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Aceros para estampación en caliente - Usibor® y Ductibor®

Presentación

Los aceros Usibor® y Ductibor® son grados para estampado en caliente destinados a piezas estructurales y de seguridad en el automóvil. Debido a su alta resistencia, los aceros Usibor® son especialmente adecuados para las piezas anti-intrusión para los que se solicita un alto esfuerzo de colapso final. Gracias a su excelente ductilidad, los aceros Ductibor® son particularmente eficaces para piezas destinadas a la absorcion de energía durante un impacto. El siguiente gráfico muestra los niveles típicos de resistencia a la tracción y alargamiento a la ruptura de los aceros Usibor® y Ductibor®.

Las ventajas principales de Usibor® y Ductibor® son:

  • La posibilidad de obtener geometrías complejas por el hecho de realizar el conformado de la pieza en estado austenítico en el caso del proceso directo o con un acero con buena conformabilidad antes del tratamiento térmico en el caso del proceso indirecto. La buena conformabilidad en caliente permite diseñar soluciones que integren varias funciones (eliminación de refuerzos y ensamblados posteriores);
  • Ausencia de recuperación elástica;
  • Homogeneidad de propiedades mecánicas;
  • Resistencia excepcional a la fatiga y al impacto que permite importantes reducciones en el espesor y, por consiguiente, de masa.

ArcelorMittal ha sido la primera empresa siderúrgica en ofrecer a la industria del automóvil un acero revestido templable para estampado en caliente (Press Hardened Steel): Usibor® -AS con un revestimiento a base de Aluminio y Silicio aplicado por inmersión en caliente.

 

La ventaja adicional de Usibor®-AS y AS-Ductibor® son:

  • Simplificación del proceso y ganancias económicas (sin necesidad de granallado al no formarse cascarilla, sin atmósferas inertes específicas en los hornos de austenización);
  • Excelente resistencia temporal a la corrosión de las piezas después de estampación por lo que no necesitan aceitado antes del ensamblado;
  • Ausencia de descarburación;
  • Excelente resistencia a la corrosión perforante. Se utiliza actualmente en zonas secas y húmedas (taloneras por ejemplo) del vehículo.

Usibor®1500-GI galvanizado Zn (únicamente para proceso de embutición indirecto) y Usibor® 1500-GA galvannealed ZnFe (para procesos directo e indirecto) completan la oferta de revestimientos.

 

Para todos los productos existen dos fichas de seguridad, una para el producto en el estado de la entrega y otra para el producto tras el tratamiento térmico. No existen precauciones particulares propias para estos aceros.

Aplicaciones

Los aceros Usibor® están especialmente adaptados para todas las piezas de estructura para el automóvil que necesiten una buena resistencia al impacto.

Las aplicaciones más frecuentes son:

  • Vigas de parachoques delantero/trasero;
  • Refuerzos de puerta;
  • Refuerzos de montante de vano;
  • Refuerzos de pilar central;
  • Refuerzo de suelo;
  • Refuerzo de túnel;
  • Refuerzo de salpicadero;
  • Refuertos de techo.

Refuerzo central
(esp.: 1,85 mm)

Viga de parachoques
(esp.: 2,3 mm)

Refuerzo de puerta
(esp.: 1 mm)

Montante de vano
(esp.: 1,2 mm)

Emboutissase prueba de un soldado con láser en blanco Usibor® 2000 / Ductibor® 1000

El acero Ductibor® puede ser ofrecido en combinación con la forma Usibor® de piezas soldadas con láser (formatos soldados láser - LWB) para la obtención de piezas estampadas en caliente con características localmente más dúctiles que Usibor®. Esta solución responde a la necesidad de controlar de manera muy precisa las deformaciones de determinadas zonas del vehículo durante el impacto (por ejemplo en un refuerzo pilar), y ampliar el campo de uso de aceros de estampado en caliente a piezas de absorción de energía (por ejemplo, un mástil).

Las aplicaciones potenciales de las piezas soldadas con láser Usibor® - Ductibor® son:

  • Larguero delantero (parte delantera, codo y extensión bajo suelo);
  • Larguero trasero;
  • Refuerzo de pilar central (parte superior en Usibor® 1500, parte inferior en Ductibor® 500).

Ejemplo de aplicaciones potenciales en acero Usibor® - Ductibor®

ArcelorMittal dispone de un conjunto de datos relativos a la conformación y a las propiedades de uso de toda la gama de aceros para conformación en caliente. Para integrar estos aceros en la fase de diseño, un equipo de expertos puede realizar estudios específicos basados en modelizaciones o en ensayos de caracterización.

Características técnicas

Propiedades mecánicas

La siguiente tabla muestra los valores mínimos característicos después del estampado en caliente (1) y de la simulación del tratamiento de curado de la  pintura (2) de la pieza. Estos valores son indicativos y dependen de los parámetros del proceso de estampado en caliente.

 Re (MPa)Rm (MPa)A (%) (3)Ángulo de flexión (4)
 Ductibor® 450≥ 350≥ 460≥ 16≥ 120°
 Ductibor® 500≥ 400≥ 550≥ 16≥ 120°
 Ductibor® 1000≥ 800≥ 1000≥ 6≥ 80°
 Usibor® 150011001500≥ 3≥ 50°
 Usibor® 2000≥ 1400≥ 1800≥ 3≥ 45°
 
 Laminado en caliente     Laminado en frío

(1) Tratamiento térmico de tipo 880°C-930°C durante 5 a 10 minutos seguido de un temple entre matrices de estampado perfectamente enfriadas (velocidad de enfriamiento > 30°C por segundo).

(2) Simulacion del curado de la pintura: tratamiento térmico de 170°C durante 20 minutos.

(3) Las deformaciones de ruptura A% medidos en muestras (ISO20x80) son sólo ilustrativas, el ángulo de flexión es un criterio más relevante para evaluar la ductilidad del material durante un accidente.

(4) Ángulo de flexión medido segun la norma VDA238-100 en una pieza de ensayo de 1,5 mm de espesor.

Composición química (%)

 CMnSiB
 MaxMaxMaxMax
Ductibor® 4500.111.10.060.001
Ductibor® 5000.11.30.50.001
Ductibor® 10000.1220.750.005
Usibor® 15000.251.40.40.005
Usibor® 20000.371.40.70.005
 
 Laminado en caliente     Laminado en frío

Revestimientos disponibles y disponibilidad global

 Sin revestirExtragal®GalvannealedAluminised
 EURNAMSAMRSACHIEURNAMSAMRSACHIEURNAMSAMRSACHIEURNAMSAMRSACHI
Usibor® 1500                   
22MnB5                  
22MnB5                 
Ductibor® 450                 
Ductibor® 500                
Ductibor® 1000                 
Usibor® 1500           
Usibor® 2000                 

 Laminado en caliente     Laminado en frío

Comercial en aspecto no visible En prueba clientes En desarrollo Comercial para pieza de aspecto no visible y visible (Z)

EUR : Región Europa - NAM : Región América del Norte - SAM : Región América del Sur - RSA : Región Africa del Sur - CHI : China

Antes de tratamiento térmico, la microestructura de Usibor® 1500 presenta una matriz ferrito-perlítica.

Microestructura de Usibor® 1500 antes de tratamiento térmico de estampado en caliente (estado de suministro)

El revestimiento al estado de suministro de Usibor® 1500-AS, presenta una capa de aleación ternaria en la interfaz acero-revestimiento y una capa de aluminio-silicio libre.

Micrografía del revestimiento del Usibor® 1500-AS antes de estampado en caliente

Después del tratamiento térmico, la microestructura es 100% martensítica.

Microestructura martensítica de Usibor® 1500 después de tratamiento térmico de estampación en caliente (por ejemplo: austenización a 900ºC durante 5 minutos seguido de un temple entre matrices de embutición). Microscopía electrónica de barrido

El revestimiento AlSi de Usibor® 1500-AS se transforma en el horno (reacciones de interdifusión y solidificación) y forma diferentes capas de compuestos intermetálicos de AlSiFe protectoras y perfectamente adherentes.

Aspecto de revestimiento después de la estampación en caliente. Microscopía óptica

Tratamiento térmico

Usibor® -AS y Ductibor® -AS han sido desarrollado especialmente para un procedimiento directo de estampado en caliente: austenización de los formatos en hornos de tratamiento térmico, estampado de dichos formatos calientes en prensa y temple martensítico en las matrices de estampado enfriadas mediante circulación de agua. Todas las deformaciones se realizan "en caliente". Desaconsejamos las predeformaciones en frío de Usibor® -AS y Ductibor® -AS antes del tratamiento térmico de austenización. Usibor® 1500-GI no es compatible con el proceso directo de estampado en caliente. Las piezas estampadas en caliente de Usibor® -AS y Ductibor® -AS no presentan micro-fisuras en el substrato. 

Proceso directo de estampación en caliente para Usibor® -AS y Ductibor® -AS

Póngase en contacto para todos los datos y consejos sobre el estampado en caliente de Usibor® y Ductibor®.

Usibor® 1500-GI, Usibor® 1500-GA y 22MnB5 presentan una buena aptitud para el conformado en frío por lo que se pueden utilizar en un proceso indirecto.

El método de estampación en caliente de acero indirecta para Usibor®-GI

Tratamiento de superficie

Después de la estampación y temple, la superficie de las piezas en Usibor® 1500-AS permite una aplicación directa de pintura, sin necesitar una limpieza previa de tipo granallado. La elevada rugosidad superficial permite una adherencia excelente de la cataforesis incluso sin el agarre de la fosfatación. La composición de los baños de fosfatación no se ve modificada ni se ha identificado ningún tipo de contaminación.

 

Las piezas en Usibor® 1500-GI se deben limpiar (mediante granallado por ejemplo) para garantizar una buena adhesión de la pintura y una buena soldabilidad.

 

Una etapa de limpieza de este tipo puede ser necesaria para piezas en Usibor® 1500-GA dependiendo de las exigencias de soldabilidad y pintura del cliente final.

 

Las piezas en 22MnB5 se granallan sistemáticamente para eliminar la cascarilla superficial y garantizar un buen comportamiento posterior en pintura.

Soldabilidad

Los aceros Usibor® y Ductibor® presentan una excelente soldabilidad por puntos, en montajes homogéneos y heterogéneos, tanto a 50 Hz como a 1000 Hz.

Los rangos de soldabilidad son amplios y la resistencia mecánica de las uniones (tracción, cizallamiento) cumple con las exigencias de los fabricantes de automóviles y de las normas. Gracias a la naturaleza de la capa aleada obtenida tras la estampación en caliente, la vida útil de los electrodos de soldadura se considera muy excepcional (varios miles de puntos sin degradación) en comparación con los revestimientos metálicos convencionales. Pueden aplicarse sin problema los métodos de soldadura convencionales MAG, MIG, así como soldadura fuerte.

Sobre la base de su amplia experiencia en la caracterización de sus productos en soldadura por puntos y en soldadura al arco, ArcelorMittal puede proporcionarle la asistencia técnica necesaria para adaptar los parámetros de soldadura.

Soldadura homogénea Usibor® + Usibor®

Soldadura heterogénea de triple espesor con acero Multiphase

Soldadura MAG

Fatiga

La resistencia a la fatiga se puede caracterizar por el límite de resistencia (expresado en esfuerzo máximo).

 

Usibor® 1500 y Ductibor® 1000-AS presentan excelentes propiedades en fatiga, mejores todavía que las obtenidas en aceros para estampado en caliente sin revestimiento, que presentan una superficie descarburada.

A continuación, los límites de resistencia expresados en MPa tras dos millones de ciclos, para una prueba de fatiga en tracción uniaxial ondulada par R= 0,1 y R = -1.

 σD A 2.106 ciclos (MPa)
en amplitud de esfuerzo
σD A 2.106 ciclos (MPa)
R=-1
Usibor® 1500727475
22MnB5*617305
Ductibor® 1000-AS621356
 
 Laminado en caliente     Laminado en frío

* Superficie descarburada tras estampación en caliente de unas 30 micras.

Resistencia a los choques

Los aceros Usibor® y Ductibor® se utilizan para piezas de seguridad. Existen numerosos datos disponibles para mostrar la resistencia excepcional a los choques, así como las propiedades antiintrusión de estos dos productos.

Debido a su alto límite elástico, aceros Usibor® son especialmente adecuados para las piezas anti-intrusión para los que se solicita un alto esfuerzo de colapso final. El siguiente ejemplo ilustra el potencial de reduccion de peso de aceros Usibor® en comparación con los aceros más convencionales durante un ensayo dinamico de flexion en tres puntos a 30 km / h y una energía de 10 kJ.

Potencial de aligeramiento con respecto a un acero HSLA 380 (referencia)

A partir de su alta resistencia a la ruptura y su muy buena ductilidad, los aceros Ductibor® son particularmente eficaces para las partes que absorben la energía durante un impacto.

Los aceros Ductibor® se han caracterizado en compresión axial de una estructura formato omega con placa de cierre soldada a una velocidad de impacto de 56 kmh. Estos ensayos pruebas mostraron el muy buen comportamiento al impacto de estos aceros. El siguiente gráfico da una indicación del potencial de reduccion de peso mínimo de los aceros Ductibor® en comparación con un acero HSLA380. El Ductibor® 1000 tiene una ductilidad al impacto ejemplar para un acero de Rm> 1000 MPa.

Potencial de aligeramiento con respecto a un acero HSLA 380 (referencia)

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