Aleaciones no ferreas utilizadas en el automóvil

ALEACIONES EN EL AUTOMÓVIL

DEFINICIONES:

Se conoce como aleación, a la adición de elementos, tanto metálicos como no metálicos, a un metal base con el fin de mejorar sus propiedades en el aspecto deseado.

Ø  Aleación de titanio: Tiene alta resistencia a la corrosión, ligero y gran resistencia mecánica, pero es mucho más costoso que el acero.

Ø  Aleación de cromo: El acero inoxidable es aquel que contiene más de un 12% en cromo, aunque las propiedades antioxidantes del cromo empiezan a notarse a partir del 5% de concentración.

Ø  Aleación de magnesio: Alta resistencia mecánica, alta resistencia a la corrosión, especialmente al agua del mar y muy buena soldabilidad. El metal se adiciona para eliminar el azufre del acero y el hierro.

Ø  Aleación de magnesio silicio: Buena resistencia mecánica, alta resistencia a la corrosión, buena maquinabilidad y buena soldabilidad.

Ø  Aleación de níquel-latón: Se logra mezclando níquel y latón (75% cobre 25% zinc). El resultado de esta mezcla es un metal duro e inoxidable, el color de este metal es similar al del latón ya que es de un color dorado un poco más claro que el del metal anteriormente mencionado.

Ø  Aleación de Cuproníquel-cinc: La graduación de Cobre generalmente es del 62% o del 70%, la del Níquel varía del 8% al 20%, y finalmente la del Zinc que suele alternarse entre el 17% o 20%.

Ø  Aleación de cobre: Alta resistencia mecánica, alta resistencia a la corrosión y buena maleabilidad.

Ø  Aleación de aluminio puro: Alta resistencia a la corrosión, no toxico, excelente acabado, excelente maleabilidad, alta conductividad eléctrica y térmica, y excelente reflectividad.

Ø  Aleación de manganeso: Alta resistencia mecánica, alta resistencia a la corrosión y buena maleabilidad.

Ø  Aleación de silicio: Alta resistencia al calor.

Ø  Aleación de cinc: Alta resistencia mecánica y buena maquinabilidad.

Metales no férricos:

-         Pesados: Cobre y bronce, plomo, estaño, cinc, níquel, cromo, mercurio, volframio.

-         Ligeros: Aluminio y titanio.

-         Ultraligeros: Magnesio.

Introducción

En el presente trabajo se da a conocer las aleaciones más conocidas en la actualidad así como también, sus aplicaciones en el área automotriz.

Las aleaciones ferrosas tienen al hierro como su principal metal de aleación, mientras que las aleaciones no ferrosas tienen un metal distinto del hierro, el aluminio.

Las aleaciones de aluminio son las más importantes entre las no ferrosas principalmente por su ligereza, endurecimiento por deformación, resistencia a la corrosión y su precio relativamente bajo.

El cobre no aleado se usa en abundancia por su conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión, buen procesado y costo relativamente bajo, el cobre se alea con el cinc para formar unas serie de latones que tienen mayor resistencia que el cobre sin alear. Los aceros inoxidables son las aleaciones ferrosas más importantes a causa de su alta resistencia a la corrosión en medios oxidantes, para ser un acero inoxidable debe contener al menos 12% de cromo.

Las aleaciones de metales no ferrosas son más utilizadas debido a su alta resistencia a la oxidación y las férreas se utilizan por su resistencia a soportar grandes pesos.

Casi todos los tratamientos térmicos de un acero tienen como fin originar una mezcla ferrita y de cementita.

Existen tratamientos térmicos simples y son:

·         Recocido intermedio

·         Recocido normalizado

·         Esferoidización

Los tratamientos térmicos isotérmicos son:

·         Revenido en la fase austenítica y recocido isotérmico

·         Efecto del carbono sobre el diagrama TTT:

“Es importante mencionar que el diagrama TTT describe la transformación austenita-perlita a una temperatura constante.”

·         Interrupción de la transformación isotérmica: Al interrumpir el tratamiento térmico isotérmico se crean microestructuras complicadas como: alguna que tendrá perlita, ferrita, bainita y martensita.

Tratamientos térmicos de templado y revenido.

·         Austenita retenida

·         Esfuerzos residuales y agrietamientos

·         Rapidez de templado

Efectos de los elementos de aleación.

·         Templabilidad

“El diagrama TEC describe como se transforma la austenita durante el enfriamiento.”

Aceros especiales.

·         Aceros para herramientas:

·         Aceros de fase dual

Tratamientos de superficies.

·         Calentamiento selectivo de la superficie

·         Carburizado y nitruración: Soldabilidad del acero

Aceros inoxidables

-        Aceros inoxidables ferríticos: Tienen buena resistencia mecánica, tienen estructura CC, ductilidad moderada, son resistentes a la corrosión, conformabilidad aceptable.

-        Aceros inoxidables Martensíticos: Bajas en cromo, esto permite que varíe el nivel de carbono, lo que produce martensita con diferentes durezas. Al combinar dureza, resistencia mecánica y resistencia a la corrosión, genera un material de muy alta calidad.

-        Aceros inoxidables austeníticos: La austenita tiene como estabilizador al níquel, este hace que crezca el tamaño del campo de austenita y casi elimina la ferrita, prácticamente todo es de austenita. Tienen buena ductilidad, conformabilidad y resistencia a la corrosión. No son ferromagnéticos.

-        Aceros inoxidables endurecidos por precipitación (PH): Por el calentado y templado se obtienen buenas propiedades mecánicas con bajos contenidos de carbono. Le deben sus propiedades al endurecimiento por solución sólida, por envejecimiento, etc.

-        Aceros inoxidables dúplex: En su estructura tiene mezclas de fases, se obtienen con un control justo de la composición y el tratamiento térmico con la mitad de ferrita y austenita. Sus propiedades son: resistencia a la corrosión, conformabilidad y soldabilidad.

Transformaciones de fase en los hierros fundidos

o        Fundición gris

o        Fundición blanca

o        Fundición maleable

o        Fundición dúctil o esferoidal

o        Fundición de grafito compacto

Si se produce un hierro fundido utilizando solo aleaciones H-C esta reacción produce hierro fundido blanco.

Cuando ocurre la reacción eutética estable L y + Grafito A 1146°C se forma la fundición gris, la dúctil o de grafito.

Aleaciones ferrosas

ALEACIONES DE ACEROS- CROMO- NÍQUEL

AUTOMOTRIZ

Descripción: se utiliza en bujes de baleros para cremalleras, cajas de velocidades, etc.

Propiedades: es un acero no muy duro, es elástico, inoxidable y tiene un 8% de níquel y un 18% de cromo y una resistencia a altas temperaturas

ALEACIONES DE ACEROS AL CROMO

AUTOMOTRIZ

Descripción: se utiliza en cigüeñales en engranajes como también

Propiedades: contienen de un 10 a un 20% de cromo confiere una considerable dureza y una mayor resistencia a la corrosión.

ALEACIÓN DE ACERO-NÍQUEL

AUTOMOTRIZ

Descripción: se utiliza en la fabricación de bujías para motores gasolina.

Propiedades: contiene de un 5 a un 15% de níquel, son sumamente elásticos y resistentes a los agentes atmosféricos.

ALEACIONES NO FERROSAS

DURALUMINIO

AUTOMOTRIZ

Descripción: se utiliza en la fabricación de amortiguadores

Propiedades: son un conjunto de aleaciones de forja de aluminio, cobre (0,45%-1,5%) y magnesio (0,45%-1,5%) así como manganeso (0,6%-0,8%) y silicio (0,5%-0,8%) como elementos secundarios.

LATON

AUTOMOTRIZ

Descripción: se utiliza en la fabricación de electroválvulas

Propiedades: son aleaciones de cobre y zinc con porcentajes de éste último entre el 3 y el 45%. Ocasionalmente se añaden pequeñas cantidades de otros elementos (Al Sn, Pb o As) para potenciar alguna de las características de la aleación.

CARBURO DE TITANIO

AUTOMOTRIZ

Descripción: se utiliza para la fabricación de engranajes, ejes y piñones.

Propiedades: (Ti C), es un sólido cristalino, negro, brillante, muy duro que conduce la corriente eléctrica y es estable frente a los ácidos.

Aportaciones de los elementos aleantes

Los principales elementos aleantes del aluminio son los siguientes y se enumeran las ventajas que proporcionan.

Ø  Cromo (Cr) Aumenta la resistencia mecánica cuando está combinado con otros elementos Cu, Mn, Mg.

Ø  Cobre (Cu) Incrementa las propiedades mecánicas pero reduce la resistencia a la corrosión.

Ø  Hierro (Fe). Aumenta la resistencia mecánica.

Ø  Magnesio (Mg) Tiene una gran resistencia tras el conformado en frío.

Ø  Manganeso (Mn) Incrementa las propiedades mecánicas y reduce la calidad de embutición.

Ø  Silicio (Si) Combinado con magnesio (Mg), tiene mayor resistencia mecánica.

Ø  Titanio (Ti) Aumenta la resistencia mecánica.

Ø  Zinc (Zn) Reduce la resistencia a la corrosión.

Ø  Escandio (Sc) Mejora la soldadura.

Practica nº 19 Soldar a tope TIG

PRACTICA Nº4

Soldadura a tope TIG

·         Croquis del tipo de unión con cotas reales.

 

·         A continuación la forma de unión de las chapas.

·         Unión de ambas chapas.

 

 

Se puede comprobar la diferencia entre ambas chapas, la primera es de 1mm y la segunda de 3mm.

·         Descripción  y desarrollo de la práctica recogiendo los distintos procesos y parámetros.

Conocer que es la soldadura TIG:

La soldadura TIG (Tungsten Inert Gas), se caracteriza por el empleo de un electrodo permanente de tungsteno, aleado a veces con torio o zirconio en porcentajes no superiores a un 2%. Dada la elevada resistencia a la temperatura del tungsteno (funde a 3410 °C), acompañada de la protección del gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Los gases más utilizados para la protección del arco en esta soldadura son el argón y el helio, o mezclas de ambos.

 

En primer lugar, comenzamos seleccionando la chapa que vamos a utilizar, en este caso cogeremos una chapa  de grosor de 3 mm y de 1mm.

Una vez escogida la chapa, tomamos medidas con un lápiz de punta gorda sobre la chapa, controlando que el rectángulo sea exacto 100x50.

Cuando hemos marcado la zona a cortar, procederemos a cortar la chapa utilizando la sierra de mano ó rotaflex con disco fino, debido al grosor de la chapa no podemos utilizar la cizalla como en las prácticas de soldaduras anteriores.

Teniendo las chapas en nuestro poder, confirmaremos las medidas, limaremos las partes que veamos con rebarbas y que sean lo más iguales posibles. Debemos estar seguros de que las chapas son planas y no describen curvaturas, para un buen acabado de la soldadura.

Estando las chapas correctas, el siguiente paso será colocar la maquina y probar intensidades y corrientes para ajustarla.

Una vez que las chapas y la maquina están ajustadas y listas, procederemos a soldarlas en la TIG.  Debemos saber que la TIG es una maquina que transmite mucho calor y es capaz de fundir el metal, por lo tanto necesitaremos separar las chapas a la mitad del grosor de las mismas.

Pasos a seguir:

1.       Sujetar las chapas con presillas y dedicar el tiempo necesario a su buena sujeción y sobretodo colocación.

2.       Separación de las chapas a la mitad del grosor de las mismas.

3.       Conectar la maquina, abrir bombona y presión adecuada.

4.       Ponerse los epis; gafas, mascara protectora, guantes y el mono para no quemarse el buzo.

5.       Una vez listo todo y bien colocadas las chapas procederemos a su unión por fundición de las propias chapas uniéndose con su propio material, sin aporte.

6.       La distancia de la TIG es muy pequeña casi rozando, llevando la gota muy despacio, hacia el hueco entre las dos chapas para que caiga el metal fundido.

 Por último, ver el resultado de las uniones, si las chapas estaban en buen estado, el gas salió correctamente y la punta de electrodo de tungsteno está bien afilada será una buena práctica.

·         Comparación de los procesos y los parámetros utilizados.

Los procesos utilizados son los descritos anteriormente;

-        Escoger las chapas y en mi caso tome trozos reciclados.

-        Toma de medidas.

-        Cortar chapa con sierra de mano o rotaflex.

-        Colocar chapas con las presillas.

-        Ajustar la maquina haciendo pruebas.

-        Soldar chapas.

 

·         Dificultades encontradas.

La mayor dificultad que tiene la soldadura TIG es la gran paciencia que se debe tener, puesto que la gota hay que llevarla de una chapa a otra con mucha calma y calentando bien las chapas.

Fue más difícil controlar la gota en las chapas de 1mm puesto que al ser más finas tiene la posibilidad de hacer agujeros.

·         Conclusiones personales.

La maquina TIG es una soldadura sufrida pero que los resultados de la unión son extraordinarios, ya que la unión es sin aporte, usando solo las chapas mismas y fundiendo los bordes de ambas para unirlas en 1 sola chapa muy plástica.

·         Riesgos asociados a la práctica asi como medidas de seguridad adoptadas y equipos de protección utilizados.

Riesgos asociados:

-        Cortes por mala manipulación de maquinaria ejemplo; sierra de mano o rotaflex.

-        Destrozos de chapas por mal uso de la rotaflex.

-        Los ojos sufren bastante debido a la gran exposición de calor que desprende la maquina.

Equipos y medidas de seguridad:

-        Casco o mascara protectora

-        Gafas

-        Guantes

-        Distancias de seguridad con las herramientas de corte

-        El acceso a la zona de trabajo de la máquina debe poseer dispositivos de apagado de la máquina en caso de acceso no autorizado.

-        Petos

-        Botas de seguridad

Fecha de inicio: 8/10/2012                       Fecha de finalización: 9/11/2012

Tiempo estimado: 6 horas                           Tiempo real: 6horas

Conformados de los metales

METAL FORMING

 

 1. Introduction to metal forming

Because metals must be formed in the plastic behavior is necessary to overcome the yield strength so that the deformation is permanent. Por lo cual, el material es sometido a esfuerzos superiores a sus límites elásticos, estos límites se elevan consumiendo así la ductilidad. Therefore, the material is subjected to stresses above its elastic limits; these limits are raised consuming and ductility.

In the metal forming should take into account certain properties, such as low yield strength and high ductility. These properties are influenced by temperature: when the temperature increases, the yield stress decreases and increases ductility.

There is a large group for this manufacturing process in which the tools, usually a given conformation, exert forces on the workpiece to force them to take the form of the given geometry.

Below is the kind of distinctions to consider when studying metal forming processes:

-          Cold Working

Refers to work at room temperature or lower. This work effort occurs when applying a higher yield strength than the original metal, while producing a deformation.

The main advantages of cold work are: better accuracy, lower tolerances, better surface finishes, chances of obtaining desired directional properties in the final product and party harder.

However, cold working has some disadvantages in that it requires greater strength because the metal increases strength due to work hardening, causing the effort required to continue the deformation increases and counteracts the increase of the resistance reduction ductility and increased tensile strength limit the amount of operations that may be formed to make the parts.

-          Hot Working

Is defined as the plastic deformation of the metallic material to a temperature higher than the recrystallization. The major advantage of hot work is to obtain a nearly unlimited plastic deformation, which is also suitable for casting large parts because the metal has a low yield strength and high ductility.

Proceeds from hot work are major changes to the shape of the workpiece, lower forces and efforts required to deform the material, choice of working with metals that fracture when cold worked, usually isotropic strength properties and finally, do not occur due to hardening of parts work processes.

However, the tolerances and surface finish are usually lower compared to cold working parts are worked anisotropic behavior. Likewise, it is more difficult to register the control of dimensional accuracy due to a combination of elastic deformation and thermal shrinkage of the metal, whereby the design of the piece is necessary to consider a larger dimension to start an operation.

In practice, the hot work is performed from slightly higher temperatures 0.5Tm (half the melting temperature). The deformation process itself generates heat that increases temperatures in localized areas of the parts, which can cause undesirable merging of these regions.

2. Forming operations or preformed sheet metal

The sheet forming processes are operations performed on sheets, strips and rolls, conducted at room temperature with punches and dies systems. Some of them are: cutting, folding and stuffing.

2.1 Court Operations:

Cizallado Shearing

Sheet cutting operation which consists in reducing the sheet to a smaller size. To make the metal is subjected to two cutting edges

Die

In the die cut sheets by subjecting them to shear forces, developed between a punch and a die, shearing and differs from the latter only decreases the sheet size without giving any way.

 

The finished product of the film can be die punched or cut pieces.

The parameters taken into account in the die are form and materials of the punch and the matrix, the speed and force for punching, lubrication, material thickness and the clearance or gap between the punch and die. The determination of the light will influence the shape and quality of the cut edge. The more light there is, the cut edge will be rough and cause a larger zone of deformation in which the cure will be higher.

 

The burr height increases with increasing light... The edges of blunt tools also contribute to the formation of burrs, which decreases when the speed of the punch increases.

In some operations of punching the perforated sheet tends to accumulate between the straight portion of the matrix, packaging exerting a force that opposes the force of punching. Therefore, the cutting force should increase as more operations are performed.

2.2 Bending:

The bending deformation of metal sheet is about a certain angle. Angles can be classified as open (if you are above 90 degrees), closed (less than 90 °) or straight. During operation, the outer fibers of the material are in tension, while the interiors are in compression. The bend produces no significant changes in the thickness of the metal sheet.

There are different ways of folding, the most common are: two forms bending and folding sliding.

Doubled between forms

In this type of folding, the sheet metal is deformed between a V-shaped punch or other form and a die. It can bend with this punch from angles very obtuse to acute angles. This operation is used for operations generally low volume production.

 

Folding Sliding

In the folded slide plate to press the sheet metal as the matrix or punch while it exerts a force that bends around the edge of the die. This type of bending is limited to 90 ° angles.

When removing the bending force, the blade tries to regenerate thanks to elastic property called memory metals, restoration or recovery. This property is not only observed on plates and flat plates, but also on rods, wires and rods with any cross section.

Bending Punches

                         

The punches are distinguished by the following characteristics: bending radius and angle. The bending angle is measured between the two sides forming the edge of the core around which the sheets are folded and determines the bending radius of said chamfer edges.

Sausage:

The inlay consists of placing the metal sheet on a die and then pressing it into the cavity using a punch having the shape in which the sheet will be formed.

 

The number of drawung steps is dependent on the relationship existing between the disc and the magnitude of the dimensions of the drawn component, ease of drawing, the material and thickness of the chapa 1. That is, the more complicated forms and more depth is needed, more stages will be included in this process.

 

3. Volumetric deformation processes

The blocks forming processes causes deformations and drastic changes in material ways. The initial shapes of the pieces are in this case rectangular and cylindrical rods to deformation operations as rolling, forging, extrusion and drawing (drawing).

Deformation processes are performed in block cold working operations and heat. Cold working is done when there is a need to improve the mechanical properties or to achieve a good surface finish. Hot work is required when the volumetric strain involves large workpieces.

Laminate

The laminate is a process which reduces the thickness of a long piece through compressive forces exerted by a set of rollers that rotate pushing and pulling the workpiece between them.

 The laminate can be a result of the finished part (such as the foil used wrapping foods and cigarettes), and others, is the raw material of subsequent processes such as punching, bending and stamping.
 

Generally, the hot rolling is performed. This process begins with a continuous casting where the steel is reheated in a pit of thermal diffusion, then the steel passes through a series of rollers that grind the material (lamination process), and finally the film is stored on rolls.

 

 

Wrought

The floor was the first of the processes of direct compression type and is probably the oldest method of metal forming. Involves applying compressive stresses which exceed the yield strength of the metal.

In this forming process the material is compressed between two dice, to take the desired shape. There are three types of forging operation:

·         In the open die forging a material is compressed between two planes, allowing the material to flow without restriction is its sides.

·         Forging die in the printer, the die exerts a force on the understanding of the work piece surface, causing it to take the shape of the die. Although the restriction increases in metal, it may flow beyond this printer as causing excess material (flash).

·         In the die forging barbless completely restricts the material inside the cavity and there is no excess burrs.

Most operations are performed in hot forging, the deformation given demand in the process and the need to reduce drag and increase the ductility of the metal. However this process can be performed cold, the advantage is the greater strength of the component, resulting from strain hardening.

Extrusion
Extrusion is a process by which the compression work metal is forced to flow through a die opening to shape cross-section.

Examples of this process are hollow sections, as pipes, and a variety of shapes in cross section.

The Extrusion basically depend on the geometry and the material to be processed. There is a direct extrusion process, indirect extrusion, and in both cases the hot metal extrusion (high temperature).

In direct extrusion, is deposited in a container called a slug rough billet, which is compressed by a piston.

By being compressed, the material will be forced to flow through the other end into the shape having the given geometry.

 

Or conversely indirect extrusion die consists of a printer that is mounted directly on the piston.The pressure applied by the piston in the opposite direction to the flow of material. The billet is placed in the bottom of the given container.

In indirect extrusion, the billet does not move through the container, therefore, no friction on the walls thereof and the piston force is smaller than in the direct extrusion.