Clases de resistencia a la tensión de tornillos y tuercas de acero inoxidable

La resistencia a la tracción del acero y el acero inoxidable es un parámetro fundamental en lo que respecta a la capacidad de carga y la seguridad de las juntas roscadas. Se compone de dos parámetros clave para tornillos de acero en función de los cuales se puede determinar fácilmente la resistencia a la tracción y el límite elástico. Sin embargo, a partir de un tamaño determinado, los tornillos de acero inoxidable y las tuercas de acero inoxidable están marcados con una combinación de letras y números (por ejemplo, A4-80). La combinación de letras y números dispuesta delante del guion asigna el tornillo así marcado a un grupo de materiales y a un grupo de aceros y, por lo tanto, proporciona información sobre las propiedades básicas del material del tornillo. El número 80 a la derecha del guion indica la clase de fuerza. En este artículo se muestra cómo utilizar la clase de resistencia de los pernos de acero inoxidable para determinar sus límites de uso y proporcionar una descripción general de la capacidad de carga de las clases de resistencia típicas.

¿Qué es la resistencia a la tracción?

La resistencia a la tracción describe el valor de tensión mecánica máximo que un material puede tolerar antes de que falle. Esto suele expresarse en megapascales (MPa) o en Newtons por milímetro cuadrado (N/mm²). Para las fijaciones, la resistencia a la tracción es particularmente importante porque determina la carga máxima que el elemento puede absorber sin fallar.

Fórmula para calcular la resistencia a la tracción

No existe una fórmula universal de resistencia a la tracción para calcular la resistencia a la tracción, ya que depende de diferentes condiciones (material, composición de aleación y procesamiento). Como regla general, la resistencia a la tracción se determina empíricamente mediante pruebas de materiales y luego se resume en tablas de resistencia a la tracción para tornillos y acero inoxidable en hojas de datos de materiales o estándares. Sin embargo, es posible calcular la tensión que experimenta un material cuando se somete a una carga de tracción. La fórmula general para la tensión (σ) en un material sometido a carga de tensión es:

donde:

• σ = el estrés en Pascales (Pa)
• F = la fuerza de tracción que actúa sobre el material en Newtons (N)
• A = el área de sección transversal del material sometido a la fuerza de tracción en metros cuadrados (m²).

Para determinar la resistencia a la tracción de, por ejemplo, el acero y el acero inoxidable, puede usarse la fuerza de tracción máxima (F) y el área de sección transversal más pequeña (A) en la que se probó el material. La resistencia a la tracción se expresa típicamente en Megapascales (MPa).

Descripción general de las calidades de acero inoxidable

El acero inoxidable es un término genérico para aproximadamente 120 grados diferentes de acero resistente a la corrosión. Las aleaciones individuales sirven para diferentes propósitos y casos de uso. Sin embargo, todas ellas contienen cromo, y posiblemente también níquel, que son responsables de la resistencia a la corrosión. Los elementos reaccionan con el oxígeno del aire para formar una fina capa protectora de óxido en la superficie del acero. Esta capa de óxido se denomina capa pasiva y evita que más oxígeno entre en contacto con el hierro subyacente, evitando así la corrosión y la oxidación. En comparación con los aceros de baja aleación o los aceros estructurales, la resistencia a la tracción del acero inoxidable es relativamente alta. Por ejemplo, el acero inoxidable 1.4301 tiene una resistencia a la tracción de 500 - 700 N/mm² (comparación: para el acero estructural convencional, la resistencia a la tracción es de 300 - 590 N/mm²). DIN 17440 y DIN EN ISO 3506 se aplican a aceros inoxidables. Las principales categorías de acero inoxidable son las siguientes.

Acero inoxidable austenítico

Estos aceros inoxidables se caracterizan por su alto contenido de cromo y níquel, normalmente por encima del 16 % de cromo y por encima del 8 % de níquel. No son magnéticos y tienen una excelente resistencia a la corrosión y soldabilidad. La letra A en el nombre de un acero inoxidable, como V2A, indica que es un acero inoxidable austenítico.

Acero inoxidable ferrítico

Los aceros inoxidables ferríticos contienen una gran cantidad de cromo, pero poco o nada de níquel. Son magnéticos y ofrecen buena resistencia a la corrosión en entornos no agresivos. La letra F se utiliza en el nombre de los aceros inoxidables para indicar que son aceros inoxidables ferríticos.

Acero inoxidable martensítico

Los aceros inoxidables martensíticos se caracterizan por su alto contenido en carbono y contenido de cromo de moderado a alto. Son magnéticos y tienen una excelente dureza y resistencia al desgaste. Los aceros inoxidables martensíticos se utilizan a menudo en cuchillos y herramientas. La letra C en el nombre del acero inoxidable martensítico indica el contenido de carbono.

Aceros inoxidables dúplex

Los aceros inoxidables dúplex tienen una mezcla de estructura austenítica y ferrítica en su aleación. Proporcionan buena resistencia a la corrosión y a la tracción y son especialmente útiles en entornos con altas concentraciones de cloruro, como en la industria química y en aplicaciones de agua de mar.

Tornillos y tuercas de acero inoxidable

Los tornillos y tuercas de acero inoxidable son conocidos por su gran resistencia a la corrosión. Sin embargo, es posible que el acero inoxidable también pueda empezar a oxidarse, por ejemplo, debido al óxido extraño por contacto con metales oxidantes. La clase de resistencia de los tornillos proporciona información sobre cuánta carga pueden absorber.

Resistencia a la tracción de los tornillos de acero inoxidable

La resistencia a la tracción de los tornillos de acero inoxidable se especifica como una clase de resistencia. La clase de resistencia es una combinación de la resistencia a la tracción y el límite elástico de la resistencia a la tracción:

Por debajo del límite elástico, el material vuelve a su estado original después de la deformación, por encima del límite elástico la deformación se mantiene. Sin embargo, a menudo se especifica el límite elástico del 0,2 % en lugar del límite elástico, ya que este no siempre es claramente identificable mediante el ensayo de tracción. Describe la tensión a la que el alargamiento permanente tras el alivio es igual al 0,2 %. Hay tablas de guía para las clases de resistencia del tornillo. En el pasado, era común especificar la resistencia a la tracción de los tornillos en kg en tablas, pero hoy en día se expresa principalmente en Pascales (Megapascal) o Newtons (por milímetro cuadrado).

La clase de resistencia influye directamente en el par máximo que se puede ejercer sobre el tornillo o la tuerca. Para seleccionar el tornillo o tuerca de acero inoxidable correcto, primero se debe determinar qué par se requiere para una instalación segura y si la clase de resistencia permite este par.

Además de la clase de resistencia - 80 en el ejemplo aquí - la marca A4 especifica el grupo de materiales y el tipo de acero del tornillo o tuerca de acero inoxidable. Se refiere a la composición química del acero inoxidable y a las propiedades asociadas de resistencia a la corrosión y resistencia a los ácidos. A2, por ejemplo, denota un acero inoxidable austenítico con ciertos componentes de cromo y níquel. El acero inoxidable con la etiqueta A4 también es resistente al ácido o al agua de mar.

MISUMI ofrece una amplia gama de tornillos de acero inoxidable con una amplia gama de clases de resistencia.

Resistencia a la tracción de las tuercas de acero inoxidable

La clasificación de las tuercas es ligeramente menos específica que la de los tornillos, ya que a menudo se utilizan en combinación con tornillos y, por lo tanto, deben coincidir principalmente con el tornillo. En general, las tuercas de acero inoxidable suelen estar diseñadas para que coincidan con la misma clase de resistencia a la tracción o superior que el tornillo asociado.

Las propiedades mecánicas de las tuercas de acero inoxidable, así como las tuercas de acero, se expresan por clases de resistencia y por las tensiones de carga garantizadas que corresponden a la clasificación de resistencia del tornillo emparejado.

Debido a que las tuercas de acero inoxidable se utilizan con tornillos de acero inoxidable correspondientes, el grosor del material de una tuerca de acero inoxidable generalmente se determina por el grosor del material de un tornillo hecho del mismo material. Debido a este acuerdo, a menudo se asume que no habrá un fallo de cizallamiento en las roscas cuando se utilice una combinación de tornillos y tuercas de acero inoxidable. Sin embargo, es importante tener en cuenta que las tuercas de perfil bajo con solo unas pocas roscas de enclavamiento deben utilizarse con precaución para evitar el fallo de cizallamiento en las roscas.

Tabla de resistencia a la tracción del acero inoxidable

Consulte la siguiente tabla para obtener una descripción general de la resistencia a la tracción de varios grados de acero inoxidable. Los valores indicados representan directrices generales y pueden variar ligeramente en función del proceso de fabricación, el tratamiento térmico y la aleación específica. Se recomienda consultar las hojas de datos de materiales y las especificaciones técnicas para obtener información detallada sobre sus requisitos.

• El número en la clase de resistencia corresponde a 1/10 del valor nominal de la resistencia a la tracción mínima.
• Ejemplo: La clase de resistencia A2-50 para materiales austeníticos se refiere a un material con una resistencia a la tracción de 500 N/mm², un límite elástico de 210 N/mm² y una elongación en la rotura de 0,6 d.
• Los aceros inoxidables se clasifican en tipos (austenítico, martensítico y ferrítico), y las clases de resistencia para los aceros martensíticos se determinan en función de las diferencias en el tratamiento térmico.

Enlace a más artículos del blog sobre tornillos

Si desea profundizar en el tema de los tornillos, puede encontrar más información en los siguientes artículos del blog:

• Cálculo de resistencias al cizallamiento y a la tracción para tornillos