Pruebas de dureza: para que las fijaciones y los tornillos cumplan lo que prometen

¿Por qué debe comprobarse la dureza de los tornillos y elementos de fijación?

Los tornillos y elementos de fijación, como los pernos, deben mantener unidos los componentes de forma segura bajo una amplia gama de cargas mecánicas. Las condiciones ambientales imponen exigencias adicionales a las propiedades del material, la estructura y el estado de la superficie. Además, existen normas y reglamentos que los fabricantes de tornillos deben tener en cuenta en sus productos. Además de la mezcla de materiales cuando se recibe la materia prima, la inspección de defectos superficiales en busca de grietas desempeña un papel importante. A continuación, se comprueba la resistencia del producto final, que suele determinarse de forma destructiva en una selección de piezas en una máquina de ensayos de tracción. Los tornillos se clasifican en clases de propiedades o seguridad con las marcas correspondientes según la norma. Estas marcas son muy extensas, como sugieren los muchos tipos diferentes de tornillos. Los tornillos de acero estructural, por ejemplo, se dividen en clases de resistencia en función de la resistencia a la tracción y el límite elástico, con una designación uniforme en la cabeza o en el eje del tornillo. "M8.8" significa M = dimensión métrica del tornillo de cabeza hexagonal, 8 x 100 = 800 MPa de resistencia a la tracción y 8 x 8 x 100 = 640 MPa de límite elástico, mientras que "M12.9" equivaldría a 12 x 100 = 1200 MPa y 12 x 9 x 100 = 1080 MPa. Estos son dos de los requisitos mínimos que deben cumplirse y que se pueden encontrar en las llamadas fibras de tornillo.

Puesto que la resistencia a la tracción se correlaciona positivamente con la dureza del material (≥HV 10) y existen reglas empíricas de conversión, por ejemplo, según la norma EN ISO 18265, el ensayo de dureza también se utiliza repetidamente para la evaluación de la calidad por razones prácticas. Esto es especialmente importante cuando hay que inspeccionar un mayor número de tornillos, pernos, etc. y/o las dimensiones geométricas se oponen a un ensayo de tracción. Aunque el ensayo clásico de dureza Vickers, Brinell y Rockwell es más flexible, suele requerir un complejo procesamiento de la superficie o el tornillo debe cortarse y, con frecuencia, incrustarse para el proceso de ensayo. Se está intentando evitar este trabajo adicional utilizando métodos móviles de ensayo de dureza como el método UCI (Impedancia de Contacto Ultrasónica; en inglés: Ultrasonic contact impedance). Sin embargo, tampoco en este caso existe una declaración general sobre la aplicabilidad. Debido a la gran variabilidad de las características de los tornillos y pernos, es muy recomendable realizar previamente ensayos sobre muestras. La situación se vuelve especialmente volátil si, a pesar de todas las medidas de precaución, los tornillos relevantes para la seguridad ya están instalados en el vehículo o en la obra, por ejemplo, y su posterior retirada resulta muy difícil. Aquí es también donde entra en juego la medición de la dureza con UCI para las pruebas de confusión, ya que la medición puede realizarse directamente en la pieza instalada en cualquier dirección de forma rápida y segura.

Haga clic aquí para obtener más información sobre el método de prueba de dureza UCI.

Pruebas de dureza de tornillos y pernos: ¿cómo se realizan?

• ¿Cuáles son las soluciones actuales?
• ¿En qué fallan estos enfoques?
• ¿Cuáles son los retos en los ensayos de dureza de tornillos y elementos de fijación?
• ¿Cuáles son los factores limitantes?

Preguntas y más preguntas a las que responderemos:

Los tornillos y pernos se fabrican optimizados para la aplicación. Esto incluye recubrimientos superficiales contra la corrosión o para obtener propiedades óptimas de deslizamiento e incluso propiedades locales de dureza o resistencia mediante tratamiento térmico. Así, en puntos predeterminados como la cabeza del tornillo, el eje y el extremo, la dureza del núcleo y la dureza de la superficie deben ensayarse con fuerzas de ensayo definidas entre HV 0,3 y HV 10. En consecuencia, los métodos de ensayo de dureza deben ajustarse a estas tareas. Antes de medir el material, deben eliminarse los recubrimientos superficiales. Las mediciones en el eje son difíciles para el ensayo de dureza Vickers porque la superficie normalmente debe ser rectificada plana para capturar adecuadamente las diagonales de la indentación. El lugar de ensayo en el tornillo debe ser fácilmente accesible, lo que a menudo requiere el desmontaje del tornillo debido a la compleja configuración de una máquina de ensayo. Por último, el tornillo también debe estar correctamente alineado (incrustado y pulido) en el caso de un cuerpo cónico, porque de lo contrario, dependiendo del paso, la óptica no puede enfocarse lo suficientemente bien como para evaluar la indentación de prueba.

¿Cuáles son los métodos de ensayo de dureza?

En función de los requisitos, existen varios métodos de ensayo. Los más comunes son los siguientes

• Martens (dureza universal)
• Vickers (HV)
• Rockwell (HR)
• Brinell
• Knoop
• Shore
• Barcol
• Buchholz

¿Un paso adelante en el ensayo de elementos de fijación y tornillos con la tecnología de medición UCI?

¿Por qué o cuándo y dónde es más adecuado el método UCI para el ensayo de dureza de tornillos y elementos de fijación?

La esencia del ensayo de dureza UCI es la medición de la impedancia acústica de un cuerpo mediante el desplazamiento de frecuencia de una varilla que vibra en resonancia con diamantes Vickers. La dureza del material se determina a partir del desplazamiento de frecuencia Δf a una determinada fuerza de ensayo predefinida. En este caso, la escala de dureza Vickers constituye la referencia para cada material. Los dispositivos UCI están ajustados a materiales con un módulo de elasticidad de aproximadamente 210 GPa y pueden ajustarse con precisión a la nueva tarea mediante una medición comparativa con un dispositivo de ensayo de dureza Vickers. Esto sólo es necesario una vez, ya que los datos de ajuste pueden recuperarse de nuevo de la memoria de forma reproducible.

SONODUR 3 y UCI pruebas de medición

De este modo, el ensayo de tornillos con UCI es muy fácil y rápido mediante una única comparación con la escala Vickers. Dado que las sondas UCI tienen forma de alfiler con puntas de prueba delgadas (Φ 2,5 mm o especialmente Φ 1,7 mm), son adecuadas para realizar ensayos de dureza en posiciones de difícil acceso.

No obstante, en este punto deben observarse las condiciones límite de la aplicación del método UCI. La superficie debe estar limpia o pulida, pero no necesariamente brillante. Además, el lugar de medición debe ser accesible para la punta de la sonda. El componente debe ser sólido y estar desacoplado de posibles resonancias del componente. Las resonancias suelen reconocerse muy bien por la fuerte dispersión y los valores medidos excesivamente altos o demasiado bajos, que están muy lejos del rango esperado.

Los ejes pueden seguir midiéndose hasta Φ 3 mm sin precauciones especiales según la norma DIN 50159-1. Con fuerzas de prueba entre HV 0,1 UCI (sondas de medición de motor) y HV 10 UCI (sondas de medición manuales), los tornillos pueden medirse enteros o también empotrados, tanto manualmente como en un soporte. Gracias a la rapidez de la medición UCI combinada con su alta precisión, es posible realizar un gran número de mediciones en comparación con los métodos clásicos. Como resultado, series completas de mediciones pueden proporcionar una imagen detallada del resultado del tratamiento conseguido mediante el escaneado del eje.

Una herramienta adecuada para comprobar la dureza de tornillos y elementos de fijación

SONODUR 3: ensayo de dureza portátil para una máxima flexibilidad y resultados fiables

Entre los durómetros UCI, el SONODUR 3 está predestinado para tareas de ensayo difíciles. Actualmente dispone de la gama de sondas y accesorios más amplia del mercado. A través de la pantalla táctil se pueden buscar y evaluar rápidamente amplias series de mediciones en busca de mediciones defectuosas: basta con pulsar "valores extremos". SONODUR 3 localizará el valor medido sospechoso. Además, tanto la gestión de las pruebas (tablas de conversión, función de ajuste CAL y tiempo de penetración) como las posibilidades de documentación (formatos de datos CSV, .txt, HTML, inalámbrico, USB, foto) constituyen un argumento de peso para el uso de SONODUR 3.

Descubre las ventajas del SONODUR 3!