ISO® 10269
La norma EN ISO® 10269 es una norma europea que define las características técnicas y los requisitos de los materiales metálicos utilizados para tornillos, pernos y sistemas de fijación destinados a trabajar en condiciones de alta o baja temperatura. Esta norma es esencial para garantizar que los materiales elegidos puedan funcionar en entornos extremos manteniendo sus prestaciones mecánicas y su resistencia.
La norma abarca los productos de acero y aleaciones a base de níquel para la fabricación de tornillos, tirantes, pernos y tuercas. Estos materiales deben ser capaces de soportar cargas elevadas y condiciones ambientales duras, como altas temperaturas (hasta 500°C o más) y bajas temperaturas (hasta -200°C).
Aceros de alta temperatura
Los aceros diseñados para aplicaciones a altas temperaturas deben mantener la resistencia mecánica y la ductilidad incluso bajo esfuerzos térmicos y mecánicos. La norma EN ISO® 10269 divide estos aceros en distintas clases en función de su composición química y su comportamiento a temperaturas elevadas:
- Aceros al cromo-molibdeno (Cr-Mo): estos aceros, con adición de cromo y molibdeno, se utilizan habitualmente por su excelente resistencia a la deformación por fluencia y a la oxidación a altas temperaturas. El cromo mejora la resistencia a la corrosión y la oxidación, mientras que el molibdeno aumenta la resistencia mecánica a altas temperaturas. Suelen utilizarse en entornos entre 400°C y 600°C, y se emplean mucho en componentes de turbinas, calderas y tuberías.
- Aceros inoxidables austeníticos: Los aceros inoxidables austeníticos (como los AISI 304 y 316) se caracterizan por una elevada resistencia a la corrosión debido a su alto contenido en cromo y níquel. Estos aceros pueden soportar temperaturas de hasta unos 800°C, lo que los hace ideales para aplicaciones en entornos oxidantes y corrosivos, como los de las plantas químicas y petroquímicas.
Aleaciones de níquel
Las aleaciones de níquel se utilizan ampliamente en entornos extremos donde las temperaturas superan los límites de los aceros. La norma EN ISO® 10269 especifica las aleaciones de níquel de alto rendimiento que garantizan un funcionamiento estable y fiable hasta más de 800 °C.
- Aleaciones de níquel-cromo (Inconel): Las aleaciones de níquel que contienen cromo se encuentran entre las más utilizadas debido a su excelente resistencia a la oxidación y la corrosión en entornos de alta temperatura. Los sistemas de fijación como tornillos, tirantes y tuercas fabricados con las aleaciones 2.4668 INCONEL®718 y 2.4952 NIMONIC® 80, por ejemplo, mantienen propiedades mecánicas estables hasta unos 700°C. Estas aleaciones se utilizan en aplicaciones críticas, como motores a reacción y turbinas de gas, donde la combinación de resistencia a la fatiga y a la corrosión es crucial.
Requisitos mecánicos y pruebas
Los requisitos mecánicos especificados por la norma EN ISO® 10269 se refieren principalmente a la resistencia a la tracción, el comportamiento a la fluencia, la resiliencia, la dureza, la resistencia a la fatiga y la estabilidad dimensional. A continuación se muestra una tabla que resume los principales requisitos mecánicos para diversos materiales:
| Designación del material | Tipo | Rp 0,2% (MPa) min. | Rm (MPa) | Alargamiento tras rotura A% min. | Área de reducción Z% mín. | Energía de impacto (ISO®-V) 20°C KV2 J min. |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1,4913 (+QT) | Acero resistente a altas temperaturas | 750 | 900 – 1050 | 11 | 35 | 20 |
| 1,4923 (+QT1) | Acero resistente a altas temperaturas | 600 | 800 – 950 | 14 | 40 | 47 |
| 1,4923 (+QT2) | Acero resistente a altas temperaturas | 700 | 900 – 1050 | 12 | 40 | 20 |
| 1.4301 (+AT) | Acero inoxidable austenítico | 190 | 500 – 850(*) | 12 | 80 | |
| 1.4307 (+AT) | Acero inoxidable austenítico | 175 | 450 – 850(*) | 12 | 80 | |
| 1.4404 (+AT) | Acero inoxidable austenítico | 200 | 500 – 850(*) | 12 | 80 | |
| 1.4401 (+AT) | Acero inoxidable austenítico | 200 | 500 – 850(*) | 12 | 80 | |
| 1.4910 (+AT) | Acero inoxidable austenítico | 260 | 550 – 750 | 35 | 100 | |
| 1.4980 (+AT+P) | Acero resistente a altas temperaturas | 600 | 900 – 1150 | 15 | 50 | |
| 1.4986 (+WW+P) | Acero resistente a altas temperaturas | 500 | 650 – 850 | 16 | 50 | |
| 2,4952 (+AT+P) | Aleación de níquel | 600 | 1000 – 1300 | 12 | 12 | 22 |
| 2.4668 (+P) | Aleación de níquel | 1030 | mín. 1230 | 12 | 12 | |
| 2,4669 (+AT+P) | Aleación de níquel | 650 | 1000 – 1200 | 20 | 28 | 22 |
Las características mecánicas de los aceros adecuados para la fabricación de tornillos, tuercas, pernos y sistemas de fijación destinados a aplicaciones de alta temperatura varían en función de la temperatura de funcionamiento. Por tanto, la elección acertada del material adecuado para satisfacer las condiciones de diseño debe prever la pérdida de rendimiento durante el funcionamiento del sistema; en detalle, las tablas siguientes muestran los valores de Rp0,2 y Rm de los materiales más utilizados para la realización de tornillos, tuercas y tirantes para aplicaciones de alta temperatura, como turbinas de gas, sistemas de escape, sistemas de frenado, etc.
Gráfico variación del valor Rp 0,2% al aumentar la temperatura
Gráfico de la variación del valor Rm al aumentar la temperatura
Prueba de fluencia
La fluencia es la tendencia de un material a deformarse gradualmente bajo cargas constantes a lo largo del tiempo, especialmente a altas temperaturas. La resistencia a la fluencia es un parámetro crucial para los elementos de fijación y los pernos que funcionan en condiciones de esfuerzo prolongado. La norma EN ISO® 10269 establece ensayos de fluencia para determinar la deformación del material en función de:
- Carga aplicada
- Temperatura
- Tiempo (normalmente pruebas de larga duración, como 1000 ó 10.000 horas)
Durante el ensayo de fluencia, se mide la deformación plástica progresiva que sufre el material bajo una carga determinada a temperaturas elevadas. Es esencial que los materiales puedan soportar tales deformaciones dentro de límites aceptables para evitar que componentes críticos, como pernos y tornillos, pierdan su funcionalidad estructural.
Resistencia a la fatiga térmica
La resistencia a la fatiga es la capacidad de un material para soportar cargas cíclicas o repetidas sin sufrir un fallo prematuro. A altas temperaturas, el comportamiento a la fatiga de los materiales puede verse influido por ciclos de calentamiento y enfriamiento que inducen tensiones térmicas repetidas.
Los aceros de alta temperatura deben mostrar una buena resistencia a los ciclos térmicos para evitar grietas o agrietamientos, que pueden propagarse rápidamente y provocar la rotura del componente.
Las aleaciones de níquel, en virtud de su estabilidad térmica, ofrecen mejor resistencia a la fatiga que los aceros, especialmente en condiciones cíclicas extremas, como en los motores de aviación o las turbinas de gas.
La norma EN ISO® 10269 abarca los materiales críticos para el diseño de elementos de fijación y pernos destinados a funcionar en entornos de alta temperatura y condiciones de tensión extrema. Las aleaciones de níquel y los aceros de alta temperatura son las principales familias de materiales, cada una con características específicas en cuanto a resistencia mecánica y estabilidad térmica. Estos materiales garantizan seguridad y fiabilidad en las aplicaciones industriales más exigentes.
