ISO 898-1, ISO 3506-1, ASTM F606: Ensayo de tornillos
Las normas ISO 898-1, ISO 3506-1 y ASTM F606 describen los ensayos de tornillos de acero y sus propiedades mecánicas y físicas, como por ejemplo la resistencia a la tracción, el límite elástico, el alargamiento después de la rotura o la dureza.
- La norma ISO 898-1 define las características mecánicas de elementos de fijación de acero al carbono y acero aleado (tornillos con clases de calidad especificadas - Rosca de paso grueso y rosca de paso fino)
- La norma ISO 3506-1 define las características mecánicas de elementos de fijación de aceros inoxidables resistentes a la corrosión (tornillos de acero y clases de calidad especificados)
- ASTM F606: Métodos de ensayo estándar para la determinación de las propiedades mecánicas de elementos de fijación roscados externa e internamente, arandelas, indicadores de tensión directa y remaches.
Los tornillos, pernos y bulones, entre los elementos de fijación más importantes, no solo son de uso universal en la industria, sino también en nuestra vida cotidiana. Se emplean en la construcción de máquinas y equipos de gran complejidad, así como de vehículos y edificios. Dado que las tensiones mecánicas se concentran en dichas uniones, la integridad de los tornillos es extremadamente importante. Por ello, los pernos y las tuercas están sujetos a estrictos requisitos de seguridad.
Métodos de ensayo Clases de calidad Ensayo de tracción Ensayo de carga de prueba Ensayo de impacto Ensayo de dureza Ensayo de torsión Ensayo de flexión por impacto Sistemas de ensayos
Ensayo de tornillos según ISO 898-1
En la siguiente tabla, presentamos los métodos de ensayo mecánico especificados en la norma ISO 898-1.
En los diferentes métodos de ensayo mecánicos se diferencia entre tornillos, pernos y bulones acabados y tornillos enteros, así como entre tornillos con capacidad de carga máxima o reducida.
Elementos de fijación acabados son aquellos, en los que el proceso de fabricación ya ha finalizado. Así pues, se trata de tornillos "terminados".
Elementos de fijación enteros son aquellos, en los que el diámetro del vástago permanece "completo". Se habla de tornillos de vástago completo. Esta denominación excluye los tornillos o pernos de vástago fino y de vástago expansivo o hueco.
Elementos de fijación con capacidad de carga reducida son aquellos que, por las dimensiones de la cabeza (tornillos o pernos de cabeza rebajada) no disponen de capacidad de carga completa como otros de geometría típica y con la misma clase de calidad. Dichos elementos de fijación se identifican con un cero delante.
| Apartado de la norma ISO 898-1 | Método de ensayo | Propiedades mecánicas a determinar | Tornillos o tipos de probeta |
|---|---|---|---|
| 9,1 | Ensayo de tracción en plano inclinado | Resistencia a la tracción | Tornillos terminados con cabeza (excluyendo los bulones) |
| 9,2 | Ensayo de tracción | Resistencia a la tracción | Tornillos terminados |
| 9,3 | Límite elástico, alargamiento de rotura | Tornillos, pernos y bulones enteros | |
| 9,4 | Resistencia a la tracción | Tornillos con capacidad de carga reducida | |
| 9,5 | Tornillos con vástago expansivo | ||
| 9,6 | Ensayo de carga de prueba | Esfuerzo bajo carga de ensayo, extensión remanente | Tornillos terminados |
| 9,7 | Ensayo de tracción | Resistencia a la tracción, límite de fluencia/límite elástico, alargamiento de rotura, estricción | Tornillos roscados |
| 9,8 | Ensayo de solidez de cabeza | Resistencia de la cabeza | Tornillos con cabeza |
| 9,9 | Ensayo de dureza | Dureza según los métodos Vickers, Brinell y Rockwell | Todos los tornillos, pero especialmente los que son demasiado pequeños para ensayos de tracción |
| 9.10 | Ensayo de descarburación | Dureza de la superficie (HV 0,3) | Tornillos de las clases de calidad 8.8 – 12.9 |
| 9.11 | Ensayo de carburación | ||
| 9.12 | Ensayo de segundo revenido | ||
| 9.13 | Ensayo de torsión | Par de rotura | Todos los tornillos menos los de vástago expansivo |
| 9.14 | Ensayos de flexión por impacto | Trabajo de impacto | Probetas mecanizadas de tornillos de diámetro ≥ 16 mm |
Clases de calidad de los tornillos
Las clases de calidad de pernos, tornillos y bulones se indican con dos cifras, separadas por punto. La cifra de la izquierda del punto se refiere a la resistencia a la tracción en MPa dividida por 100. La cifra de la derecha indica diez veces la relación de límites de fluencia o de límites elásticos.
Por ejemplo, un tornillo de clase de calidad 9.8 tendría los siguientes valores nominales:
- Resistencia a la tracción nominal: Rm = 9 × 100 MPa = 900 MPa
- Relación de límites de fluencia: Re/Rm = 8 ÷ 10 = 0,8
- Límite de fluencia: Re = 0,8 × 900 MPa = 720 MPa
La clase de calidad de una tuerca se define con una única cifra, que corresponde a la clase de calidad máxima de un tornillo, con el que se puede emparejar dicha tuerca. Una tuerca de clase de calidad 9, por ejemplo, se podrá emparejar con un tornillo de clase de calidad hasta 9.8.
Esquema de las clases de calidad de tornillos
| Valor característico | 3,6 | 4,6 | 4,8 | 5,6 | 5,8 | 6,8 | 8,8 | 9,8 | 10,9 | 12,9 |
Límite de fluencia Re | 180 | 240 | 320 | 300 | 400 | 480 | 640 | 720 | 900 | 1080 |
| resistencia a la tracción Rm (N/mm²) | 330 | 400 | 420 | 500 | 520 | 600 | 830 | 900 | 1040 | 1220 |
Ensayo de tracción en tornillos según ISO 898-1, ISO 3506-1, ASTM F606
Los elementos de fijación son productos que se eligen con mucha precisión para la aplicación industrial y se adaptan con precisión a la construcción correspondiente. Para la seguridad de la unión atornillada es imprescindible la determinación exacta del módulo elástico y de los límites de la carga elástica durante ensayos de tracción, ya que de ellos se deducen las fuerzas límite para una unión atornillada segura.
El ensayo de tracción en todas sus variantes (apartados 9.1-5 y 9.7) deberá llevarse a cabo de acuerdo con la norma ISO 6892-1. Las normas ISO 898-1, ISO 3506-1 o ASTM F606 definen las particularidades del ensayo de tracción de los tornillos. La velocidad de ensayo, por ejemplo, no puede exceder los 25 mm/min. Además, en la determinación del límite de fluencia o límite elástico, la velocidad máxima será de 10 mm/min.
Para pernos, tornillos y bulones enteros podrán combinarse los ensayos definidos en los apartados 9.2 y 9.3 para determinar el límite elástico, la resistencia a tracción y el alargamiento después de la rotura en un ensayo de tracción.
Ensayo de tornillos: Mordazas para ensayos de tracción en tornillos según ISO 898-1
Ensayo de tornillos: Ensayo de tracción en tornillos según ISO 898-1:
Equipos para el ensayo de tracción en tornillos pernos y bulones según las normas ISO 898-1 e ISO 3506-1
Las dimensiones y la resistencia de los tornillos, pernos y bulones a ensayar es decisiva para el dimensionamiento de una máquina de ensayos de materiales. Para tornillos a partir de una rosca M8, recomendamos una Máquina de ensayos para cargas elevadas (Fmáx. A partir de 600 kN). Se requiere una fuerza máxima de 1200 kN para roscas M12 y superiores, e incluso una máquina de ensayos con una fuerza máxima de 2500 kN para roscas M18 y superiores.
El uso de portaprobetas templados permite realizar ensayos eficientes tanto de productos acabados como de tornillos y pernos roscados. La probeta se introduce con el portaprobetas adecuado por la parte frontal accesible de las y se centra automáticamente respecto al eje de tracción. Para el ensayo de tracción en plano inclinado hay portaprobetas disponibles en incrementos graduales de 4°,6° y 10°.
Para determinar los límites elásticos se requiere un extensómetro. En el ensayo de tracción de tornillos, bulones y pernos roscados, se pueden emplear todos los extensómetros más comunes, desde los de contacto, como el makroXtens, hasta el modelo sin contacto videoXtens.
Para sujetar la probeta en la máquina de ensayos se utilizan mordazas para ensayos de tornillos con los correspondientes portaprobetas para cabezas y roscas. De este modo se garantiza el mantenimiento de la longitud mínima de la probeta especificada en la norma.
Ensayo de carga de prueba en tornillos según ISO 898-1:
El ensayo de carga de prueba (apartado 9.6) es un ensayo de tracción realizado hasta una fuerza de ensayo predefinida. La fuerza de ensayo exacta depende de la rosca, el diámetro del elemento de fijación y de la clase de calidad. Dichas fuerzas están enumeradas en una tabla en la norma ISO 898-1.
Durante la aplicación de fuerza, la velocidad de ensayo no debe superar los 3 mm/min. La fuerza se mantiene durante 15 segundos y el ensayo se considera superado si el elemento de fijación no presenta ninguna deformación plástica dentro de la incertidumbre de medida admisible de ±12,5 μm después del ensayo.
Ensayo de impacto en tornillos y pernos roscados
En el ensayo de solidez de cabeza se introduce el tornillo o perno inclinado en un bloque previamente fijado. Mediante una solicitación de impacto, la cabeza del tornillo se doblará en un ángulo definido y no podrá presentar ningún signo de grietas. Este es un ensayo generalizado en elementos de fijación, tornillo o pernos, demasiado cortos son para el ensayo de tracción en plano inclinado.
El ensayo de tracción en plano inclinado solo se emplea en el ensayo de elementos de fijación si lo requiere una norma o si se acuerda entre fabricante y cliente.
Ensayo de dureza en elementos de fijación
Para determinar la dureza se admiten los métodos Vickers (ISO 6507-1), Brinell (ISO 6506-1) o Rockwell (ISO 6508-1).
Para la dureza Vickers se aplica un escalón de carga de HV 10. El ensayo de dureza Brinell se realiza principalmente con HBW 1/30 o HBW 2,5/187,5. En el ensayo de dureza Rockwell se emplea la escala B (HRB) para elementos de fijación de clases de calidad 4.6 – 6.8 y escala C (HRC) para las clases de calidad 8.8 – 12.9. En caso de arbitraje, deberá aplicarse el ensayo de dureza Vickers como referencia.
La dureza se mide en la sección transversal o en la superficie. En el primer caso, se tomará una muestra de sección transversal de la rosca. Se realizarán impresiones cerca del eje del tornillo y la dureza resultante se denominará dureza del núcleo. Si se mide la dureza en la superficie, deberá hacerse sobre un área plana (p. ej. en la cabeza, en el extremo o en el vástago sin rosca) tras eliminar todos los revestimientos.
En el ensayo de temple se mide la dureza Vickers antes y después del tratamiento térmico. La dureza no puede reducirse en más de 20 unidades Vickers.
En el ensayo de carburización y descarburización se mide la dureza Vickers con una fuerza de ensayo de 2,942 N (HV 0,3) en una sección longitudinal a lo largo del eje de la rosca. El ensayo se lleva a cabo en tres puntos definidos del área de la rosca con diferentes distancias respecto a la superficie. Si los valores de medición presentan diferencias son demasiado pequeñas o demasiado grandes, apuntan a una carburización o descarburización.
Ensayo de flexión por impacto en tornillos
El objeto del ensayo de flexión por impacto es analizar la capacidad de carga del material del tornillo, bulón o perno a baja temperatura. El diámetro nominal deberá ser de como mínimo 16 mm para poder cortar una probeta Charpy con entalla en V. La norma ISO 148-1 Ensayo de flexión por impacto con péndulo Charpy describe este método de ensayo.
