ES2350399T3 - Procedimiento de realización de una pieza con características mecánicas muy elevadas, conformación por embutición en frio, a partir de una cinta de chapa de acero laminada y particularmente laminada en caliente y revestida. - Google Patents

Procedimiento de realización de una pieza con características mecánicas muy elevadas, conformación por embutición en frio, a partir de una cinta de chapa de acero laminada y particularmente laminada en caliente y revestida. Download PDF

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Abstract

Procedimiento de realización de una pieza con características mecánicas muy elevadas, conformación por embutición, a partir de una cinta de chapa de acero laminada particularmente laminada en caliente, y revestida con zinc o una aleación a base de zinc que asegura una protección de la superficie y del acero, procedimiento en el cual: - se corta la chapa para la obtención de una porción de chapa, - se realiza una embutición en frío, a partir de la porción de chapa para obtener la pieza, - se realiza, después de la embutición, por tratamiento térmico, un compuesto aleado intermetálico, en superficie, asegurando una protección contra la corrosión, y contra la descarburación del acero, obteniéndose el indicado compuesto por transformación del revestimiento en una aleación intermetálica mediante una elevación de temperatura superior a los 700ºC, - se retira mediante corte, los excedentes de chapa necesarios para la operación de embutición.

Description

Procedimiento de realización de una pieza con características mecánicas muy elevadas, conformación por embutición en frío, a partir de una cinta de chapa de acero laminada y particularmente laminada en caliente y revestida.
La invención se refiere a un procedimiento de realización de una pieza con características mecánicas muy elevadas, conformación por embutición, a partir de una cinta de chapa de acero laminada y particularmente laminada en caliente y revestida con un metal o una aleación metálica que asegura una protección de la superficie y del acero.
Las chapas de acero que deben experimentar una formación a temperatura elevada y o un tratamiento térmico no son entregadas revestidas por consideraciones de comportamiento del revestimiento durante el tratamiento térmico, realizándose el tratamiento térmico de los aceros generalmente a temperaturas relativamente elevadas bastante superiores a los 700ºC. En efecto, un revestimiento de zinc depositado sobre una superficie metálica ha sido considerado hasta ahora como que puede fundirse, fluir, ensuciar los útiles de formación en caliente, durante el calentamiento, a temperaturas superiores a la temperatura de fusión del zinc, y degradarse en un enfriamiento rápido.
El revestimiento se realiza por consiguiente sobre pieza acabada lo cual necesita una limpieza cuidadosa de las superficies y de las partes huecas. Esta limpieza requiere la utilización de ácidos y o de bases cuyo reciclado y almacenado son una carga financiera importante y presentan riesgos para los operarios y para el medio ambiente. Además, el tratamiento térmico debe ser realizado bajo atmósfera controlada con el fin de evitar cualquier descarburación y oxidación del acero. Seguidamente, en el caso de la formación en caliente, la calamina, por su poder abrasivo, daña los útiles de conformación, lo cual disminuye la calidad de las piezas obtenidas desde el punto de vista dimensional y estético u obliga a frecuentes y costosas reparaciones de útiles. Por último, para aumentar su resistencia a la corrosión, las piezas así obtenidas deben recibir un post tratamiento costoso cuya aplicación resulta difícil, incluso imposible, en particular en el caso de piezas que comprenden cavidades. Los postrevestimientos de los aceros con características mecánicas muy elevadas tienen igualmente como inconveniente crear riesgos de fragilización por el hidrógeno en las técnicas de electro-zincado o modificar las propiedades mecánicas de estos aceros en técnicas de galvanización en el templado de las piezas previamente formadas.
El fin de la invención es proponer a los usuarios, chapas de acero laminadas de 0,2 mm a aproximadamente 4 mm de espesor, revestidas particularmente después del laminado en caliente, y que deben experimentar una conformación, en frío seguida de un tratamiento térmico, así como un procedimiento de realización de pieza por formación, a partir de estas chapas de acero revestidas, asegurándose la elevación de temperatura sin descarburación del acero de la chapa, sin oxidación de la superficie de la mencionada chapa, antes, durante y después del tratamiento térmico.
La invención tiene por objeto un procedimiento de realización de una pieza de características mecánicas muy elevadas, conformación por embutición, a partir de una cinta de chapa de acero laminada, particularmente laminada en caliente y revestida con zinc o una aleación a base de zinc asegurando una protección de la superficie y del acero, caracterizado porque:
-
se corta la chapa para la obtención de una porción de chapa,
-
se realiza una embutición en frío, a partir de la porción de chapa para obtener la pieza,
-
se realiza, después de la embutición, por tratamiento térmico un compuesto aleado intermetálico, en superficie, que asegura una protección contra la corrosión, y contra la descarburación del acero, obteniéndose el indicado compuesto por transformación del revestimiento en una aleación intermetálica por una elevación de temperatura superior a los 700ºC,
-
se retira mediante corte, los sobrantes de chapa necesarios para la operación de embutición.
Las demás características de la invención son:
-
el metal o la aleación metálica del revestimiento 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 chapa revestida se somete a una elevación de temperatura superior a los 700ºC antes del tratamiento térmico.
-
la pieza obtenida por embutición se enfría para experimentar un temple, a una velocidad superior a la velocidad crítica de temple.
La invención se refiere también a la utilización de una cinta de chapa de acero laminada y particularmente laminada en caliente y revestida con zinc o una aleación a base de zinc asegurando una protección de la superficie y del acero de la chapa en la conformación por embutición de piezas, presentando las piezas altas características mecánicas en dureza y altas características de dureza superficial así como un comportamiento muy bueno a la abrasión.
La descripción que sigue y las figuras adjuntas harán comprender mejor la invención.
La figura 1 es un esquema de principio de un procedimiento que no forma parte de la invención.
La figura 2 es un esquema de principio de una forma de la invención.
Las figuras 3a y 3b son fotografías, en sección, de una parte de pieza, que presenta un revestimiento de zinc realizado según el procedimiento de la figura 1, antes y después del tratamiento térmico.
Las figuras 4a y 4b son fotografías, en sección, de una parte de pieza, que presenta un revestimiento de zinc aluminio realizado según el procedimiento de la figura 1, antes y después del tratamiento térmico.
El procedimiento presentado en el esquema de la figura 1, consiste, a partir de una chapa de un acero para tratamiento térmico y o formación en caliente particularmente laminado en caliente y revestido con zinc o una aleación a base de zinc, en la realización de piezas conformadas en caliente por medio de un útil como una prensa de embutición.
El revestimiento de zinc o de aleación de zinc es elegido con el fin de generar una protección contra la corrosión de la chapa de base, en bobina.
Contrariamente a lo que se dice, en un tratamiento térmico o en una elevación de temperatura para la conformación en caliente, el revestimiento forma una capa que se alea con el acero de la cinta y presenta en ese momento un comportamiento mecánico que evita la fusión del metal de revestimiento. El compuesto formado presenta una gran resistencia a la corrosión, a la abrasión, al desgaste y a la fatiga. El revestimiento no modifica las propiedades de formabilidad del acero y permite así una gran variedad de conformación en frío y en caliente.
Además la utilización del zinc o de una aleación de zinc genera una protección galvánica de los bordes cuando la porción de chapa o la pieza presenta cortes.
Después del laminado en caliente, la cinta puede decaparse y laminarse en frío antes de ser revestida. En el caso en que la chapa sea laminada en frío, esta puede ser recocida antes de ser revestida.
Se puede revestir la chapa laminada, por ejemplo, con zinc, o aleaciones de zinc aluminio.
Como se ha representado en el esquema de la figura 2, la chapa es embutida en frío para la obtención de la pieza. La pieza obtenida se somete seguidamente a un tratamiento térmico para conferirle características mecánicas elevadas. Por ejemplo, un acero de base con una resistencia a la ruptura Rm de aproximadamente 500 MPa permitirá la obtención de piezas tratadas térmicamente presentando un acero con una resistencia Rm superior a 1500 MPa.
Para el tratamiento térmico de la pieza, la chapa se somete a una elevación de temperatura comprendida de preferencia entre los 700ºC y los 1200ºC en un horno que comprende una atmósfera que no necesita más control, debido a la barrera de oxidación formada por el revestimiento. Durante la elevación de la temperatura, el revestimiento a base de zinc se transforma en una capa aleada en la superficie que comprende diferentes fases que dependen del tratamiento en temperatura y que presentan una gran dureza que puede sobrepasar los 600 HV 100 g.
En el procedimiento de la invención, se pueden utilizar chapas cuyo espesor esté comprendido entre 0,2 mm y 4 mm, con buenas propiedades de conformación así como una buena resistencia a la corrosión.
Las chapas entregadas revestidas, presentan una resistencia importante a la corrosión durante las elevaciones de temperatura, la conformación, los tratamientos térmicos y en la utilización de las piezas formadas acabadas.
La presencia del revestimiento en tratamientos térmicos permite evitar además de la corrosión, la descarburación del acero de base. Además, el efecto de protección contra la descarburación de la aleación intermetálica permite el uso de horno a temperatura elevada sobrepasando los 900ºC con una atmósfera no controlada, y ello, incluso para tiempos de calentamiento de varios minutos.
A la salida del horno, ya no es necesario decapar la pieza obtenida, de ahí una economía debido a la supresión del baño de decapado de las piezas acabadas.
Por las características del revestimiento después de la elevación de la temperatura, las piezas obtenidas tienen una resistencia incrementada a la fatiga, al desgaste, a la abrasión y a la corrosión, comprendido su canto debido al comportamiento galvánico del zinc con el acero. Además, el revestimiento es soldable antes y después de la subida de temperatura.
El acero de la chapa asegura, por el efecto de temple en el enfriamiento, características mecánicas elevadas de la pieza obtenida después de su conformación.
\newpage
Ejemplo 1
Revestimiento de zinc sobre acero
En un ejemplo de realización, se utilizó una cinta de chapa laminada en caliente de acero con la composición ponderal siguiente:
carbono: de 0,15% a 0,2 5%,
manganeso: de 0,8% a 1,5%,
silicio: de 0,1% a 0,35%,
cromo: de 0,01% a 0,2%
titanio: menos de un 0,1%,
aluminio: menos de un 0,1%,
fósforo: menos de un 0,05%
azufre: menos de un 0,03%,
boro: de 0,0005% a 0,01%.
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Se realizó una pieza a partir de la chapa de acero laminado en frío de 1 mm de espesor y se galvanizó en continuo por las dos caras, con un espesor de revestimiento de 10 \mum aproximadamente. En el procedimiento que no forma parte de la invención se austenitizó la chapa a 950ºC con formación y temple en el útil, asegurando el revestimiento un papel de lubricante en la conformación, además de sus funciones de protección contra la corrosión en frío, en caliente y contra la descarburación. En el temple, el revestimiento aleado no impide la extracción de calor por el útil y puede favorecerla. Después de la formación y temple, ya no es necesario decapar la pieza o protegerla, asegurando el revestimiento de base la protección a todo lo largo del procedimiento.
Después de la conformación y por este motivo, tratamiento térmico, la pieza realizada tiene un aspecto gris mate sin rebabas ni burbujas, sin descascarillado o agrietado, y sin presentar calamina en el borde, en corte. Observaciones al microscopio electrónico por barrido muestran en superficie y en corte, que el revestimiento mantiene una estructura y una textura homogéneas y que la aleación de Fe-Zn se manifiesta en menos de 5 minutos a 950ºC.
El revestimiento comprende como se ha representado de forma comparativa en las figuras 3a y 3b que representan respectivamente, en sección, el revestimiento antes y después del tratamiento térmico, una superficie intermedia de difusión del Zn, con un espesor comprendido entre 5 y 10 \mum, es una capa formada por nódulos de aleación Zn-Fe en una matriz de zinc, capa con un espesor comprendido entre 10 y 15 \mum.
Ensayos de corrosión en humedad y temperatura según la norma DIN 50017 muestran que el revestimiento según la invención asegura una excelente protección contra la corrosión después de 30 ciclos, las superficies de las piezas mantienen su aspecto gris.
La tabla 1 siguiente presenta la pérdida de masa por corrosión después de 500 a 1000 horas de niebla salina, para un acero de referencia no revestido, para un acero de referencia galvanizado sin tratamiento térmico, y un acero según dos formas de la invención.
TABLA 1
1
Como se puede observar, el revestimiento después del tratamiento térmico resiste bien a la neblina salina. Además esta superficie, compuesta por zinc y hierro puede fosfatarse en baños clásicos de tratamiento superficial del tipo fosfatación tricatión. Los ensayos de corrosión realizados después de la fosfatación y pintura cataforesis muestran excelentes resultados. La capa aleada con zinc hierro asegura además una protección galvánica de los bordes del tipo protección catódica.
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Ejemplo 2
Revestimiento de zinc aluminio sobre acero (no forma parte de la invención)
Un revestimiento de 10 \mum se aplicó sobre una chapa de 1 mm aproximadamente. Este revestimiento está compuesto por un 50 a un 55% de aluminio y un 45 a un 50% de zinc con eventualmente una pequeña cantidad de silicio.
El aspecto de este revestimiento en corte, después de la formación en caliente se presenta en las figuras 4a y 4b.
En la formación en caliente, el zinc, el aluminio, y el hierro se alean para formar un revestimiento de zinc-aluminio-hierro homogéneo y adherente. Los ensayos de corrosión muestran que esta capa aleada asegura una protección muy buena contra la corrosión.

Claims (11)

1. Procedimiento de realización de una pieza con características mecánicas muy elevadas, conformación por embutición, a partir de una cinta de chapa de acero laminada particularmente laminada en caliente, y revestida con zinc o una aleación a base de zinc que asegura una protección de la superficie y del acero, procedimiento en el cual:
-
se corta la chapa para la obtención de una porción de chapa,
-
se realiza una embutición en frío, a partir de la porción de chapa para obtener la pieza,
-
se realiza, después de la embutición, por tratamiento térmico, un compuesto aleado intermetálico, en superficie, asegurando una protección contra la corrosión, y contra la descarburación del acero, obteniéndose el indicado compuesto por transformación del revestimiento en una aleación intermetálica mediante una elevación de temperatura superior a los 700ºC,
-
se retira mediante corte, los excedentes de chapa necesarios para la operación de embutición.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se enfría la pieza formada.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porgue el zinc o la aleación a base de zinc del revestimiento tienen un espesor comprendido entre 5 \mum y 30 \mum.
4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el compuesto aleado es un compuesto a base de zinc-hierro y comprende silicio.
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la pieza se somete a una elevación de temperatura comprendida entre los 700ºC y los 1200ºC en un horno con una atmósfera no controlada.
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la pieza obtenida por embutición se refrigera para experimentar un temple, a una velocidad superior a la velocidad crítica de temple.
7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la elevación de temperatura es superior a los 900ºC, pero sin sobrepasar los 1200ºC.
8. Pieza con características mecánicas muy elevadas, constituida por una porción embutida en frío y cortada de una cinta de chapa de acero laminada particularmente laminada en caliente, y revestida con zinc o una aleación a base de zinc que asegura una protección de la superficie y del acero, transformándose el revestimiento después de la embutición, por tratamiento térmico en un compuesto aleado a base de zinc-hierro, en la superficie, asegurando una protección contra la corrosión y contra la descarburación del acero, siendo realizado el mencionado tratamiento térmico por una elevación de temperatura superior a los 700ºC.
9. Pieza según la reivindicación 8, caracterizada porque el espesor del revestimiento se encuentra comprendido entre 5 \mum y 30 \mum.
10. Pieza según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque la indicada cinta de acero comprende de 0,15 a 0,25% de carbono, de 0,8 a 1,5% de manganeso, de 0,1 a 0,35% de silicio, de 0,01 a 0,2% de cromo, de 0 a 0,1% de titanio, de 0 a 0,1 de aluminio, de 0 a 0,05% de fósforo, de 0 a 0,03 de azufre y de 0,0005 a 0,01% de boro, en % en peso.
11. Pieza según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada porque la indicada cinta de chapa de acero es una cinta de acero laminada en caliente y luego laminada de nuevo en frío.
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