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Ensayo de pernos, tornillos y bulones según las normas DIN EN ISO 898-1, ASTM F606-1 y DIN EN ISO 3506-1

En el ensayo de tornillos, pernos y bulones según las normas DIN EN ISO 898-1, ASTM F606-1, DIN EN ISO 3506-1 se determinan las propiedades mecánicas como, por ejemplo, la resistencia a tracción, el límite elástico, el alargamiento de rotura o la dureza.

Como uno de los elementos de fijación más importantes, los tornillos 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 alta complejidad, así como de vehículos y edificios. Dado que los esfuerzos mecánicos se concentran en estos puntos de conexión, la integridad de tornillos y tuercas es de extrema importancia; por ello, están sometidos a estrictas medidas de seguridad.

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Clases de calidad

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.

Ensayo de tracción para pernos, tornillos y bulones

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 los ensayos de tracción, ya que a partir de estos se especifican 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. La velocidad de ensayo no podrá 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.

Productos para ensayos de tracción en tornillos, pernos y bulones

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.

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 mordazas 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 longitudinal. En el ensayo de tracción de tornillos y pernos roscados, se pueden emplear todos los extensómetros más comunes, desde los de contacto, como el makroXtens, hasta el modelo sin contacto videoXtens.

Ensayo de carga de prueba para pernos, tornillos y bulones

El ensayo de carga de prueba (apartado 9.6) es un ensayo de tracción realizado hasta una fuerza de ensayo prevista. 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 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.

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Ensayo de impacto en tornillos y pernos roscados

En el ensayo de impacto 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 torsión para pernos y tornillos

En el ensayo de torsión se determina el par de rotura. Los requisitos y el método de ensayo están especificados en la ISO 898-7 (ensayo de torsión y pares de rotura mínimos para pernos y tornillos).

Ensayo de flexión por impacto en elementos de fijación

El objeto del ensayo de flexión por impacto es ensayar la capacidad de carga del material del tornillo 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 choque con péndulo Charpy) describe el método de ensayo.

Productos relacionados para el ensayo de dureza

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