Materiales Ligeros en Automoción: Propiedades y Aplicaciones

Aluminio

Curiosidades y Características

• Es el tercer material más abundante (después del Oxígeno y el Silicio).
• Su mayor inconveniente es el alto coste de fabricación (la electrólisis consume mucha energía).

Sectores de Aplicación

• Transporte ("automóvil")
• Eléctrico
• Construcción
• Embalajes

Proceso de Fabricación del Aluminio

1. Pulveriza la materia prima (Bauxita).
2. En un Digestor ("contenedor hermético"), se mezcla bauxita y sosa cáustica bajo presión y temperatura.
3. Se forma aluminato de sodio.
4. Se separan óxidos de hierro, silicio, titanio, etc., del óxido de aluminio (hidróxido de aluminio).
5. El hidróxido de aluminio se calcina a 900ºC produciendo Alúmina.
6. Mediante proceso electrolítico se obtiene Aluminio 99,7-99,9%.
7. Se crean lingotes.

Reciclado del Aluminio

1. Desguace → Refusión de aluminio → Piezas de aluminio secundarias → Productos ajenos a la automoción.
2. Desguace → Refusión de aluminio → Refinado → Fusión de aluminio siderúrgico, semiproducto, componentes.

Ventajas del Aluminio

• Un tercio del peso del acero (aluminio 2690 kg/m³, acero 7850 kg/m³).
• El O₂ del aire forma una fina capa de óxido que se renueva continuamente y protege de otros deterioros.
• Las aleaciones son reciclables fácilmente.
• El consumo de energía en el reciclaje es menor (menor punto de fusión).
• Reciclable varias veces, casi al 100%.
• No tóxico.
• Resistencia de 60-520 N/mm².
• Buena conformabilidad.

Factores de Consumo de Combustible

• Resistencia al aire (Cx): 30%.
• Peso del vehículo (materiales): 70%.

La reducción del consumo se logra al reducir el peso.

ASF (Aluminium Space Frame)

Unión de perfiles de aluminio y nudos de fundición de aleación. Las piezas se fijan a la carrocería por soldadura con gas protector, remachado, estampado, pegado y clinchado (unión de dos chapas por embutición parcial).

Objetivos para Conseguir Estas Carrocerías

• Menor masa.
• Mayor rigidez.
• Mayor seguridad.
• Mejores características para la conducción.

Ventajas del Aluminio en Automoción

• Menos 40% de peso.
• Incremento de rigidez en la jaula de seguridad respecto al acero.
• Menos ruidos y vibraciones en la carrocería.
• Menos torsión en la carrocería.
• Mucha seguridad contra la corrosión.
• Reciclable prácticamente en su totalidad.
• Resistencia a las abolladuras.
• Rigidez a la flexión.
• Rigidez a la torsión.

Ventajas de las Piezas de Fundición a Presión en Aluminio

• Pocas piezas.
• Muy precisas.
• Buen ajuste.
• Sustituibles sin gran complejidad.

Inconvenientes del Aluminio

• Necesita termofraguado para conseguir la dureza necesaria.
• Corrosión por tensiones electroquímicas.
• Sistemas de unión con otros materiales.

Termofraguado

Calentar la carrocería 30 minutos a 210ºC. Produce endurecimiento térmico.

Corrosión por Otros Materiales (Potencial Electroquímico)

De mayor a menor potencial:

• Plomo (Pb)
• Estaño (Sn)
• Hierro (Fe)
• Cromo (Cr)
• Cinc (Zn)
• Aluminio (Al)

Sistemas de Unión

• Clinchado
• Soldadura por puntos
• Remachado estampado

Clinchado y sus Ventajas

Embutición parcial entre dos chapas. Menor resistencia que la soldadura por puntos.

• Rápido
• Limpio
• Económico
• Suficiente para piezas secundarias

Soldadura por Puntos y sus Ventajas

La carrocería lleva un 30% de este tipo de soldadura. Usado cuando no se puede remachar por espacio. Se necesita mucha energía.

Remachado Estampado

30% más resistencia que la soldadura por puntos. Menor gasto de energía.

Tipos de Procesos de Fabricación

• Extrusión (embutido en molde)
• Corte y estampado

Pintado del Aluminio

Una vez tratada térmicamente y limpia, la carrocería es tratada con una capa de fosfatado para que la cataforesis (KTL) tenga más adherencia. Después se aplica imprimación por inmersión (KTL) y curado (más limpio y elástico) mediante calor a 180ºC. Finalmente, se aplica aparejo, color y barniz.

Magnesio

Información sobre el Magnesio

• Aleación ultraligera cuando la base es (90% Mg).
• Metal de color blanco y ligero.
• Densidad: 1740 Kg/m³.
• Punto de fusión: 650ºC.
• Resistencia a la tracción: 180 Mpa.
• Más fácil de trabajar y moldear.
• Posible diseño complejo.
• Desventaja: alto coste.

Fabricación del Magnesio

1. Electrólisis (Método Bunsen, agua de mar).
2. Reducción térmica (en hornos, a partir de los minerales Dolomita, Magnesita y Brucita).

Aplicaciones del Magnesio

Volante, columna de dirección, paneles de instrumentos y asientos, mayoritariamente de magnesio.

Las aleaciones más utilizadas contienen "Al" como principal aleante (entre 4-8%) y menor cantidad de Zn o Mn.

Titanio

Información sobre el Titanio

• Aleación ultraligera.
• Punto de fusión: 1655ºC.
• Densidad: 4510 Kg/m³.
• Resistencia similar a los mejores aceros con una densidad aproximadamente de la mitad (gran disminución de peso).
• Su elevada dureza supone un difícil mecanizado.

Fabricación del Titanio

Mezclado con otros minerales y en algunas menas de hierro. Producido comercialmente mediante la reducción de tetracloruro de titanio con magnesio o sodio a unos 800ºC.

Aplicaciones del Titanio

• Llantas
• Herramientas
• Tornillería, etc.