Tornillo de resistencia ultraalta con elevada relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción.

Tornillo de alta resistencia (2) con una estructura de bainita,

caracterizado por que la estructura de bainita se extiende esencialmente a lo largo de toda la sección transversal del tornillo (2) y el tornillo (2) presenta una relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción entre 0,97 y 1,05 y un alargamiento uniforme de al menos el 0,5 %.

Tornillo de resistencia ultraalta con elevada relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción Campo técnico de la invención La invención se refiere a un tornillo de alta resistencia, a una unión roscada con un tornillo de alta resistencia y a un componente y a un procedimiento para la fabricación de un tornillo de alta resistencia.

Estado de la técnica Un tornillo de resistencia ultraalta con una estructura de bainita, una unión roscada con un tornillo de este tipo y un componente, así como un procedimiento para la fabricación de un tornillo de este tipo se conocen de la solicitud de patente alemana DE 10 2008 041 391 A1. La estructura de bainita se fabricó mediante temple austenítico y se extiende esencialmente a lo largo de toda la sección transversal del tornillo. El tornillo posee por ello una resistencia a la tracción Rm de al menos 1.400 N/mm2. Gracias a la estructura de bainita, el tornillo presenta valores de resistencia extremadamente elevados junto con valores de tenacidad máximos. El tornillo presenta, en particular, una relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción inferior al 90 % y, preferentemente, inferior al 80 %.

Otro estado de la técnica está descrito en el apartado "estado de la técnica" de la solicitud de patente alemana DE 10 2008 041 391 A1 anteriormente descrita.

Otro estado de la técnica se conoce del procedimiento de examen de la solicitud de patente alemana DE 10 2008 041 391 A1 anteriormente descrita. Se trata, a este respecto, de los documentos DE 28 17 628 C2, DE 1 758 287 A, DE 1 558 505 A, DE 23 26 882 A, DE 698 07 297 T2, JP 09263875 A resúmenes de patentes de Japón, DE 10 2005 004 712 A1 así como "Verbindungselement "Pass-Dehn-Schraube"-Mehrfachverschraubung im überelastischen Bereich" en "Der Konstrukteur 4", 1986, pág. 40, 42, 44.

Un tornillo de alta resistencia con una estructura de bainita se conoce además de la solicitud de patente japonesa JP 09 263 875. En la tabla 2 contenida allí se indica, en la octava columna desde la izquierda señalada mediante la unidad "MPa", el límite de alargamiento del 0, 2 % Rp0, 2. En la novena columna, indicada a su derecha, se indican valores para la resistencia a la tracción Rm. Si se dividen los valores de la columna 8 por los de la columna 9, se pueden calcular relaciones de límite de fluencia/resistencia a la tracción entre 0, 95 y 0, 96.

Objetivo de la invención La presente invención tiene por objetivo proporcionar un tornillo de alta resistencia con una elevada ductilidad, que sea muy apropiado para un apriete múltiple.

Solución El objetivo de la invención se consigue, de acuerdo con la invención, con las características de las reivindicaciones independientes.

Otras configuraciones preferentes de acuerdo con la invención se pueden encontrar en las reivindicaciones dependientes.

Descripción de la invención La invención se refiere a un tornillo de alta resistencia con una estructura de bainita que presenta una relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción de al menos 0, 95.

La invención se refiere además a una unión roscada con un tornillo de alta resistencia de este tipo y un componente que va atornillado al tornillo de alta resistencia.

La invención se refiere también a un procedimiento para la fabricación de un tornillo de alta resistencia, en el que un tornillo que presenta una estructura de bainita se somete de tal forma a un tratamiento térmico, que el tornillo obtiene una relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción de al menos 0, 95.

Definiciones Relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción: por relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción se entiende la relación del límite de alargamiento del 0, 2 % Rp0, 2 con respecto a la resistencia a la tracción Rm.

Tornillo de alta resistencia: por un tornillo de alta resistencia se entiende un tornillo con una resistencia a la tracción Rm de al menos 800 N/mm2. Hasta ahora, en el estado de la técnica se entendía por tornillos de alta

resistencia esencialmente tornillos de las clases de resistencia 8.8, 10.9 y 12.9.

Tornillo de resistencia ultraalta: por un tornillo de resistencia ultraalta se entiende un tornillo con una resistencia a la tracción Rm de al menos 1.400 N/mm2.

Alargamiento uniforme: por el alargamiento uniforme se entiende la alteración plástica de la longitud referida a la longitud inicial en el ensayo de tracción al solicitar el tornillo con la fuerza asignada a la resistencia a la tracción Rm. El alargamiento uniforme indica, por lo tanto, que el tornillo no se estrecha en esta área, sino que se alarga de forma uniforme.

Descripción adicional El nuevo tornillo tiene, por lo tanto, una relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción entre 0, 97 y 1, 05. Con una relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción de aproximadamente 1, el límite de alargamiento se corresponde aproximadamente con el límite de resistencia, hablándose entonces de un comportamiento elástico/plástico ideal. El tornillo se plastifica y no experimenta prácticamente ningún endurecimiento más durante el posterior apriete hasta la rotura. Un tornillo de este tipo se adecua óptimamente para un apriete de la unión roscada mediante procedimientos de apriete regulados por límite de fluencia así como procedimientos con par de unión más ángulo de giro.

Las relaciones de límite de fluencia/resistencia a la tracción mayores de 1 implican que el tornillo posee su máxima resistencia y, con ello, fuerza de pre-tensión al alcanzar el límite de fluencia y a continuación la fuerza de pre-tensión desciende ligeramente de nuevo a un nivel constante (véase la figura 3) . Sin embargo, con un apriete a través de par de torsión y ángulo de giro, este ligero descenso no resulta problemático.

El nuevo tornillo con la elevada relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción es también especialmente adecuado para un procedimiento de apriete regulado por límite de fluencia. En un procedimiento de apriete de este tipo, la herramienta de atornillar vigila permanentemente la variación de la pendiente de la curva de pares de torsión/ángulo de giro. Dado que esta pendiente en el punto de límite de fluencia diverge de la recta de Hook, el punto de límite de fluencia se puede detectar a través de esta variación. Sin embargo, en el estado de la técnica esta detección resultaba prácticamente imposible o difícilmente realizable, puesto que los materiales empleados no poseen un límite de fluencia pronunciado y, con ello, la transición de la recta de Hook al área plástica solo se produce de forma comparativamente lenta y no característica. Con la nueva relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción del tornillo de acuerdo con la invención de aproximadamente 1, esta transición se puede reconocer ahora de forma patente y, con ello, también es detectable en condiciones de servicio comparativamente duras de forma inequívoca y exacta.

El nuevo tornillo se acerca mucho al comportamiento elástico/plástico ideal y posee, al mismo tiempo, una gran capacidad de conformado. Debido a la elevada relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción y la buena capacidad de deformación se hace posible un aprovechamiento casi completo de la resistencia del tornillo así como de la capacidad de conformado y, por consiguiente, de la máxima fuerza de pre-tensión posible. Además, es posible aplicar la máxima fuerza de pre-tensión alcanzable con solo una ligera deformación plástica del tornillo en varios aprietes repetidos. Toda la capacidad de deformación del tornillo está de este modo a disposición para aprietes repetidos, incluso en caso de apriete múltiple más allá del límite de elasticidad.

En el apriete de uniones roscadas con un tornillo de alta resistencia, en la práctica a menudo se indica que el primer y el segundo apriete de la unión roscada deben realizarse con la misma especificación de apriete. Cuando entonces en el estado de la técnica con los tornillos conocidos con una relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción de, por ejemplo, 0, 8, esta especificación de apriete se aplica dos veces o con mayor frecuencia, ello origina problemas. Una primera posibilidad consiste en apretar la unión roscada hasta la meseta plástica tras abandonar el área elástica. En el siguiente apriete se alcanza entonces la misma fuerza de pre-tensión, pero debido al endurecimiento por deformación en frío producido durante el primer apriete se produce, con el mismo ángulo de giro, una mayor plastificación del tornillo. Dicho de otra forma, este segundo apriete finaliza más hacia la derecha sobre la recta horizontal que... [Seguir leyendo]

1. Tornillo de alta resistencia (2) con una estructura de bainita, caracterizado por que la estructura de bainita se extiende esencialmente a lo largo de toda la sección transversal del tornillo (2) y el tornillo (2) presenta una relación 5 de límite de fluencia/resistencia a la tracción entre 0, 97 y 1, 05 y un alargamiento uniforme de al menos el 0, 5 %.

2. Tornillo (2) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la estructura de bainita está fabricada al menos parcialmente mediante temple austenítico.

3. Tornillo (2) de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que la relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción se ha alcanzado tras el temple austenítico por conformado en frío y un tratamiento térmico posterior del tornillo (2) .

4. Tornillo (2) de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que en el conformado en frío del tornillo (2) se trata de un estirado en sentido axial y el tratamiento térmico del tornillo (2) tiene lugar a una temperatura entre 100 º C y 400 º C, en particular entre 120 º C y 250 º C.

5. Tornillo (2) de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que la relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción se ha alcanzado tras el temple austenítico por medio de un tratamiento térmico del tornillo (2) a una 20 temperatura entre 350 º C y 600 º C, en particular entre 400 º C y 550 º C.

6. Tornillo (2) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción se sitúa entre 0, 99 y 1, 03.

7. Tornillo (2) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el tornillo (2) posee un alargamiento uniforme de al menos el 0, 6 %.

8. Tornillo (2) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el tornillo (2)

ha sido fabricado a partir de un alambre que es de acero no templado conformable en frío y posee un contenido en 30 carbono del 0, 2 % al 0, 6 %.

9. Tornillo (2) de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que el acero presenta partes de aleación, en particular Cr, Mo, Mn, Ni, V, Nb y Ti, de más del 1, 1 % en total.

10. Tornillo (2) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el tornillo (2) está configurado como tornillo de resistencia ultraalta con una resistencia a la tracción Rm de al menos 1400 N/mm2.

11. Tornillo (2) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el tornillo (2)

presenta un recubrimiento en forma de una laca lubricante o un lubricante que como sustancia lubricante presenta 40 en particular MoS, MoS2, grafito, polietileno u otro polímero, o el tornillo (2) está fosfatado y lubricado.

12. Tornillo (2) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el tornillo (2) presenta una cantidad reducida de martensita inferior al 15 %.

13. Unión roscada (1) , con un tornillo de alta resistencia (2) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores y un componente que está atornillado al tornillo de alta resistencia (2) .

14. Procedimiento para la fabricación de un tornillo de alta resistencia (2) , en particular un tornillo (2) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, con las etapas de 50 temple austenítico del tornillo (2) para la fabricación de una estructura de bainita que esencialmente se extiende a lo largo de toda la sección transversal del tornillo (2) y a continuación a) conformado en frío del tornillo (2) mediante estirado en sentido axial y posterior tratamiento térmico del tornillo (2) a una temperatura entre 100 º C y 400 º C, de tal manera que el tornillo (2) obtiene una relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción de al menos 0, 95 o 55 b) tratamiento térmico del tornillo (2) a una temperatura entre 350 º C y 600 º C, de tal forma que el tornillo (2) obtiene una relación de límite de fluencia/resistencia a la tracción de al menos 0, 95.