Tecnología de Materiales en Automoción: Cristales y Aceros Especiales

Composición de los Cristales en Vehículos

Los cristales forman parte de la seguridad activa del vehículo. Su composición principal es:

• 70% Sílice (SiO₂): Actúa como vitrificante, proporcionando transparencia y resistencia a la temperatura.
• 14% Sosa (Na₂O): Actúa como fundente, reduciendo el punto de fusión de la sílice (aproximadamente 1700 °C) a temperaturas más manejables industrialmente.
• 10% Calcio (CaO): Funciona como estabilizante, haciendo la mezcla insoluble en agua y aumentando su durabilidad.
• ~6% Otros óxidos (Magnesio, Aluminio, etc.): Se añaden en pequeñas cantidades para conferir propiedades específicas como el color deseado, mayor resistencia mecánica o protección UV.

Tipos de Cristales Utilizados en Automoción

Encontramos principalmente dos tipos de cristal en los vehículos:

• Cristal Templado: Se somete a un tratamiento térmico de templado (calentamiento a unos 650-700 °C seguido de un enfriamiento rápido). Este proceso crea fuertes tensiones de compresión en la superficie y tensión en el interior. Como resultado, obtiene mucha dureza pero también fragilidad. Su principal ventaja es que, en caso de rotura, se fragmenta en pequeños trozos redondeados, minimizando el riesgo de cortes. No se puede utilizar en parabrisas, ya que la fragmentación completa dificultaría gravemente la visibilidad y los fragmentos podrían proyectarse sobre los ocupantes. Se usa comúnmente en ventanillas laterales y lunetas traseras.
• Cristal Laminado: Consiste en dos o más láminas de cristal unidas por una o varias capas intermedias de material plástico, generalmente polivinilbutiral (PVB). En caso de rotura, los fragmentos de cristal quedan adheridos a la lámina de PVB, manteniendo la integridad estructural del cristal, evitando el desprendimiento de trozos peligrosos y permitiendo una visibilidad residual. Es obligatorio su uso en parabrisas por seguridad.

Interpretación de la Etiqueta de Homologación de un Cristal

La etiqueta grabada en un cristal de automóvil proporciona información crucial sobre su fabricación y homologación. Por ejemplo:

• Renault / AGC Automotive: Marca del vehículo / Fabricante del cristal.
• //: Símbolo que indica que es un cristal laminado (un solo / indicaría templado).
• E6: Código del país de homologación europea (ECE). E6 corresponde a Bélgica.
• 43 R-008599: Reglamento ECE R43 y número de homologación europeo específico.
• DOT-24 M13 AS1: Código de homologación americano (Department of Transportation). DOT-24 identifica al fabricante, M13 al modelo específico del cristal.
• AS1: Código americano que indica la posición permitida (AS1 es para parabrisas, alta transparencia, laminado).
• ..9: Puede indicar el año de fabricación (ej. 2019 o 2009). La interpretación exacta puede variar según el fabricante.
• ....: Puntos o marcas que suelen indicar el mes de fabricación (ej. 4 puntos = abril).

Elementos Integrados en los Cristales de los Vehículos

Los cristales modernos pueden incorporar diversos elementos funcionales y estéticos:

• Serigrafiados: Zonas opacas, generalmente negras y punteadas en los bordes, que protegen el adhesivo de la radiación UV y mejoran la estética. También pueden incluir:
  • Circuitos térmicos: Filamentos eléctricos para desempañar o descongelar la luneta trasera o zonas del parabrisas.
  • Antenas: Integradas para radio, GPS, telefonía móvil, etc.
• Sekuriflex (o similar): Una lámina plástica adicional aplicada en la cara interna del cristal (habitualmente en laterales laminados) para aumentar la seguridad anti-intrusión y evitar la proyección de fragmentos hacia los pasajeros en caso de impacto severo.
• Embasse / Soporte: Una pieza (generalmente cerámica o metálica) adherida al cristal que sirve como punto de montaje para el retrovisor interior, sensores, etc.
• Degradé / Banda solar: Una franja tintada (verde, azul, bronce) en la parte superior del parabrisas para reducir el deslumbramiento del sol.
• Perfiles premontados: Juntas de goma o plástico incorporadas al cristal en fábrica para facilitar su montaje.
• Sensores de lluvia y luz: Dispositivos ópticos montados tras el parabrisas (en contacto con él) que detectan la presencia de lluvia (midiendo la refracción de luz infrarroja en la superficie exterior) o la intensidad de la luz ambiental para automatizar limpiaparabrisas y luces.

Caracterización de Materiales: Propiedades y Ensayos

Para conocer un material y predecir su comportamiento, se estudian sus características y propiedades mediante diversos ensayos.

Características Fundamentales:

• Químicas: Composición elemental y molecular del material.
• Estructurales: Organización interna (tipo de red cristalina, tamaño y unión del grano, fases presentes, etc.).
• Térmicas: Comportamiento frente al calor (punto de fusión, dilatación térmica, conductividad térmica).
• Físicas: Densidad, propiedades ópticas, eléctricas, magnéticas.

Propiedades Mecánicas y Ensayos:

Las propiedades mecánicas definen cómo responde un material a la aplicación de fuerzas. Se determinan principalmente mediante ensayos destructivos, que suelen llevar la probeta hasta su rotura o deformación permanente.

• Ensayos Estáticos (carga aplicada lentamente):
  • Dureza: Resistencia a ser rayado o penetrado (Brinell, Vickers, Rockwell).
  • Tracción: Resistencia a ser estirado (límite elástico, resistencia a la rotura, alargamiento).
  • Compresión: Resistencia a ser aplastado.
  • Flexión: Resistencia a ser doblado.
  • Torsión: Resistencia a ser retorcido.
• Ensayos Dinámicos (carga aplicada rápidamente o de forma cíclica):
  • Resistencia al impacto (Resiliencia): Capacidad de absorber energía antes de romperse por un golpe (Charpy, Izod).
  • Resistencia al desgaste: Capacidad de resistir la pérdida de material por fricción.
  • Resistencia a la fatiga: Comportamiento bajo cargas cíclicas repetidas.

También existen ensayos no destructivos (END), que permiten inspeccionar el material o componente sin dañarlo, buscando defectos internos o superficiales:

• Inspección visual
• Líquidos penetrantes
• Partículas magnéticas
• Ultrasonidos
• Rayos X (Radiografía industrial)
• Corrientes inducidas (Eddy current)

Clasificación de Aceros de Alta Resistencia (HSS)

Los Aceros de Alta Resistencia (HSS - High Strength Steel) son fundamentales en la construcción de carrocerías modernas para lograr ligereza y seguridad. Su límite elástico suele estar entre 180 y 550 MPa (aunque los UHSS y AHSS alcanzan valores mucho mayores).

Algunos tipos dentro de la categoría HSS incluyen:

• Aceros Bake Hardening (BH): Presentan buena formabilidad (flexibilidad) en estado de suministro. Tras el conformado y el proceso de curado de la pintura en horno (baja temperatura, ~170 °C), experimentan un ligero endurecimiento (aumento del límite elástico, +40 MPa aprox.), mejorando la resistencia a pequeñas abolladuras. Se usan en paneles exteriores como puertas, capós y aletas.
• Aceros ALE (Aceros de Alto Límite Elástico) o HSLA (High Strength Low Alloy): Son aceros microaleados (con pequeñas cantidades de Nb, V, Ti) que consiguen un elevado límite elástico mediante la reducción del tamaño de grano y endurecimiento por precipitación. Son resistentes a la fatiga y se emplean en elementos estructurales como travesaños, largueros y componentes de la suspensión.
• Aceros Refosforados (P): Contienen un elevado contenido de fósforo (hasta ~0.12%) añadido intencionadamente para endurecer la ferrita (solución sólida). Ofrecen buena estampabilidad y se usan en piezas que requieren cierta resistencia estructural.