TL;DR

El tractament tèrmic per a peces estampades generalment es divideix en dues categories segons el moment en què s'aplica la calor: Estampació en calent (durabilització per premsa) i Tractament tèrmic posterior a l'estampació .

Estampació a calor consisteix a escalfar els ploms d'acer borat (típicament 22MnB5) per sobre dels 900 °C abans de formar-los i temprar-los simultàniament al motlle. Això crea components estructurals d'ultraalta resistència com els pilars B i paragols amb resistències a la tracció d'hasta 1.500 MPa. Tractament tèrmic posterior a l'estampació aplica processos secundaris —com ara cementació, nitruració ferrítica (FNC) o enduriment per inducció— a peces que ja han estat estampades en fred. Aquest mètode és ideal per a mecanismes funcionals com els reclinadors de seients i els sistemes de bloqueig dels frens que necessiten resistència a l'abrasió sense alterar la geometria central.

Les dues vies principals: estampació en calent vs. tractament posterior

Quan es dissenyen components automotrius estampats, la selecció del tractament tèrmic no és simplement un pas final; determina tota l'estratègia de fabricació. La indústria divideix aquests processos en dos fluxos principals: Temperatura per premsa (estampació a calent) i Tractament tèrmic secundari (estampació a fred + post-processat) .

Comprendre les diferències fonamentals entre aquests camins és essencial per als gestors d'adquisicions i enginyers de disseny:

• Integració vs. Separació: L'estampació a calent integra el conformant i el templat en una única passada de matriu. El material entra a la premsa tou i surt endurit. En canvi, el tractament posterior separa aquestes etapes; les peces es conformen a fred (toves) i després s'envien a un forn per al templat.
• Especificitat del material: L'estampació a calent fa servir gairebé exclusivament acers mangànes-bor (com el 22MnB5) dissenyats per transformar la seva microestructura durant la quenching. El tractament posterior funciona amb un ventall més ampli d'acers de baix a mitjà contingut de carboni i aliatges (com el 1020, 4140 o 8620).
• Objectiu principal: L'objectiu del estampat a calent sol ser la integritat estructural i la seguretat en cas d'accident (antipenetració). L'objectiu del tractament posterior és sovint la resistència al desgast, la vida a la fatiga o la protecció contra la corrosió de les peces mòbils.

Estampat a Calent (Temperatura en Prensa): Per a Estructures Crítiques de Seguretat

Estampació a calor , també conegut com a Temperatura en Prensa, ha revolucionat la seguretat automobilística. Permet als fabricants produir components estructurals complexos i lleugers que poden suportar forces extremes en cas d'accident sense trencar-se. Aquest procés és estàndard per a la "cabina de seguretat" dels vehicles moderns, inclosos els pilars A, pilars B, rails del sostre i bigues antipenetració de les portes.

El Procés: De l'Austenita a la Martensita

La ciència darrere de l'estampat a calent es basa en una transformació metal·lúrgica precisa. El procés comença escalfant una planxa d'acer en un forn fins a aproximadament 900°C–950°C. A aquesta temperatura, l'estructura interna de l'acer canvia de ferrita-perlit a austenita , fent-lo extremadament maleable.

La planxa vermelha calenta es transfereix llavors ràpidament a un motriu refrigerat per aigua. Mentre la premsa tanca per formar la peça, les superfícies fredes del motriu enfredeixen simultàniament l'acer. Aquest refredament ràpid (amb freqüència superior als 27°C per segon) atrapa els àtoms de carboni en una llibre deformada, transformant l'austenita en martensita . El resultat és una peça amb una resistència a la fluència que passa d'uns 400 MPa (en l'estat inicial) a més de 1.500 MPa.

Avantatges i restriccions

L'avantatge principal del estampat a calent és la capacitat de formar formes complexes sense "retrobament" (la tendència del metall a tornar a la seva forma original), assegurant una precisió dimensional excepcional. Tanmateix, el procés requereix tallat làser especialitzat per forats i vores, ja que l'acer endurit és massa dur per a eines de tall mecàniques tradicionals.

Enduriment post-estampat: per peces de desgast i peces mòbils

Mentre l'estampat a calent construeix l'esquelet del vehicle, Tractament tèrmic posterior a l'estampació assegura la durabilitat dels seus òrgans en moviment. Els components com els assequils reclinadors, les plaques de transmissió, els ratxets dels frens de pàrquing i els llaços de les portes solen ser estampats a fred amb acer més suau i després endurits per evitar l'usura.

Per als fabricants que naveguen la transició del prototip a la producció en massa d'aquestes parts funcionals complexes, la associació amb un proveïdor capaç és essencial. Shaoyi Metal Technology es especialitza en superar aquesta bretxa, oferint solucions d'estampatge completes que s'alineen amb els estrictes estàndards mundials d'OEM, des de la enginyeria inicial fins a la entrega final tractada tèrmica.

Cementació (enduriment superficial)

La carburització és el procés de referència per a les parts que soporten una fricció i càrrega pesants, com els engranatges i els ratxes. En aquest procés, les parts d'acer baixes en carboni s'escalfen en una atmosfera rica en carboni. El carboni es difou a la superfície, creant un "cas" dur mentre deixa el nucli suau i dúctil. Això casc dur/còr dur la combinació evita que la part es trenqui en un impacte sobtat, i alhora garanteix que la superfície resisteix l'usura dels components d'acoblament.

Enduriment per inducció

Quan només una zona específica d'una peça estampada necessita endureixement, com ara les dents d'un engranatge de seient o la punta d'una paula, el endureixement per inducció és el mètode preferit. Una bobina electromagnètica escalfa només la zona de destinació, que després s'apagarà immediatament. Aquest tractament localitzat minimitza la distorsió a la resta de la part.

A través de la endureixement (endureixement neutre)

Per a suportes estructurals, clips i llengües de cinturons de seguretat que requereixen una força uniforme a través de tota la secció transversal, s'utilitza el endureixement. Aquest procés implica escalfar tota la part a la seva temperatura austenititzant i apagar-la, produint una duresa constant de la superfície al nucli. Normalment s'utilitza amb acer de carboni mitjà a alt.

Corrosió i estabilitat: FNC i nitruració

Per a les parts de la carrosseria o dels components del fre exposats a la sal de la carretera i a l'humitat, la duresa sola no és suficient. Nitrocarburització ferrítica (FNC) i Nitruració proporcionen un doble benefici: duresa de la superfície i superior resistència a la corrosió.

A diferència de la cementació, que es produeix a altes temperatures (sovint >850°C) i pot provocar deformacions en les peces, la nitruració ferrítica controlada (FNC) es realitza a temperatures més baixes (aproximadament 575°C). Aquesta temperatura "subcrítica" evita la transformació de fase al nucli de l'acer, resultant en una distorsió dimensional gairebé nul·la. Això fa que la FNC sigui ideal per a peces estampades de precisió com suports d'estrèpit de fre, platines d'embragatge de transmissió i rondanes fines que han de romandre perfectament planes.

Recuit i relaxació de tensions: Els processos auxiliars

No tots els tractaments tèrmics tenen com a objectiu endurir el metall. Recuit i Alliberament de tensions són processos de "toviment" essencials per al procés de fabricació mateix.

Durant l'estampació en profunditat (per exemple, formar una bassa d'oli o una coberta de motor), el treball a fred acumula tensions internes que poden fer que el metall es fissuri o es trenqui. L'anealing intermedi escalfa el metall per recristal·litzar-ne l'estructura granular, restablint la ductilitat i permetent passos addicionals de conformació. De manera similar, sovint s'aplica un alleujament de tensions després d'un estampat intens o soldadura per evitar que la peça es deformi amb el temps a causa de la tensió residual.

Conclusió

Seleccionar el tractament tèrmic correcte per a les peces estampades d'un vehicle és una qüestió d'equilibri entre funció, geometria i ciència dels materials. L'estampació en calent continua sent la campiona indiscutible per a l'estructura de seguretat, oferint una gran resistència amb pes reduït, característica fonamental de l'arquitectura moderna dels vehicles. En canvi, els tractaments posteriors a l'estampació com la cementació i la nitruració carbocementada (FNC) són imprescindibles per als mecanismes mòbils complexos amb què els conductors interactuen diàriament. Alineant els requisits de rendiment de la peça —sigui resistència a xocs, durabilitat al desgast o protecció contra la corrosió— amb el cicle tèrmic adequat, els enginyers asseguren tant la seguretat com la longevitat en el disseny automobilístic.

Preguntes freqüents

1. Quina és la diferència entre el tractament tèrmic per estampació en calent i l'estampació en fred?

L'estampació en calent escalfa el metall abans i durant el procés de formació, transformant la microestructura de l'acer per crear peces ultra resistents en un sol pas. L'estampació en fred forma el metall a temperatura ambient, i el tractament tèrmic (com la carburació o l'annealització) s'aplica com una operació secundària separada posteriorment per ajustar la duresa o alleujar tensions.

2. Per què s'utilitza l'acer amb bor per a peces estampades en calent?

L'acer amb bor, específicament graus com el 22MnB5, s'utilitza perquè afegir bor millora significativament la capacitat de revenat. Permet que l'acer es transformi completament en una estructura dura martensítica durant la fase de refredament ràpid dins el motlle refrigerat per aigua, assolint resistències a la tracció d'hasta 1.500 MPa.

3. Es pot aplicar un tractament tèrmic a una peça estampada després de soldar?

Sí, però cal tenir cura. La soldadura introdueix calor que pot alterar les propietats de les zones prèviament tractades tèrmicament. Sovint s'aplica un alleujament de tensions després de la soldadura per relaxar les tensions tèrmiques. Tanmateix, si una peça requereix alta duresa, normalment es solda primer i després es tracta tèrmicament com a conjunt final, sempre que el disseny ho permeti.

4. Quin tractament tèrmic és millor per a la resistència a la corrosió en peces d'automòbil?

La nitruració ferrítica (FNC) és àmpliament considerada com el millor tractament tèrmic per combinar duresa i resistència a la corrosió. Crea una capa superficial dura i resistent al desgast (la "zona composta") que també protegeix contra l'oxidació, fet que la fa popular per a components de frens i clips del sota del vehicle.