Componente estructural de un vehículo y procedimiento de fabricación.

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un componente estructural de un vehículo, a partir de una plancha de acero con revestimiento a base de aluminio y silicio y de espesor comprendido entre 1 y 3 mm, que comprende someter la plancha a una estampación en caliente, someter posteriormente al menos una zona localizada y previamente seleccionada de la plancha a un tratamiento térmico posterior, irradiándola con un haz láser diodo de potencia comprendida entre 500 W y 6 kW hasta alcanzar una temperatura comprendida entre 400 y 900ºC, dejando enfriar a continuación la plancha, para alterar su microestructura, dotando a dicha zona de un contenido en martensita intencionadamente inferior y por consiguiente con un reducido límite elástico y un mayor alargamiento en comparación con el de sus zonas adyacentes no sometidas a dicho tratamiento térmico

Componente estructural de un vehículo y procedimiento de fabricación.

Sector técnico de la invención

La invención se refiere a un componente estructural de un vehículo, obtenido a partir de una plancha de acero con un revestimiento a base de aluminio y silicio, destinado a formar parte de una estructura compleja como la estructura de un vehículo automóvil. El componente estructural de la invención puede ser, a título de ejemplo, uno cualquiera de la siguiente lista abierta: un refuerzo de ventana, una viga de parachoques, un refuerzo de montante de vano, un refuerzo de pilar central o un refuerzo de puerta.

Dicho componente ha sido sometido durante su proceso de obtención a un tratamiento específico para alterar su microestructura en una zona localizada y previamente seleccionada.

Antecedentes de la invención

En el sector de la automoción está ampliamente extendido el procedimiento de estampación en caliente para la conformación de componentes estructurales del vehículo. Durante este procedimiento se consigue con carácter simultáneo una alteración homogénea de la microestructura del material metálico de partida y conformar la pieza final según la forma deseada.

Así por ejemplo, la microestructura de planchas de acero 22MnB5 de grosor entre 0,8 y 2,5 mm, utilizadas frecuentemente en el sector de la automoción por sus prestaciones mecánicas tras estampación en caliente, se transforma habitualmente en dos etapas desde ferrita-perlita a austerita mediante un tratamiento térmico específico seguido por una transformación a fase martensítica durante su enfriamiento en las prensas de estampación.

Con el propósito de obtener piezas con zonas localizadas que tengan diferente dureza y ductilidad, recientemente se han dado conocer variantes de los procedimientos habituales mediante los cuales se consigue que zonas localizadas de las piezas obtenidas no muestren una microestructura martensítica pura, lo que causa que la pieza terminada sea ligeramente más dúctil que las piezas obtenidas siguiendo el procedimiento habitual.

Esto se consigue reduciendo la velocidad de enfriamiento, únicamente en aquellas zonas seleccionadas, a un ratio por debajo del requerido de 27 K/s imprescindible para alcanzar un microestructura martensítica pura.

Para la puesta en práctica de estas variantes de los procedimientos habituales, los documentos de patente DE 102005032113 y EP 1715066 proponen el uso de prensas cuyas placas o cuerpos de prensado están provistas, en zonas localizadas, de medios calefactores para calentar las zonas deseadas de la pieza en curso de fabricación así como de medios aislantes para que la energía calorífica transmitida a dichas zonas sea controlada y localizada.

Es un objetivo de la presente invención un procedimiento alternativo para alcanzar el mismo resultado, así como un componente estructural de un vehículo obtenible mediante el procedimiento de la invención.

Otro objetivo de la presente invención es un procedimiento que para su puesta en práctica no requiera del cambio de utillajes para la operación de estampación en caliente. En otras palabras, que no requiera la sustitución de las prensas que vienen siendo utilizadas por prensas con sectores delimitados por elementos aislantes y que incorporan medios calefactores.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, es deseado que el procedimiento alternativo sea de aplicación para la obtención de componentes estructurales obtenidos a partir de plancha de acero Usibor 1500 P.

Explicación de la invención

El procedimiento según la invención comprende la operación de someter una lámina o plancha de acero con un revestimiento a base de aluminio y silicio y de espesor comprendido entre 1 y 3 mm a una operación previa de conformación en caliente por estampado.

En esencia, el procedimiento se caracteriza porque comprende la operación posterior de someter al menos una zona localizada y previamente seleccionada de dicha plancha a un tratamiento térmico posterior, irradiándola con un haz láser diodo de potencia comprendida entre 500 W y 6 kW hasta alcanzar una temperatura comprendida entre 400ºC y 900ºC, dejando enfriar a continuación la plancha, para alterar su microestructura, dotando a dicha zona de un contenido en martensita intencionadamente inferior y por consiguiente con un reducido límite elástico y un mayor alargamiento en comparación con el de sus zonas adyacentes no sometidas a dicho tratamiento térmico.

Según otra característica de la invención, con posterioridad a ser sometida al tratamiento térmico posterior, la plancha se deja enfriar a temperatura ambiente o es sometida a una operación de enfriamiento controlado en la que la velocidad de enfriamiento es igual o inferior a 10ºC/s.

De acuerdo con otra característica de la invención, el tratamiento térmico posterior se realiza trazando sobre la plancha y mediante un haz de sección transversal paralelepipédica una figura predeterminada, siendo la velocidad de avance del haz láser de 4 a 20 mm/s.

En una variante preferida, el procedimiento comprende la operación de irradiar con el haz láser una misma zona, o al menos parte de ella, más de una vez.

Según otra característica del procedimiento, se dota a la zona localizada de una microestructura mayoritaria o totalmente compuesta por ferrita, perlita, martensita revenida o una mezcla de algunas de las anteriores.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se da a conocer un componente estructural de un vehículo, constituido por una plancha de acero con un revestimiento a base de aluminio y silicio, de espesor comprendido entre 1 y 3 mm, que habiendo sido sometida a una operación previa de conformación en caliente por estampado, comprende al menos una zona localizada, que no está destinada a ser unida por soldadura a una pieza contigua de similares características, que ha sido selectivamente sometida a un tratamiento térmico posterior mediante un haz láser diodo de alta potencia seguido de una etapa de enfriamiento para alterar su microestructura, dotando a dicha zona de un contenido en martensita intencionadamente inferior y por consiguiente con un reducido límite elástico y un mayor alargamiento en comparación con el de sus zonas adyacentes no sometidas a dicho tratamiento térmico posterior.

Según otra característica del componente reivindicado, la estructura de dicha zona localizada es de base ferrita y perlita, habiéndose eliminado la estructura en martensita obtenida de la conformación en caliente.

En una variante de la invención, la plancha que constituye el componente comprende varias zonas localizadas, en forma de motas, manchas o franjas, adyacentes entre sí y en un número suficiente para modificar las propiedades mecánicas

de la plancha, tal como su resistencia a tracción, cuando es integrada en una estructura compleja, por ejemplo la estructura de un vehículo automóvil.

Según otra característica de la invención, la resistencia a tracción del componente acabado es entre un 30% y un 50% de la resistencia a tracción medida después de la conformación en caliente.

En una variante de interés, la plancha a partir de la cual se obtiene el componente acabado es de acero al boro, y su resistencia a tracción medida después de la conformación en caliente, está comprendida entre 1200 MPa y 1600 MPa.

Breve descripción de los dibujos

En los dibujos adjuntos se ilustra, a título de ejemplo no limitativo, un componente estructural en forma de refuerzo central de un vehículo automóvil y diferentes variantes de una zona localizada, selectivamente irradiada con un haz láser para la puesta en práctica de la invención. En concreto:

La Fig. 1 es una vista en planta de un refuerzo central, en la que se ha señalado en sombreado una parte que ha sido irradiada de forma selectiva con un haz láser según la invención;

La Fig. 2 es una vista en planta de otro refuerzo central, en la que se han señalado en sombreado cuatro partes que han sido irradiadas de forma selectiva con un haz láser según la invención;

La Fig. 3 es una vista esquemática de varias formas que puede tener el haz del láser utilizado para irradiar las zonas localizadas;

Las Figs. 4 y 5 muestran dos posibles variantes para la formación de zonas localizadas irradiadas con un haz láser destinadas a modificar...

1. Componente estructural de un vehículo, constituido por una plancha de acero con un revestimiento a base de aluminio y silicio, de espesor comprendido entre 1 y 3 mm, que habiendo sido sometida a una operación previa de conformación en caliente por estampado se caracteriza porque comprende al menos una zona localizada, que no está destinada a ser unida por soldadura a una pieza contigua de similares características, que ha sido selectivamente sometida a un tratamiento térmico posterior mediante un haz láser diodo de alta potencia seguido de una etapa de enfriamiento para alterar su microestructura, dotando a dicha zona de un contenido en martensita intencionadamente inferior y por consiguiente con un reducido límite elástico y un mayor alargamiento en comparación con el de sus zonas adyacentes no sometidas a dicho tratamiento térmico posterior.

2. Componente según la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura de la zona localizada es de base ferrita y perlita, habiéndose eliminado la estructura en martensita obtenida de la conformación en caliente.

3. Componente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende varias zonas localizadas, en forma de motas, manchas o franjas, adyacentes entre sí y en un número suficiente para modificar las propiedades mecánicas de la plancha, tal como su resistencia a tracción, cuando es integrada en una estructura compleja, por ejemplo la estructura de un vehículo automóvil.

4. Componente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque su resistencia a tracción es entre un 30% y un 50% de la resistencia a tracción medida después de la conformación en caliente.

5. Componente según la reivindicación anterior, caracterizado porque la plancha a partir de la cual se obtiene el componente acabado es de acero al boro, y porque su resistencia a tracción medida después de la conformación en caliente, está comprendida entre 1200 MPa y 1600 MPa.

6. Procedimiento para la fabricación de un componente estructural de un vehículo, tal como un vehículo automóvil, a partir de una lámina o plancha de acero con un revestimiento a base de aluminio y silicio y de espesor comprendido entre 1 y 3 mm, que comprende la operación de someter la plancha a una operación previa de conformación en caliente por estampado, caracterizado porque comprende la operación posterior de someter al menos una zona localizada y previamente seleccionada de la plancha a un tratamiento térmico posterior, irradiándola con un haz láser diodo de potencia comprendida entre 500 W y 6 kW hasta alcanzar una temperatura comprendida entre 400ºC y 900ºC, dejando enfriar a continuación la plancha, para alterar su microestructura, dotando a dicha zona de un contenido en martensita intencionadamente inferior y por consiguiente con un reducido límite elástico y un mayor alargamiento en comparación con el de sus zonas adyacentes no sometidas a dicho tratamiento térmico.

7. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque con posterioridad a ser sometida al tratamiento térmico posterior, la plancha se deja enfriar a temperatura ambiente o es sometida a una operación de enfriamiento controlado en la que la velocidad de enfriamiento es igual o inferior a 10ºC/s.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 ó 7, caracterizado porque el tratamiento térmico posterior se realiza trazando sobre la plancha y mediante un haz de sección transversal paralelepipédica una figura predeterminada, siendo la velocidad de avance del haz láser de 4 a 20 mm/s.

9. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque comprende la operación de irradiar con el haz láser una misma zona, o al menos parte de ella, más de una vez.

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque la microestructura de la zona localizada está mayoritaria o totalmente compuesta por ferrita, perlita, martensita revenida o una mezcla de algunas de las anteriores.