ES2286308T3 - Elemento de fijacion a base de un acero que contiene carbono y el procedimiento para su fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de un elemento de fijación provisto de una punta funcional templada, elemento que se compone de un acero al carbono que forma martensita después del calentamiento hasta la temperatura de austenización y de un enfriamiento brusco, donde el elemento de fijación se calienta en su totalidad hasta la temperatura de austenización, se mantiene a esta temperatura y, a continuación, se enfría bruscamente y después se somete a un proceso de recocido, caracterizado porque el proceso de recocido se realiza por calentamiento inductivo hasta una temperatura por encima de la fragilidad de revenido y se limita a la zona del elemento de fijación que queda situada fuera de la punta funcional.
Description
Elemento de fijación a base de un acero que
contiene carbono y el procedimiento para su fabricación.
La invención se refiere a un procedimiento para
la fabricación de un elemento de fijación que tiene una punta
funcional templada compuesta de un acero con contenido de carbono
que forma martensita después del calentamiento hasta una
temperatura de austenización y el subsiguiente enfriamiento brusco,
donde el elemento de fijación se calienta en su totalidad hasta la
temperatura de austenización, se mantiene a esta temperatura y a
continuación se enfría bruscamente y se somete después a un proceso
de recocido. Se refiere, además, a un elemento de fijación,
especialmente un tornillo que tiene una zona de conformado de rosca
y, en caso dado, agujero, cuya estructura se compone parcialmente
de martensita, en parte de martensita recocida.
Los elementos de fijación a introducir en
materiales duros requieren una punta funcional con la
correspondiente dureza. En cuanto a la misma se puede tratar -en la
presente invención la preferida- de una zona de conformado de un
tornillo que forma una contrarrosca y, en caso dado, taladra
previamente el agujero necesario o de repujado. Sin embargo, la
punta funcional puede ser también la punta de introducción de un
perno para pistola de incrustar o el canto anular de un remache de
estampado.
En el caso de tornillos de acero al carbono de
baja aleación (acero para bonificar o acero de cementación) se
conoce el temple y recocido de los mismos en un horno de paso
continuo o el sistema de templarlos para cementación o recocerlos
mediante carburación o carbonitruración. Especialmente, después del
subsiguiente recubrimiento galvánico, tales tornillos son sensibles
a la rotura frágil o corrosión interna por fisuras retardadas,
inducidas por hidrógeno. Por la DE-AS 22 11 608 se
conoce, además, el sistema de proporcionar al segmento roscado de
un tornillo de este tipo una mayor dureza que se extiende solamente
de manera limitada dentro del núcleo de la rosca, la cual, por lo
demás, tiene una dureza menor (pero una resistencia mayor). Aunque
el temple por inducción, utilizado hasta entonces, permite la dureza
limitada deseada, se requiere el tratamiento individual de los
tornillos en una bobina toroidal con el correspondiente coste en
tiempo y costos.
Finalmente, también se conoce el sistema de
realizar un temple inductivo limitado en la zona de conformado
después de un temple completo de un tornillo compuesto de acero para
bonificar (calentamiento y mantenimiento de mayor duración hasta y
a la temperatura de austenización así como enfriamiento brusco con
agua o aceite) con el recocido subsiguiente, calentando la zona
marginal exterior de la zona de conformado durante un tiempo corto,
de nuevo hasta la temperatura de austenización y enfriando de nuevo
bruscamente. Así se convierte también solamente esta zona exterior
en martensita dura, mientras que el núcleo sigue teniendo la
estructura de la martensita recocida obtenida por el recocido
precedente. Sin embargo, entre esta zona exterior y la estructura
del núcleo se forman discontinuidades ya que se produce en este
punto un efecto de recocido no pretendido del calentamiento
inductivo. Estas discontinuidades pueden penetrar en dirección
radial de manera que desplazan parcialmente en este punto la
estructura bonificada existente y generan de esta forma una sección
transversal con riesgo de rotura por torsión.
La invención quiere sustituir el procedimiento,
en la mayoría de los casos de múltiples etapas y, en cualquier
caso, costoso para la fabricación de un elemento de fijación con
punta funcional dura, por una fabricación simplificada sin
limitación del espectro de aplicación de los elementos de fijación e
indicar también una conformación más sencilla de tales elementos de
fijación.
La realización del procedimiento de la invención
consiste en que el proceso de recocido se produce mediante el
calentamiento inductivo a una temperatura superior a la de la
fragilidad de revenido y se limita a una zona del elemento de
fijación situada fuera de la punta funcional. Esto se basa sobre la
idea subyacente de que la dureza de la estructura de martensita
formada por la austenización conocida y el enfriamiento rápido
sucesivo es la suficiente para los fines de aplicación en un
contramaterial duro. Según otro desarrollo es posible aumentar
todavía más esta dureza por carburación o carbonitruración en la
zona cerca del borde. Después se reduce de nuevo la dureza de la
estructura de martensita (en interés de una mayor resistencia) no
por calentamiento de todo el elemento de fijación a temperatura de
recocido y tampoco la punta funcional se somete a un mayor
tratamiento especial -es decir, por ejemplo, la zona de conformado
de un tornillo- para formar roscas y, en caso dado, agujeros, sino
que se obtiene una estructura bonificada de martensita recocido en
el resto del elemento de fijación (por ejemplo un tornillo) que no
pertenece a la punta funcional o zona de conformado, por medio de
un recocido parcial corto mediante calentamiento inductivo,
estructura que puede resistir las tensiones producidas en estado de
fijación sin que se produzca la corrosión por fisuras por tensión y
formación de rotura frágil. El tratamiento de recocido en el horno
se suprime y se reduce, correspondientemente, el costo de
fabricación.
Aquí se ha de entender por martensita, además de
la martensita no recocida, también la martensita de tensiones
atenuadas y de recocido débil. Puede resultar si el elemento de
fijación se somete, por ejemplo, a un tratamiento de temple
(aproximadamente 180º - 220ºC) después de un recubrimiento galvánico
o un tratamiento de ahornado/endurecimiento (aproximadamente 300ºC)
dentro del marco de recubrimiento por inmersión. Frente a esto, el
calentamiento hasta una temperatura por encima de la fragilidad de
revenido (\geq 360ºC) conduce a martensita (fuertemente)
recocida.
La dureza de la punta funcional puede aumentarse
además, si se somete la misma, como mínimo, durante el calentamiento
y el mantenimiento, a temperatura de austenización a una
carburación o carbonitruración. La dureza exterior de la punta
funcional/zona de conformado de roscas puede aumentarse así a 750 -
950 HV0,3 con una dureza del núcleo de 350 - 650 HV0,3. Si también
se somete a carburación o carbonitruración la zona del elemento de
fijación situada fuera de la punta funcional, resultan en total
cuatro zonas con una dureza diferente, a saber, dos en dirección
axial (punta/vástago) y dos en dirección radial (zona
exterior/núcleo).
El calentamiento inductivo preferido del
elemento de fijación al pasar por un inductor lineal permite una
alta velocidad de tratamiento y una descarga de magnitud
correspondiente que reduce todavía más el sobrecoste de tales
elementos de fijación frente a la misma calidad tradicional. Durante
el calentamiento inductivo de la longitud restante del elemento de
fijación, es decir de todos los segmentos situados fuera de su punta
funcional, se enfría ventajosamente la punta funcional -por ejemplo
en un baño de agua- para no afectar su dureza por el calentamiento
hasta temperatura de recocido.
Si el elemento de fijación es un tornillo, la
punta funcional queda formada por una zona de conformado, como
mínimo, para formar roscas. La misma puede continuar, sin embargo,
hacia la punta de roscado en un tramo para formar agujeros, es
decir un segmento de taladrado o un segmento para formar agujeros
continuos. De manera comparable, el elemento de fijación también
puede ser un perno para pistolas de incrustar o un remache,
especialmente un remache de estampado.
De forma correspondiente, un elemento de
fijación según la invención con una punta funcional templada
consiste de un acero con contenido de carbono cuya estructura es
parcialmente martensítica, parcialmente martensítica recocida,
mientras que la punta funcional es totalmente martensítica y el
resto del elemento de fijación se compone de una martensita
recocida durante poco tiempo por calentamiento inductivo. La punta
funcional compuesta de martensita tiene la dureza suficiente para
incrustar el elemento de fijación en un objeto duro, mientras que
la martensita recocida del restante elemento de fijación (debido a
su calentamiento inductivo durante un tiempo corto hasta la
temperatura de recocido) tiene un valor de resiliencia que permite
que resista incluso bajo tensión al riesgo de una formación de
rotura frágil inducida por hidrógeno o de una corrosión de fisuras
por tensión. Aquí se ha de entender por martensita, además de la
martensita no recocida, también martensita distensada y poco
recocida.
Ejemplo
Con el fin de formar una cabeza de tornillo se
recalca un extremo de un trozo de alambre (barra) de acero al
carbono de baja aleación como SAE 1018/18B3/16MnCr5 (que se puede
templar por carburación o carbonitruración) o SAE
1022/22MnB4Cr/35B2/34CrMo4 (que se puede bonificar) o un acero al
carbono de alta aleación como por ejemplo X20Cr13 ó X38CrMoV15 (es
decir acero fino). En el otro extremo se conforma mediante presión
una parte de la punta funcional que forma el taladro o un agujero
continuo. A continuación se aplica por laminación una rosca sobre
el vástago intermedio, rosca cuyos filetes iniciales sirven para
formar una rosca y que son parte de la zona de conformado que
constituye la punta funcional.
El tornillo para tubos se calienta entonces en
el horno hasta la temperatura de austenización y se mantiene a esta
temperatura durante 10 a 60 minutos según el material/las
dimensiones/el tipo de horno. El acero se puede someter a temple a
carburación o carbonitruración. A continuación se enfría bruscamente
el tornillo en agua o aceite.
Después se calientan inductivamente las
secciones del tornillo que quedan fuera de la punta funcional
(cabeza, en caso dado vástago sin rosca, filetes de sujeción de la
rosca) hasta una temperatura de recocido en un inductor lineal
durante 3 a 60 segundos, mientras que al mismo tiempo se enfría la
punta funcional, por ejemplo en un baño de agua.
A continuación se puede recubrir el tornillo
como protección contra la corrosión.
Claims (14)
1. Procedimiento para la fabricación de un
elemento de fijación provisto de una punta funcional templada,
elemento que se compone de un acero al carbono que forma martensita
después del calentamiento hasta la temperatura de austenización y
de un enfriamiento brusco, donde el elemento de fijación se calienta
en su totalidad hasta la temperatura de austenización, se mantiene
a esta temperatura y, a continuación, se enfría bruscamente y
después se somete a un proceso de recocido, caracterizado
porque el proceso de recocido se realiza por calentamiento
inductivo hasta una temperatura por encima de la fragilidad de
revenido y se limita a la zona del elemento de fijación que queda
situada fuera de la punta funcional.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque como acero al carbono se utiliza un
acero al carbono de baja aleación.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque como acero al carbono se utiliza un
acero al carbono de alta aleación.
4. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque la punta funcional se somete durante el
calentamiento a temperatura de austenización, como mínimo, a una
carburación o carbonitruración.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado porque el calentamiento
inductivo se realiza durante el paso por un inductor lineal.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado porque la punta funcional
se enfría durante el calentamiento inductivo del resto del elemento
de fijación.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado porque el elemento de
fijación es un tornillo y porque la punta funcional es una zona de
conformado de rosca o, eventualmente, de taladro.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado porque el elemento de
fijación es un clavo para pistola o un perno de impacto.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado porque el elemento de
fijación es un remache, especialmente un remache estampado.
10. Elemento de fijación compuesto de un acero
al carbono y que tiene una punta funcional templada, elemento de
fijación cuya estructura se compone en parte de martensita en parte
de martensita recocida, caracterizado porque la punta
funcional es maciza de martensita y el resto del elemento de
fijación de una martensita recocida por un calentamiento inductivo
durante poco tiempo hasta una temperatura por encima de la
fragilidad de revenido.
11. Elemento de fijación según la reivindicación
10,
caracterizado porque la zona exterior,
como mínimo de la punta funcional, está templada debido a la
carburación o carbonitruración.
12. Elemento de fijación según la reivindicación
10 u 11,
caracterizado porque es un tornillo y
porque la punta funcional es una zona de conformado de una rosca así
como, eventualmente, un taladro.
13. Elemento de fijación según la reivindicación
10 u 11,
caracterizado porque es un clavo para
pistola o un perno de impacto.
14. Elemento de fijación según la reivindicación
10 u 11,
caracterizado porque es un remache,
especialmente un remache estampado.
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