial.
Se midió el límite de elasticidad R_{0,2} en
el sentido L (en MPa) después de respectivamente 3 semanas y 6
meses de maduración a la temperatura ambiente, y después de un
tratamiento de revenido de 30 min. a los 165ºC o a los 185ºC, que
simulaba el tratamiento de cocido de las pinturas. También se midió
la formabilidad con ayuda del parámetro LDH (en mm), siendo la
deformación principal respectivamente paralela y perpendicular al
sentido de laminado. En el cuadro 2 se indican los resultados:
\vskip1.000000\baselineskip
Se observa que la muestra I según la invención
presenta, después de la maduración de 3 semanas, un límite de
elasticidad del mismo orden que el de la 6016 clásica (muestra A) y
claramente inferior al de las aleaciones 6111 (C y D) y 6022
(E).
Después de 6 meses de maduración no cambió la
posición del límite elástico de la muestra I con respecto a las
muestras de las otras aleaciones.
La formabilidad, medida con el parámetro LDH, es
casi tan buena como la de la mejor aleación, es decir la DR100.
Además los valores medidos del LDH en el sentido del laminado y en
el sentido perpendicular al laminado son casi idénticos, lo que no
siempre es el caso para las otras muestras, lo que permite
garantizar una buena isotropía durante el formado.
A la inversa el límite de elasticidad de la
muestra I después del cocido de las pinturas, cuando se efectuó un
revenido previo, es elevado, muy superior al de las aleaciones 6016
y DR100, del mismo orden que el de la aleación F más cargada de
cobre, y se sitúa entre los de las dos clases de 6111, lo que
garantiza una alta resistencia a la indentación de la pieza
acabada.
También se evaluó, en chapas de 1 mm de espesor,
el comportamiento al engaste, en el sentido paralelo al laminado y
en el sentido perpendicular, la resistencia a la corrosión
filiforme después de la fosfatación, cataforesis y pintura, así
como la aparición o no de escamas o filamentos durante el corte o
el desbarbado después de la embutición.
El ensayo de engaste se hace en 3 operaciones:
curvatura de los bordes 90ºC, preengaste a 45º y engaste en plano
en una chapa interior de 0,7 mm de espesor. Los bordes engastados
se clasifican después mediante inspección visual, tal como se
indica en el artículo de D. Daniel et al. en IBEC 99.
La resistencia a la corrosión filiforme se
evalúa según la norma EN 3665, con muestras de 150 x 60 x 1 mm
pintadas y rayadas. El procedimiento de ensayo comprende una
activación de la corrosión por vapor de HC1 durante 1 h y después
una exposición en cámara húmeda a los 40ºC durante 1000 h. Se mide
la longitud máxima de
los filamentos de corrosión, con un promedio de 3 probetas por caso, con la siguiente clasificación: < 2 mm: bueno
los filamentos de corrosión, con un promedio de 3 probetas por caso, con la siguiente clasificación: < 2 mm: bueno
\hskip0.3cm2-5 mm: medio
\hskip0.3cm> 5 mm: malo.
El ensayo de corte se describe en el artículo de
D. Daniel et al. en IBEC 99 arriba mencionado. El juego era
de un 10 del espesor y el ángulo de corte de 0º. En el cuadro 3 se
recopilan los resultados:
\vskip1.000000\baselineskip
Se observa que la muestra I presenta un
comportamiento satisfactorio en lo que se refiere a estos
diferentes criterios, lo que permite realizar piezas de carrocería
que presentan un aspecto irreprochable.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
2
Se fabricaron paneles de aleación de aluminio
cuya composición se indica en el cuadro 4, con una gama de
fabricación análoga a la del ejemplo 1, que comprendían o no un
revenido previo y un tratamiento térmico después de la conformación
y antes del acoplamiento, tal como se indica también en el cuadro
4. Los paneles eran de 1,6 m x 0,9 m.
\vskip1.000000\baselineskip
Para cada aleación se probaron tres paneles con
distintas geometrías que comprendían cada uno nervaduras obtenidas
por plegado y paralelas al pequeño lado del rectángulo.
Estos paneles se remacharon en marcos
rectangulares de acero para simular el caso de chapas de piel de
aleación de aluminio en una estructura de acero de un vehículo.
El acoplamiento se efectúa por remache con un
paso de 50 mm en los lados largos de los rectángulos. Después de
un tratamiento térmico de 20 min. a los 160ºC que simulaba el
cocido de la cataforesis, se observaron las deformaciones
residuales de los paneles. También se midieron las características
mecánicas (resistencia a la ruptura R_{m} y límite de elasticidad
R_{0,2} (en MPa) de los paneles a temperatura ambiente y a la
temperatura de cocido de 160ºC, con una velocidad de elevación de
temperatura de unos 20ºC/min. En el cuadro 5 se indican los
resultados.
Se observa que la aleación según la invención
permite disminuir las deformaciones residuales después del cocido.
Los resultados de las aleaciones se correlacionan bien con el
límite de elasticidad a la temperatura de cocido. Por último un
tratamiento térmico antes del acoplamiento y la adición de
nervaduras son beneficiosos para reducir las deformaciones.
Ejemplo
3
Se evaluó la resistencia a la indentación
dinámica de una chapa de 1 mm de espesor elaborada con una gama de
fabricación del tipo de la del ejemplo 1, que comprendía un
revenido previo durante un tiempo equivalente a las 5 h y un
tratamiento térmico de 20 min. a diferentes temperaturas que
simulaba un cocido de las pinturas, de aleación según la invención
y de aleación 6016 DR100, en comparación con la de una chapa de
acero con un límite de elasticidad de 290 MPa después del cocido de
las pinturas, de 0,7 mm de espesor. Este valor de 290 MPa después
del cocido para el límite de elasticidad de una chapa de acero de
carrocería corresponde aproximadamente al promedio de los límites
de elasticidad de las chapas de acero utilizadas para las pieles de
carrocería de los coches europeos recientes más corrientes. Un
espesor de 1 mm para una chapa de aluminio representa un
alargamiento de aproximadamente un 50% con respecto a una chapa de
acero de 0,7 mm de espesor.
El dispositivo utilizado para el ensayo de
indentación comprende un indentador de 15 mm de diámetro y de 138 g
de peso, soltado a 1 m de alto, a una velocidad de unos 16 km/h, en
la muestra de chapa sujetada entre dos placas de acero. Se mide la
profundidad de indentación permanente (en mm). En el cuadro 6 se
indican los resultados.
Se observa que para una temperatura de cocido de
las pinturas de 185ºC, la chapa de 1 mm de espesor según la
invención presenta la misma resistencia a la indentación que la
chapa de acero de 0,7 mm. Para la aleación DR100, esto sólo es
verdad para una temperatura de cocido de las pinturas de 205ºC, más
elevada que las temperaturas habitualmente utilizadas por los
constructores automóviles. Una aleación más resistente tal como la
6111 aumentaría la resistencia a la indentación más allá de las
necesidades del mercado pero en detrimento de la formabilidad, en
particular durante el engaste.
Claims (14)
1. Chapa para pieza de piel de carrocería de
coche, con un espesor comprendido entre 0,8 y 1,2 mm y la siguiente
composición (% en peso):
otros elementos < 0,05 cada uno y < 0,15
en total, resto aluminio,
que presenta tras disolución, temple, revenido
previo o reversión y maduración a temperatura ambiente comprendida
entre 3 semanas y 6 meses, un límite de elasticidad R_{0,2} en el
sentido L inferior a los 160 MPa.
2. Chapa según la reivindicación 1, que presenta
tras disolución, temple, revenido previo o reversión y maduración
a temperatura ambiente comprendida entre 3 semanas y 6 meses, un
límite de elasticidad R_{0,2} en el sentido L inferior a los 150
MPa.
3. Chapa según una de las reivindicaciones 1 o
2, caracterizada porque la disolución se hace de suerte que
el área de cresta, en el campo 565-580ºC de un
diagrama de análisis entálpico diferencial, sea de menos de 1 J/g,
efectuándose el ensayo con una velocidad de elevación de
temperatura de 20ºC/min.
4. Chapa según una de las reivindicaciones 1 a
3, caracterizada porque el revenido previo se hace a una
temperatura y con una duración tales que el tiempo equivalente
t_{eq} definido por la relación:
t(eq)=
\frac{\int
exp(-6000/T)dt}{exp(-6000/T_{ref})}
donde T y t son la temperatura en
ºK y la duración del revenido previo, y T_{ref} = 373ºK, está
comprendido entre 1 y 10
h.
5. Chapa según la reivindicación 4,
caracterizada porque t_{eq} está comprendido entre 3 h y 6
h.
6. Chapa según una de las reivindicaciones 1 a 5
que presenta una anisotropía de formabilidad LDH_{0} entre el
sentido de laminado y el sentido perpendicular inferior a 1 mm.
7. Chapa según la reivindicación 6, que presenta
una anisotropía de formabilidad LDH_{0} entre el sentido de
laminado y el sentido perpendicular inferior a 0,6 mm.
8. Chapa según una de las reivindicaciones 1 a
7, caracterizada porque presenta un límite de elasticidad
medido a los 160ºC superior a los 140 MPa.
9. Chapa según una de las reivindicaciones 1 a
8, que presenta un tamaño de grano < 50 \mum.
10. Chapa según una de las reivindicaciones 1 a
9, que presenta una superficie texturizada.
11. Chapa según una de las reivindicaciones 1 a
10 cubierta de un lubricante seco.
12. Pieza de piel de carrocería realizada a
partir de una chapa según una de las reivindicaciones 1 a 11, que
presenta en estado disuelto, templado, madurado, embutido y
revenido por cocido de pintura, un límite de elasticidad R_{0,2}
(sentido L o TL) > 180 MPa.
13. Pieza de piel de carrocería según la
reivindicación 12, que presenta en estado disuelto, templado,
madurado y revenido por cocido de pintura, un límite de elasticidad
R_{0,2} (sentido L o TL) > 200 MPa.
14. Pieza de piel de carrocería realizada a
partir de una chapa según una de las reivindicaciones 1 a 11,
caracterizada porque se ensambla con una estructura de acero
antes del tratamiento de cocido de las pinturas.
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