MATERIALS METÀL·LICS UTILITZATS EN CARROSSERIES

L'evolució de la tecnologia ens ofereix una diversitat de materials que han entrat en les estructures de les carrosseries. En els darrers 15 anys aproximadament un 60% d'aquests materials no existien o no s'aplicaven en automoció, ja sigui pel seu cost de fabricació o manca de necessitat.

La seguretat activa, que cerca minimitzar els danys als ocupants en cas d'impacte i els intents en reducció de pes de les carrosseries, han donat lloc a nous materials que, entre els més importants, són;

-Materials no fèrrics (plàstics, fibres,vidres...)(veure materials plàstics)

-Acers HSS (acers d'alt límit elàstic)

Tots aquests materials s'han anat incorporant tenint en compte que no han de minvar (si no tot el contrari) la resistència estructural de la carrosseria, protegint especialment l'habitacle.

Al paràgrafs anteriors s'ha dit que s'intenta reduir el pes ja que realment no ha fet més que incrementar-se degut a que els vehicles cada vegada van més equipats (aire condicionat, insonoritzant, equipaments elèctrics i electrònics,...) sumat a un augment generalitzat en el tamany dels vehicles.

És actualment és quan s'està aconseguint realment disminuir el pes de les carrosseries de forma efectiva, reduint així mateix el consum i les emissions,

MATERIALS METÀL·LICS

Els materials metàl·lics segueixen sent els més utilitzats degut a que la industria i treballadors estan preparats per a treballar-los, són relativament barats, permeten ser conformats i se'n poden obtindre aliatges, en combinació amb altres materials, per aconseguir millorar les seves propietats.

De materials metàl·lics en tenim dos grups;

-Metalls fèrrics;

Com a materials fèrrics tenim el ferro i els seus derivats. El ferro s'obté en forns (al nord de la península és un dels motors industrials) a partir de minerals. Segons el procés d'obtenció i la seva estructura cristallina tendrem,

• Ferro alfa; obtingut a temperatures inferiors a 768ºC.
• Ferro betta; obtingut a temperatures de entre 768ºC i 900ºC.
• Ferro gamma; obtingut a temperatures de entre 910ºC i 1400ºC
• Ferro delta: obtingut a més de 1400ºC.

Acers;Són aleacions de ferro-carboni que segons la seva proporció tendran diferents propietats. Són els que s'utilitzen en la fabricació de carrosseries i en la indústria metal·lúrgica en general i arriben a les fàbriques en forma de perfils i làmines enrotllades. Els acers tenen un contingut en carboni que va desde 0,02% a 1,76% en pes total del material. A partir de 1,76% es consideren fundicions i no poden ser treballades en forja, han de ser moldejades.

• Acer convencional,suau o dolç; tenen un percentatge de 0,15% de carboni i bona ductilitat i conformat. Permet ser soldat en facilitat
• Acer dur;Tenen un major contingut en carboni (fins al 0,6%). Són més durs, a la vegada que més fràgils.
• Acers d'alt límit elàstic (alta resistència i baix aliatge); Milloren les propietats inicials de duresa del acer mantenint l'elasticitat. Tenen baix contingut en carboni (-0.2%) i micro aliatges amb diferents materials i tractaments, utilitzant bor, magnesi, niobdi,alumini, fòsfor,.. Són els que han entrat als darrers 15 anys en molta força en el sector automobilístic, permetent reforçar de forma molt notable punts clau de seguretat estructural de les carrosseries (marcs de vidres, reforç de sostre, pilars, estriberes). La seva resistència es determina en N/mm² o MPa (són equivalents).

Aquests acers són els que es relacionen a la següent taula (carrosseria Volvo de l'anterior figura).

TIPUS D'ACER	LÍMIT ELÀSTIC	TIPUS ACER	PROCÉS D'OBTENCIÓ
Acer convencional	< 220N/mm²
Acer d'alt límit elàstic, alta resistència	> 220N/mm² < 450N/mm²	-Bake Handering -Micro aleacions -Refosforat	.Bake Handering -Afí de gra i precipitació -Solucions sòlides
Acers d'alt límit elàstic i molt alta resistència	> 450N/mm² < 800N/mm²	-Doble fase (DP) -Plasticitat induïda (TRIP) -Fase complexa	-FASES DURES
Acers d'ultra alta resistència	> 800N/mm²	-Acers martensítics -Acers al bor	-FASES DURES
Alumini (es veurà més endavant)	≤ 55N/mm²

Més informació sobre aquest apartat 

http://www.elchapista.com/aceros_de_alta_resistencia.html

-Metalls no fèrrics lleugers.

1-Alumini; Material bastant utilitzat en llocs concrets (capós, travesses de paraxocs...) i en alguns casos forma la carrosseria al complet (Audi A2,A8,.),entre d'altres. 

Els avantatges de l'alumini són;

• baixa densitat que permet rebaixar notablement el pes de la carrosseria mantinguent una resistència estructural adequada.
• bona conductivitat tèrmica i elèctrica.
• bones propietats anticorrosives.

Com a inconvenients tenim;

• Major cost de fabricació.
• Eines i tècniques específiques per a la reparació, que requereixen maquinària adequada i formació dels operaris.

Carrosseria Audi A8 2013

2-Magnesi;

S'obté per procés d'electròlisi i té un color blanc i brillant quan és polit. Molt bon conductor tèrmic i elèctric, amb bones propietats anticorrosives. Es sol activar o fer aliatge amb alumini o amb acer per obtindre alt límit elàstic i resistència.També s'utilitza com a travessa inferior del vidre en algun model de vehicle.

-Metalls no fèrrics pesats;

1-Coure i aleacions; 

S'utilitza per a components elèctrics,instal·lacions elèctriques i antigament també per a radiadors. El seu preu s'ha disparat motiu pel qual es veu substituït en moltes ocasions per l'alumini o es combina amb ell en forma d'aleació.

Té molt bona conductivitat elèctrica i molt bones propietats anticorrosives. 

Llautó; És una aleació de Coure (Cu) més zinc (Zn). Millora la resistencia al desgast i resistència mecànica.

Bronze; ës una aleació de Coure amb estany i millora la resistència al desgast.

Els metalls anomenats anteriorment, en la fabricació de carrosseries, s'utilitza com a recobriment del fil de la soldadura Mig-Mag (coure) i com a material d'aleació.

2-Altres metalls fèrrics pesats;

-Titani; és similar al acer però molt més estable tèrmicament i amb menor pes.És molt car. S'utilitza en aleacions.Hèlices d'avió. 

-Molibdé; té propietats autolibricants i s'utilitza , per exemple, com a recobriment interior dels motors wankel,aleacions.

-Níquel, Crom, Zinc; utilitzats com a aditius o aleacions amb molt bones propietats anticorrosives i de resistència

-Tungstè; S'utilitza sobretot com a elèctrode no consumible en la soldadura TIG (molt residual en automoció però no així en nàutica, sent molt apte per a soldar acers inoxidables. Es caracteritza per tenir un punt de fusió molt elevat motiu pel qual és utilitzat com a filament de les bombetes incandescents.

PROPIETATS DELS METALLS

Els metalls, en general , es caracteritzen per;

• Duresa; resistència a ser ratllat o foradat
• Tenacitat; resistència a la ruptura davant esforços d'aplicació progressiva
• Resistència; a la ruptura davant talls o cops (acer, titani,...)
• Mal·leabilitat; un material és mal·leable quan presenta facilitat per ser reduït en capes més fines, mantenint les seves propietats.
• Elasticitat; capacitat de deformar-se i tornar a la seva posició inicial
• Conductivitat; capacitat per a conduir el corrent elèctric, de fet, la carrosseria s'utilitza per a conduir el pol negatiu de la bateria.
• Conductivitat tèrmica; capacitat per a absorbir i dissipar el calor. 
• Dilatació; capacitat d'estirar-se i encollir per efecte de la variació de temperatura.

ASSATJOS

S'utilitzen per a determinar les propietats mecàniques dels metalls.

1-Assaig de tracció.

Consisteix en estirar el metall fins arribar al seu punt de ruptura.

En aquests assajos es determina;

-Resistència a la tracció.

-Límit elàstic.

-Longitud inical/longitud final.

-Tensió de ruptura.

2-Assaig de compressió

És el contrari que la tracció, en lloc d'estirar el material es comprimirà fins aconseguir la ruptura o aplastament.

En aquests assajos es determina;

-Resistència a la compressió.

-Longitus inical/longitud final.

-Tensió de ruptura.

3-Assaig de duresa;

Depenent del tipus de material obtindrem un o altre resultat. Per exemple, l'acer i el titani són més durs que l'alumini.

En aquests assatjos es determina;

-Penetració.

-Retxat.

Els mètodes utilitzats són;

-Mètode Mohs, (veure vídeo)

-Martens.

-Rockwell.

-Shore,...

-Altres.

TRACTAMENTS TÈRMICS

Els tractaments tèrmics tenen per objecte canviar les propietats del materials o tronar-los les seves inicials.

-Templ;

consisteix en augmentar la duresa a costa de la fragilitat. S'encalenteix el material fins al punt crític i es refredat ràpidament.

-Revingut;

Sol ser un tractament tèrmic posterior al templ i permet mantenir la duresa i disminuir la fragilitat. S'encalenteix sota el punt crític i es deixa refredar lentament.

-Recuit;

S'encalenteix lentament i es refreda lentament. Hi han varies versions depenent de les temperatures utilitzades. Allibera tensions en el material.

-Normalitzat;

Torna al material les seves propietats inicials. S'encalenteix sobre el punt crític i es deixa refredar en repòs.

TRACTAMENTS TERMOQUÍMICS O SUPERFICIALS

ANTICORROSIUS	-Galvanitzat per immersió -Electrozincat (pur o amb níquel) -Dummed (zinc,níquel,crom)	RECOBRIMENTS DE ZINC
PER MILLORAR LA DURESA	-Cimentació (s'afegeix carboni durant el tremp) -Carbonitruració (carboni + nitrogen durant el tremp) -Nitruració (sofre a la superficie)	ADDICIÓ DE MATERIALS
MILLOREN L'ELASTICITAT I RESISTÈNCIA	-Acers AHSS	Explicats anteriorment
També existeixen tractaments mecànics que, mitjançant la producció de deformacions, milloren la resistència del material.Es poden conformar en fred o en calent (forja)

CARROSSERIES HÍBRIDES

Amb la utilització de materials de diversa naturalesa s'aconsegueix una resistència adequada i la possibilitat de reduir pes, cosa que no s'havia aconseguit fins als darrers anys.Això fa que els processos d'unió hagin de variar, utilitzant tornilleria especial, adhesius estructurals, reblons especials. Són ,ja,les carrosseries actuals.

Fonts d'informació i bibliografia;

CENTRO ZARAGOZA

PUBLICACIONES DIDÁCTICAS

CARROSSERIES HÍBRIDES (CESVIMAP)
PLAFESA
CARROSSRIES AVANÇADES (fundación mapfre)