Fasteners

Metalografía de los elementos de fijación metálicos

Debido a su compleja geometría, los elementos de fijación metálicos como pernos, tornillos, pasadores y remaches pueden suponer un reto para los metalógrafos más experimentados. En esta nota de aplicación, encontrará métodos y técnicas probados para preparar elementos de fijación metálicos para ensayos metalográficos, incluidos los ensayos de pernos.

Descargue la nota de aplicación completa

La fijación: una parte esencial de muchos componentes industriales

Los elementos de fijación metálicos se utilizan en muchas aplicaciones para fijar piezas y componentes. Estos elementos de fijación a menudo son cruciales para la seguridad estructural. Esto significa que estos elementos metálicos de fijación son un objetivo muy común en las pruebas metalográficas tanto de los procesos como del control de calidad.

La metalografía se puede utilizar para realizar comprobaciones al azar de la materia prima, controlar y verificar el proceso de producción, y llevar a cabo análisis de fallos o pruebas de pernos. Las pruebas metalográficas que se realizan en los elementos de fijación metálicos van desde la comprobación de las dimensiones hasta el examen de la estructura y el análisis cuantitativo.

Tecnología de fijación

La tecnología de fijación incluye una amplia gama de elementos de sujeción y fijación. Los elementos de fijación metálicos, como los pernos, tornillos, pasadores y remaches, pueden dividirse en dos grandes grupos.
  • Los elementos de fijación roscados, como los pernos, tuercas y tornillos.
  • Los elementos de fijación no roscados, como los remaches y pasadores.

La elección de la solución de fijación y el material depende de los requisitos de la aplicación, incluida la resistencia, la torsión y las condiciones ambientales. Materiales y aplicaciones comunes de los elementos de fijación:

Material de fijación Aplicaciones comunes
Acero al carbono y bajo en carbono Soluciones de fijación en aplicaciones generales
Acero de alta resistencia Construcción e ingeniería mecánica
Acero inoxidable Soluciones de fijación altamente resistentes a la corrosión
Níquel y cobalto Soluciones de fijación para aplicaciones sujetas a altas temperaturas
Titanio Industrias aeronáutica, médica y alimentaria
Latón y cobre Rieles y adornos decorativos

Rieles y adornos decorativos

El metalógrafo se enfrenta a dos retos principales a la hora de preparar elementos de fijación metálicos para el análisis metalográfico.

Corte/sección: El tamaño y la forma del elemento de fijación metálico pueden suponer un desafío a la hora de sujetar dicho elemento de fijación para realizarle un corte transversal.

Elementos de fijación
Fig. 1: Corte del exceso de la cabeza del tornillo antes de la embutición

Embutición: Las hendiduras de contracción presentes en la rosca y la cabeza del elemento de sujeción metálico pueden impedir una buena retención de bordes y dificultar la limpieza de la muestra.

Elementos de fijación
Fig. 2: Rosca, decoloración debida a la hendidura de contracción

Para obtener una descripción completa de cómo superar estos retos, descargue la nota de aplicación completa.

Fabricación y tecnología de los elementos de fijación

Los elementos metálicos de fijación sencillos, es decir sin rosca, como los pasadores y las varillas, son una de las tecnologías de fijación más antiguas. Los remaches, tornillos y pernos roscados llegaron más tarde y se fabricaron por primera vez con metales preciosos.

Uno de los mayores avances en la tecnología de fijación llegó con los metales dúctiles que son capaces de soportar la presión del prensado y el laminado. En este punto, se adoptó el proceso de perfilado en frío para la producción en masa de elementos de fijación metálicos. Hoy en día, el conformado sin virutas (laminación) se utiliza ampliamente, ya sea mediante presión en frío o en caliente.

Perfilado en frío de los elementos de fijación metálicos
El prensado en frío es, con diferencia, el método más común para producir elementos de fijación metálicos. Se introduce un cable continuo en una prensa de extrusión. A continuación, se utiliza una matriz para comprimir el alambre y reducir su diámetro, hasta que se obtiene la forma correcta. Las roscas se forman mediante laminación en frío. En algunos casos, se puede usar el endurecimiento por inducción para aumentar la dureza de la superficie del elemento de fijación metálica.

  • En el caso de los elementos de fijación de acero de alta calidad, se utilizan varios tratamientos térmicos para lograr propiedades específicas del material.
  • Los aceros bajos en carbono se carburizan para crear una superficie dura con un centro blando y dúctil.
  • Los aceros al carbono se endurecen y templan.
  • Los tornillos de construcción de muy alta calidad se pueden mecanizar después de la conformación inicial para lograr formas, tolerancias y superficies específicas.

Conformado en caliente de elementos de fijación metálicos
El conformado en caliente puede seguir utilizándose para pernos de metal muy grandes o de formas complejas.

Protección contra la corrosión de los elementos de fijación metálicos
Para mejorar la protección contra la corrosión, los elementos de fijación pueden recubrirse con manganeso, zinc o fosfato de hierro y, a continuación, lubricarse. En caso de requerirse una mayor protección contra la corrosión, los elementos de fijación metálicos se pueden galvanizar con zinc y cadmio o cromo, o bien se les puede aplicar una capa de vapor con cadmio y aluminio.

Obtener más información
Para obtener una descripción detallada de los diversos procesos y tecnologías involucrados en la producción de elementos de fijación metálicos, descargue la nota de aplicación completa.

Elementos de fijación
Fig. 3: El estampado en frío es una operación básica mediante la cual el material de alambre redondo adquiere la forma necesaria mientras aún está "frío". La operación debe mantener la continuidad del grano para asegurar la integridad total del elemento de fijación metálico.

Elementos de fijación
Fig. 4: En el laminado de roscas, el blanco preformado se enrolla entre dos matrices planas con ranuras paralelas precisas. Esta operación, que puede realizarse en frío o en caliente, produce unos hilos laminados fuertes y lisos, y no desperdicia material.

Recomendaciones para cortar y embutir elementos de fijación metálicos

El principal reto al que nos enfrentamos a la hora de preparar elementos de fijación metálicos para ensayos metalográficos, incluidos los ensayos de pernos, es la geometría. Debido a su cabeza protuberante, puede ser difícil sujetar un elemento de fijación de forma segura cuando realizamos un corte transversal. Además, la cabeza curvada y la rosca pueden provocar hendiduras de contracción durante la embutición. Esto es especialmente importante en el caso de los metales recubiertos, ya que el recubrimiento del elemento de fijación no puede examinarse correctamente sin una buena retención de bordes.

A continuación, ofrecemos breves recomendaciones sobre cómo superar estos retos. Para obtener una descripción más detallada de cómo preparar elementos de fijación metálicos para el análisis metalográfico y las pruebas de pernos, descargue la nota de aplicación completa.

Corte/Sección: Cómo sujetar firmemente los elementos de fijación metálicos
  • En el caso de tornillos y pernos medianos o delgados, puede crear un soporte roscado especial que permita sujetar el tornillo o perno durante el corte.
  • En el caso de tornillos, remaches y pernos más pequeños, recorte la cabeza por un lado para que el elemento de fijación pueda colocarse plano. Después de la embutición, esmerile el elemento de fijación hasta el centro.

Embutición: Cómo evitar la formación de hendiduras de contracción en muestras de elementos de fijación metálicos
  • Para la embutición en caliente, utilice resinas o una embutición por compresión en caliente que contengan un material de carga duro, como DuroFast, PolyFast o LevoFast.
  • Para la embutición en frío, utilice resinas epoxi, como Epofix, ya que son las que presentan una menor contracción.
  • Antes de la embutición, limpie bien la muestra con un agente desengrasante.
  • Los tornillos y pernos muy pequeños deben embutirse utilizando una pieza de metal o plástico como, por ejemplo, un calzador para piezas. A continuación, esmerile el elemento de fijación hasta el centro.

Más información sobre las operaciones de corte y embutición
Elementos de fijación
Fig. 5: Un soporte especial para tornillos y pernos roscados.

Recomendaciones para el esmerilado y pulido de elementos de fijación metálicos

Cuando se preparen elementos de fijación para las pruebas metalográficas, puede ser necesario realizar un esmerilado grueso de la muestra hasta el centro. Esta operación puede realizarse en una máquina de esmerilado automática utilizando una piedra de esmerilado. El método específico de esmerilado y pulido debe basarse en el material del elemento de fijación.

A lo largo de los años, Struers ha desarrollado métodos de preparación específicos para numerosas soluciones, materiales y aplicaciones de fijación, incluidas las pruebas de pernos. En la nota de aplicación completa, encontrará métodos contrastados de preparación paso a paso para el esmerilado y el pulido de pernos de acero aleado y tornillos de latón.

Obtenga más información sobre las operaciones de esmerilado y pulido
Elementos de fijación
Fig. 6: Prueba de pernos: A la izquierda puede verse una división en la cabeza de un perno de acero al carbono causada por una costura, mientras que a la derecha se aprecia una sección transversal de la costura del perno grabada con un 3 % de nital.

Elementos de fijación
*Valor para 6 muestras embutidas, 30 mm de diám. Sujeta en un soporte.

Elementos de fijación
*Valor para 6 muestras embutidas, 30 mm de diám. Sujeta en un soporte.

El ataque de los elementos de fijación metálicos

A la hora de preparar elementos de fijación metálicos para el análisis metalográfico, se deberá elegir la solución y el método de ataque que mejor se adapten al metal con el que está fabricado el elemento de fijación.

Interpretación de los resultados

Muchos defectos mecánicos, como rebabas, grietas y pliegues, se pueden detectar mediante una inspección visual o con métodos no destructivos. Sin embargo, establecer cuál es la profundidad de un defecto puede requerir una preparación metalográfica adicional.
  • Los defectos microestructurales suelen estar causados por el tratamiento térmico, como el sobrecalentamiento, el crecimiento del grano o la descarburación.
  • Las fracturas suelen ser el resultado de la exposición a largo plazo a tensiones, como la flexión, el esfuerzo y el ciclo térmico.

Elementos de fijación
Fig. 7: Límites del grano fundidos a causa del sobrecalentamiento. Aleación a base de níquel, grabad con Kalling modificado.

La materialografía de los elementos de fijación metálicos

Los elementos de fijación metálicos roscados y no roscados, como pasadores y pernos, son una de las tecnologías de sujeción y fijación más antiguas. En la actualidad, los elementos de fijación metálicos se siguen utilizando ampliamente para la fijación y sujeción de piezas y componentes. Como resultado, las pruebas de elementos de fijación en general y de pernos en particular son procedimientos muy comunes para los metalógrafos.

Los ensayos metalográficos se suelen emplear para comprobar los daños mecánicos y térmicos causados durante la producción y el posterior tratamiento térmico.

Los principales desafíos a los que nos enfrentamos la hora de preparar los elementos de fijación para las pruebas metalográficas están causados por la geometría. La forma de la cabeza del elemento puede dificultar la sujeción firme del elemento de fijación durante el proceso de corte, mientras que las roscas pueden provocar hendiduras de contracción durante la embutición. Estos retos se pueden superar mediante el uso de técnicas y/o herramientas de preparación específicas. La elección del método de esmerilado, pulido y ataque deberá basarse en el material del que esté hecho el elemento de fijación.

Descargue la nota de aplicación para obtener una descripción completa de cómo preparar los elementos de fijación y los pernos para las pruebas, incluido un método de preparación paso a paso para el esmerilado y pulido de pernos de acero aleado y tornillos de latón.

Elementos de fijación
Fig. 8: Sección de la rosca que muestra descarburación, grabada con un 5 % de nital.

Obtenga la nota de aplicación completa.

¿Desea leer la nota de aplicación completa sobre la preparación metalográfica del cobre y sus aleaciones? Descárguela aquí

Infórmese sobre el resto de materiales

Si desea obtener más información sobre la materialografía del resto de metales y materiales, consulte nuestras páginas de materiales.

Holger Schnarr

Imágenes de Birgitte Nielsen, especialista en aplicación, Dinamarca