¿Qué efecto tiene el material y el tratamiento de la superficie de los tornillos en sus propiedades?

El material y el tratamiento superficial de los pernos definen resistencia, corrosión, desgaste y duración de la precarga, así que son decisiones de diseño y no un detalle de compra. Lo mismo vale para las juntas de brida, cuyo material y recubrimiento se eligen según el medio y la temperatura antes de dimensionar el atornillado.

Cómo el material del perno determina sus propiedades

El material fija las propiedades mecánicas básicas: resistencia a la tracción, límite elástico, dureza, tenacidad y maquinabilidad. Lo habitual es acero al carbono, inoxidable o aleado, cobre y aluminio.

• Acero al carbono: el más fácil de mecanificar y roscar. Su resistencia se controla por tratamiento térmico y su corrosión por recubrimientos.
• Acero inoxidable: se elige con humedad, ácidos o álcalis; gana resistencia a la corrosión a costa de mecanizar peor.
• Acero aleado: las calidades templadas y revenidas dan la mayor resistencia, por eso van en uniones muy cargadas o calientes.
• Aleaciones de cobre y aluminio: por conductividad o bajo peso; su resistencia limita su uso a montajes ligeros.

Así, la resistencia y la dureza fijan la capacidad de carga, la corrosión la vida útil y la maquinabilidad el coste. Un perno resistente pero inadecuado para el medio fallará igual antes de tiempo.

Las condiciones de servicio deciden el material

El entorno descarta a menudo una calidad que por lo demás sería válida. El atornillado de las bridas de tubería de alta presión debe mantener precarga y sellado mientras el medio actúa sobre la unión.

Cuatro grupos de factores condicionan la selección.

Tabla 1 — Factores de servicio y su influencia típica en la selección de material y tratamiento de los pernos.

El primer filtro es la temperatura: con el calor, el acero al carbono pierde resistencia y aparece la fluencia, mientras las calidades aleadas e inoxidables la conservan mejor. Con el frío, algunos materiales pierden tenacidad y fallan de forma frágil, por eso se piden con tenacidad garantizada a la temperatura de trabajo. Las atmósferas corrosivas, marinas o con niebla salina empujan la elección hacia el inoxidable o el perno recubierto: un vástago corroído pierde sección y precarga.

El tipo de carga completa el cuadro. La estática hace decisivos la tracción y el límite elástico; la dinámica o de impacto exige tenacidad y resistencia a la fatiga. Donde hay fricción y desgaste —equipos móviles, minería, maquinaria pesada— conviene el perno endurecido o recubierto, con más dureza superficial.

Tratamientos superficiales y su aplicación real

El tratamiento superficial aporta lo que el material base no da: corrosión, dureza superficial, fricción y acabado.

• Galvanizado: barrera económica habitual contra la oxidación; el cinc protege de forma sacrificial al acero base.
• Cromado: sube la dureza superficial y la resistencia al desgaste y da un acabado brillante y limpio.
• Fosfatado: conversión porosa que retiene el lubricante y estabiliza el coeficiente de fricción.
• Pintado y otros recubrimientos orgánicos: barrera más gruesa frente a atmósferas agresivas, además de servir para codificar por color.
• Nitruración y otros tratamientos termoquímicos: suben la dureza superficial y la vida a fatiga sin cambiar el núcleo.

Dos precauciones prácticas. Los recubrimientos cambian la fricción, así que el par se toma para el perno recubierto y no para el acero desnudo. Y los pernos de alta resistencia galvanizados necesitan el horneado correcto de desfragilización; si no, puede quedar hidrógeno y aparecer fisuras diferidas.

Dónde se notan estas decisiones:

• Automoción y escape: los pernos inoxidables aguantan calor y medios corrosivos, y un recubrimiento adicional alarga la vida de la superficie.
• Edificios altos y puentes: los pernos de acero aleado de alta resistencia llevan grandes cargas, y la nitruración o el fosfatado mejoran desgaste y fatiga.
• Equipos electrónicos: los pernos de cobre se eligen por conductividad en placas de circuito y se doran o estañan para evitar la oxidación y estabilizar el contacto.

Preguntas frecuentes

¿Cómo influye el material del perno en la resistencia de la unión?

El material fija tracción, límite elástico, dureza y tenacidad. El acero aleado da más resistencia, el inoxidable suma protección frente a la corrosión y el al carbono queda limitado en medios agresivos.

¿Cuándo sustituir pernos de acero al carbono por inoxidables?

Cuando el ambiente sea húmedo, ácido, alcalino o marino. El al carbono se oxida, pierde sección y puede griparse; el inoxidable lo evita a cambio de coste y de mecanizar peor.

¿Cómo afecta el recubrimiento al par de apriete y a la precarga?

El recubrimiento cambia el coeficiente de fricción bajo cabeza y tuerca. El par se elige para el estado recubierto, o la unión quedará apretada de más o de menos.

¿Qué recubrimiento va mejor para ambiente exterior y marino?

El galvanizado sirve para exposición moderada; el pintado y otros recubrimientos orgánicos aguantan más en niebla salina o química. En servicio severo, el inoxidable es más fiable que el al carbono recubierto.