Tuercas hexagonales de acero al carbono: clases de propiedades, estándares y guía de recubrimientos

A tuerca hexagonal de acero al carbono se define por tres cosas que determinan si es adecuado para una aplicación determinada: el grado del acero y el contenido de carbono, la clase de propiedad que indica la resistencia a la tracción y a la carga de prueba, y el acabado de la superficie que lo protege de la corrosión. Mezclar cualquiera de estos, en particular combinar una tuerca de baja clase de propiedad con un perno de alta resistencia, es uno de los errores más comunes y peligrosos en la selección de sujetadores.

El contenido de carbono y el grado del acero determinan las propiedades mecánicas básicas

Las tuercas de acero al carbono generalmente se fabrican con acero de bajo a medio carbono, con un contenido de carbono generalmente entre 0,13% y 0,55% dependiendo del grado de resistencia requerido. Los aceros con bajo contenido de carbono (alrededor de 0,13 a 0,20 % de carbono) son más fáciles de conformar en frío y se utilizan para tuercas de resistencia estándar, mientras que los aceros con contenido medio de carbono (0,30 a 0,55 %) se utilizan donde se necesita una mayor resistencia a la tracción, a menudo combinados con un tratamiento térmico para lograr la dureza final.

El tratamiento térmico juega un papel importante para las clases de propiedades más altas: el enfriamiento y el revenido aumentan la dureza y la resistencia a la tracción, pero también pueden aumentar la fragilidad si no se controlan adecuadamente, razón por la cual las nueces de mayor calidad generalmente especifican tanto un rango de dureza como un límite mínimo/máximo en lugar de un único valor objetivo.

Clases de propiedad y correspondencia de tuercas con grados de pernos

Según las normas métricas ISO (ISO 898-2), las tuercas hexagonales están marcadas con un número de clase de propiedad que indica la carga de prueba que la tuerca puede soportar sin deformación permanente. Este número debe coincidir correctamente con la clase de propiedad del perno para garantizar que la unión funcione según lo diseñado: una tuerca con resistencia insuficiente puede desprenderse o deformarse bajo carga incluso si el perno en sí tiene la clasificación correcta.

Como regla práctica, el número de clase de propiedad de la tuerca debe ser igual o mayor que el primer dígito (o la parte del número entero) de la clase de propiedad del perno para garantizar que la tuerca no se convierta en el punto débil del conjunto.

Estándares dimensionales: diferencias DIN, ISO y ANSI

Las dimensiones de las tuercas hexagonales se rigen por varios estándares superpuestos, y mezclar estándares dentro de un conjunto puede causar problemas de ajuste incluso cuando los tamaños nominales de rosca parecen coincidir. DIN 934 e ISO 4032 son especificaciones de tuercas hexagonales estándar métricas ampliamente utilizadas y son en gran medida intercambiables para aplicaciones generales, mientras que DIN 6923 e ISO 4161 definen tuercas con brida hexagonal que integran una brida similar a una arandela para distribuir la carga y resistir el aflojamiento sin una arandela separada.

Las diferencias dimensionales clave que los compradores deben verificar incluyen:

• Ancho entre caras (el tamaño de la llave): generalmente consistente entre DIN e ISO para el mismo tamaño nominal, pero las tuercas ANSI/imperial utilizan un sistema de tamaño completamente diferente (por ejemplo, 1/2"-13 UNC versus M12)
• Altura/grosor de la tuerca: las tuercas hexagonales estándar y las tuercas delgadas (de contratuerca) difieren significativamente en altura; las contratuercas generalmente se usan como tuercas de seguridad o cuando el espacio es limitado.
• Paso de rosca: las roscas de paso grueso son estándar para uso general, mientras que las roscas de paso fino ofrecen un ajuste más fino y una resistencia ligeramente mayor al aflojamiento bajo vibración.
• Ángulo de chaflán en la cara del rodamiento: afecta la forma en que la tuerca se asienta contra la superficie de contacto y contribuye ligeramente a la distribución general de la carga.

Acabados superficiales y revestimientos para protección contra la corrosión

Las tuercas de acero al carbono desnudas son muy susceptibles a la oxidación, por lo que el tratamiento de la superficie casi siempre se especifica para cualquier uso que no sea en interiores y con baja humedad. La elección del revestimiento afecta no sólo a la resistencia a la corrosión sino también al coeficiente de fricción durante la instalación, lo que puede influir en la fuerza de sujeción real lograda con un valor de par determinado.

1. Galvanizado (galvanizado): Proporciona una resistencia moderada a la corrosión y un acabado brillante, pero el recubrimiento es relativamente delgado y puede desgastarse durante la instalación en roscas de tolerancia estricta.
2. Galvanizado en caliente: Produce una capa de zinc mucho más gruesa que ofrece una resistencia a la corrosión a largo plazo significativamente mejor para aplicaciones estructurales y exteriores, aunque el espesor añadido a veces requiere roscas internas de gran tamaño para mantener el espacio libre para el ensamblaje.
3. Óxido negro: Proporciona una protección mínima contra la corrosión por sí solo y generalmente se usa con aceite suplementario para una resistencia leve a la oxidación combinada con una apariencia de bajo brillo.
4. Recubrimientos Dacromet / Geomet: Recubrimientos a base de escamas de zinc que ofrecen alta resistencia a la corrosión con una capa delgada y consistente que no afecta significativamente el ajuste de la rosca, algo común en aplicaciones automotrices.

Para aplicaciones que combinan tuercas de acero al carbono con pernos de un metal diferente, como pernos de acero inoxidable en una tuerca de acero al carbono, la corrosión galvánica entre metales diferentes puede convertirse en una preocupación en ambientes húmedos o al aire libre, y se debe especificar un recubrimiento o método de aislamiento compatible en consecuencia.