Manual de diseño de sujetadores

manual de diseño de sujetadores

• Materiales de sujeción

la mayoría de los pernos están hechos de acero al carbono, acero aleado o acero inoxidable (incluyen aleaciones de cromo a base de hierro y níquel). Los pernos de titanio y aluminio tienen un uso limitado.

La mayoría de las ferreterías venden pernos de acero al carbono, los más baratos y los más comunes, que suelen estar chapados en zinc para resistir la corrosión. La resistencia máxima típica de este material de perno es de 55 ksi. El acero aleado es de alta resistencia que se puede tratar térmicamente hasta 300 ksi. Sin embargo, no es resistente a la corrosión y, por lo tanto, debe tener algún tipo de recubrimiento para protegerlo de la corrosión.

Pernos de acero inoxidable (CRES), variedad de aleaciones con resistencias últimas de 70 a 220 ksi. la mayor ventaja es que normalmente no requiere recubrimiento protector y tiene un rango de temperatura de servicio más amplio que los aceros al carbono o aleados.

En la tabla I se proporciona una lista parcial de los materiales de los pernos. Precauciones:

(1) El material de recubrimiento de los pernos suele ser el factor limitante de la temperatura máxima de servicio.

(2) El acero al carbono y el acero aleado no son satisfactorios (se vuelven quebradizos) a temperaturas inferiores a -65 °F.

(3) La fragilización por hidrógeno es un problema con los métodos más comunes de recubrimiento, a menos que se utilicen procedimientos especiales. (Este tema se cubre con más detalle en la sección de corrosión.)

(4) La serie 400 CRES contiene solo un 12 por ciento de cromo y, por lo tanto, se corroerá en algunos entornos.

(5) El contacto de materiales diferentes puede crear corrosión galvánica, que puede convertirse en un problema importante. (La corrosión galvánica se trata en una sección posterior de este manual).

REVESTIMIENTOS Y REVESTIMIENTOS

La mayoría de los procesos de recubrimiento requieren horneado, ya que son electrolíticos y generan hidrógeno. Por lo tanto, la mayoría de los procesos de recubrimiento requieren horneado después del recubrimiento a una temperatura muy por debajo de la temperatura de descomposición del material de recubrimiento para evitar la fragilización por hidrógeno.

Sin embargo, calentar el revestimiento a su temperatura de descomposición puede generar nuevamente hidrógeno libre. Por lo tanto, exceder la temperatura de operación segura del revestimiento puede causar una falla prematura del sujetador debido a la fragilización por hidrógeno, así como a la pérdida de la protección contra la corrosión. (En la tabla II se proporciona un resumen de los revestimientos y revestimientos).

• *Revestimiento de cadmio

El material de revestimiento de sujetadores aeroespaciales más usado es cadmio. El recubrimiento se realiza por electrodeposición y es fácil de realizar. Sin embargo, las piezas enchapadas en cadmio deben hornearse a 375 °F durante 23 horas, dentro de las 2 horas posteriores al enchapado, para evitar la fragilización por hidrógeno. Dado que el cadmio se funde a 600 'F, su límite de temperatura de servicio útil es de 450 'F,

• *galvanizado

El zinc también es un tipo común de revestimiento. El método de baño de zinc en caliente se conoce comercialmente como galvanizado. El zinc también se puede electrodepositar. Debido a que el revestimiento de zinc tiene un acabado opaco, su apariencia es menos agradable que el cadmio. Sin embargo, el zinc es un material de sacrificio. Migrará a las áreas sin recubrimiento a las que se les ha raspado el revestimiento, por lo que continúa brindando resistencia a la corrosión. El zinc también se puede aplicar en frío como pintura rica en zinc. El zinc se funde a 785 ºF pero tiene un límite de temperatura de servicio útil de 250 0F. (Sus cualidades inhibidoras de la corrosión se degradan por encima de 140 “F.)

• *Recubrimientos de Fosfato

El acero o el hierro se recubren con fosfato al tratar la superficie del material con una solución diluida de ácido fosfórico, generalmente sumergiendo la pieza en un baño patentado. La reacción química forma una capa protectora suave de fosfato cristalino. Los tres tipos principales de recubrimientos de fosfato son zinc, hierro y manganeso. Las piezas recubiertas de fosfato se pueden pintar fácilmente o se pueden sumergir en aceite o cera para mejorar su resistencia a la corrosión. Los sujetadores generalmente se fosfatan con zinc o manganeso. La fragilización por hidrógeno rara vez está presente en las piezas de fosfato. Los recubrimientos de fosfato comienzan a deteriorarse a los 225 “F (para zinc pesado) a 400 “F (para fosfato de hierro).

• *Niquelado

El niquelado, con o sin golpe de cobre (revestimiento delgado), es uno de los métodos más antiguos para prevenir la corrosión y mejorar la apariencia del acero y el latón. El niquelado se deslustrará a menos que sea seguido por un cromado. El niquelado es un proceso más costoso que el cadmio o el zincado y también debe hornearse de la misma manera que el cadmio después del recubrimiento para evitar la fragilización por hidrógeno. El niquelado es bueno para una temperatura de funcionamiento de 1100 °F, pero todavía no se usa con frecuencia para enchapar sujetadores debido a su costo.

• *Revestimiento de cromo

El cromado se usa comúnmente para aplicaciones decorativas de automóviles y electrodomésticos, pero no es común para los sujetadores. Los sujetadores cromados cuestan aproximadamente tanto como los sujetadores de acero inoxidable. Un buen cromado requiere un revestimiento tanto de cobre como de níquel antes del cromado. El cromado también tiene problemas de fragilización por hidrógeno. Sin embargo, es aceptable para temperaturas operativas máximas de 800 a 1200 “F.

• Sermatel W y SermaGard

Sermatel W y SermaGard son recubrimientos patentados 1 que consisten en partículas de aluminio en un aglutinante inorgánico con cromatos agregados para inhibir la corrosión. El material de recubrimiento está cubierto por AMS3 126A y el procedimiento para aplicarlo por AMS2506. El recubrimiento se rocía o se sumerge en la pieza y se cura a 650 “F. (SPSTechnologies ha probado los sujetadores Sermatel Wcoated a 900 °F sin degradación). Este proceso de recubrimiento evita tanto la fragilización por hidrógeno como la corrosión bajo tensión, ya que el sujetador está completamente recubierto. Sermatel es tan efectivo como el revestimiento de cadmio para resistir la corrosión, pero cuesta alrededor de un 15 por ciento más que el cadmio. Los sujetadores no están actualmente disponibles "listos para usar" con el recubrimiento Sermatel W o SermaGard, pero la compañía hará pedidos pequeños de sujetadores o piezas mecánicas. Estos recubrimientos requerirán hasta 15 desmontajes en un área roscada sin una degradación grave del recubrimiento.

• acérrimo

Stalgard es un proceso de revestimiento3 patentado que consiste en revestimientos orgánicos, revestimientos inorgánicos-orgánicos o ambos para la resistencia a la corrosión. Según los datos de las pruebas de Stalgard, sus recubrimientos son superiores al cadmio o al zinc en las pruebas de niebla salina y de exposición a la intemperie. Los recubrimientos Stalgard también brindan protección contra la corrosión galvánica. Sin embargo, la temperatura máxima de funcionamiento de estos recubrimientos orgánicos es de 475 0F.

• Recubrimiento de níquel-cadmio difuso

Este proceso fue desarrollado por las empresas aeroespaciales para un recubrimiento de cadmio a mayor temperatura. Un 0.0004 -in. -Se deposita un revestimiento de níquel grueso sobre el sustrato, seguido de un recubrimiento de 0,0002 pulg. -grueso. placa de cadmio (según AMS2416). Luego, la pieza se hornea durante 1 hora a 645 °F. El recubrimiento resultante puede soportar 1000 “F. Sin embargo, la placa de níquel debe cubrir completamente la pieza en todo momento para evitar que el cadmio la dañe. Este proceso es costoso y requiere un control estricto.

• Chapado en plata

El enchapado en plata tiene un costo prohibitivo para la mayoría de las aplicaciones de sujetadores. La gran excepción se encuentra en la industria aeroespacial, donde se utilizan tuercas plateadas en pernos de acero para escaleras. La plata sirve como elemento disuasorio de la corrosión y como lubricante seco. El enchapado en plata se puede usar hasta 1600 °F y, por lo tanto, es un buen lubricante para altas temperaturas. Dado que la plata se deslustra debido a la exposición atmosférica normal, las tuercas chapadas en plata suelen recubrirse con cera transparente para evitar el deslustre. La cera es buena lubricante a temperatura ambiente. Por lo tanto, los valores normales de "par seco" de las tablas de par deben reducirse en un 50 por ciento para permitir este lubricante.

• Pasivación y Preoxidación

Los sujetadores de acero inoxidable crearán corrosión galvánica u oxidación en una junta a menos que estén pasivados o preoxidados antes del ensamblaje (ref. 1). La pasivación es la formación de una capa protectora de óxido sobre el acero al tratarlo brevemente con un ácido. El recubrimiento de óxido es casi inerte. La preoxidación es la formación de una capa de óxido al exponer los sujetadores a una temperatura de aproximadamente 13000 F en un horno de aire. La superficie formada es lo suficientemente inerte para evitar el desgaste por corrosión galvánica.

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