Guía de rendimiento de pernos y tornillos según las normas ISO 8981 y EN 208981

Imagina un rascacielos, un vehículo de alta velocidad o maquinaria de precisión: su estabilidad y seguridad a menudo dependen de pernos y tornillos aparentemente insignificantes. Estos pequeños sujetadores soportan enormes fuerzas de tracción, cizallamiento e incluso torsión. ¿Cómo podemos asegurar que resistan la presión en momentos críticos y mantengan la integridad estructural? La respuesta reside en una comprensión profunda de sus propiedades mecánicas y en una selección adecuada.

Este artículo proporciona una guía completa de las propiedades mecánicas de los pernos y tornillos de acero según las normas ISO 898-1 y EN 20898-1, ofreciendo a ingenieros y diseñadores una referencia rápida para tomar decisiones informadas durante los procesos de diseño, fabricación y mantenimiento.

ISO 898-1 y EN 20898-1 son normas reconocidas internacionalmente que especifican las propiedades mecánicas de los pernos, tornillos y espárragos de acero. Estas normas definen los requisitos de resistencia a la tracción, límite elástico, dureza, límite de fluencia y alargamiento después de la fractura para diferentes clases de propiedad. La comprensión de estos parámetros permite a los profesionales seleccionar los sujetadores apropiados para aplicaciones específicas, garantizando conexiones fiables y seguras.

La clase de propiedad sirve como una "tarjeta de identidad" para pernos y tornillos, indicando claramente sus características de rendimiento mecánico. Las clases de propiedad comunes incluyen 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9 y 12.9. Estos números tienen significados específicos:

• Primer número: Representa 1/100 de la resistencia a la tracción (Rm) del sujetador. Por ejemplo, un perno de clase 8.8 tiene una resistencia a la tracción de 800 MPa.
• Segundo número: Indica la relación entre el límite elástico (Rel o Rp0.2) y la resistencia a la tracción (Rm) multiplicado por 10. Para un perno de clase 8.8, esta relación es 0.8, lo que significa que el límite elástico es de 640 MPa.

Estos números proporcionan una visión rápida de las características de resistencia fundamentales de un sujetador, sirviendo como referencias valiosas durante la selección.

Más allá de las clases de propiedad, varias propiedades mecánicas críticas requieren comprensión:

• Resistencia a la tracción (Rm): La tensión máxima que un material puede soportar durante el estiramiento. Una mayor resistencia a la tracción significa una mayor resistencia a la rotura bajo tensión.
• Límite elástico (Rel o Rp0.2): La tensión a la que el material comienza la deformación plástica. Un límite elástico más alto indica una mejor resistencia a la deformación permanente.
• Dureza Vickers (HV): Mide la resistencia a la deformación plástica localizada. Una mayor dureza mejora la resistencia al desgaste y la resistencia a la compresión.
• Dureza Brinell (HB): Similar a la dureza Vickers, pero utiliza diferentes métodos de ensayo.
• Dureza Rockwell (HR): Otra medición de la dureza con diferentes escalas (por ejemplo, HRC, HRB) basadas en variaciones del indentador y la carga.
• Dureza superficial (HV 0.3): Mide la dureza superficial, típicamente utilizada para evaluar la efectividad del tratamiento superficial.
• Límite de fluencia (Sp): La tensión máxima que un sujetador puede soportar en condiciones de ensayo especificadas, a menudo utilizada para evaluar el rendimiento a la fatiga.
• Alargamiento después de la fractura (A5): La relación entre el aumento de longitud después de la fractura y la longitud original. Los valores más altos indican una mejor plasticidad y adaptabilidad a la deformación.

La siguiente tabla detalla las propiedades mecánicas para varias clases de propiedad de pernos y tornillos de acero, incluyendo la resistencia a la tracción, el límite elástico, la dureza, el límite de fluencia y el alargamiento después de la fractura. Tenga en cuenta que para algunas clases (por ejemplo, 3.6), las propiedades difieren entre diámetros ≤16 mm y >16 mm.

Más allá de las propiedades de tracción, la resistencia a la torsión es igualmente crucial. El par de rotura se refiere al par mínimo requerido para causar una falla por torsión en un sujetador. Esto se vuelve particularmente importante en aplicaciones que involucran cargas rotacionales o vibratorias.

ISO 898-7 y DIN 267 pt25 especifican los métodos de ensayo y los requisitos para el par de rotura de pernos y tornillos. La siguiente tabla muestra los valores mínimos de par de rotura para diferentes tamaños de rosca y clases de propiedad.

La elección de pernos y tornillos apropiados requiere una cuidadosa evaluación de múltiples factores:

1. Aplicación: Diferentes escenarios exigen diferentes características de rendimiento. Los entornos con alta vibración requieren una resistencia superior a la fatiga, mientras que las aplicaciones a altas temperaturas necesitan materiales resistentes al calor.
2. Tipo de carga: Identifique si los sujetadores experimentarán principalmente cargas de tracción, cizallamiento, flexión o torsión, y luego seleccione en consecuencia.
3. Materiales que se unen: La composición de los materiales conectados (acero, aluminio, plástico, etc.) influye en la elección del material del sujetador y el tratamiento superficial.
4. Condiciones ambientales: La humedad, la temperatura y los elementos corrosivos dictan los niveles necesarios de resistencia a la corrosión.
5. Método de instalación: Los requisitos de precarga y las técnicas de apriete afectan la selección del tamaño y la forma.

Considere una conexión de estructura de acero que requiere alta resistencia a la tracción en condiciones de humedad. Un perno de alta resistencia de clase 8.8 con revestimiento de zinc sería apropiado:

1. Determinar la carga: Calcule la carga máxima de tracción mediante el análisis estructural.
2. Seleccionar el diámetro: Elija el diámetro en función de la carga y la resistencia a la tracción, aplicando los factores de seguridad adecuados.
3. Elegir el material/clase: Seleccione acero de alta resistencia de clase 8.8.
4. Tratamiento superficial: Especifique el revestimiento de zinc para la resistencia a la corrosión.
5. Determinar la longitud: Calcule en función del grosor del material y los requisitos de apriete.

Aunque pequeños, los pernos y tornillos juegan un papel monumental en la seguridad estructural y la fiabilidad de los equipos. La selección y aplicación adecuadas, guiadas por normas como ISO 898-1 y EN 20898-1, garantizan un rendimiento óptimo. Al comprender las propiedades mecánicas y evaluar cuidadosamente los requisitos de la aplicación, los ingenieros pueden tomar decisiones informadas que mantienen la integridad estructural en innumerables industrias.