Consideraciones sobre aplicación de tornillería de alumino y titanio.

Como he visto que en algunos post se discute mucho sobre dónde es màs apropiado aplcar unos y otros tornillos, voy a intentar ayudar un poCo en este tema.

Es importante saber que cualquier aleación no férrica acumula fatiga por debajo del límite elástico.

Traducido: excepto el acero, cualquier metal acumula fatiga aún cuando se somete a flexiones que no lo deforman permanentemente.

El acero sólo acumula fatiga a partir del límite elástico, es decir, cuando se deforma permanentemente. Esta aseveración puede tomerse por válida generalmente aunque si nos metemos en temas de trepado de dislocaciones de la estructura molecular habría cosas que matizar.

Visto desde otro punto: Si sometemos a una pieza de acero a un ciclo un millón de veces y tras la prueba la resistencia de la pieza es la misma que al inicio, podemos asegurar la vida infinita de la pieza. La vida infinita es una propiedad que sólo tiene el acero.

Si a una pieza de aluminio la sometemos a un millón de ciclos y tras ello la resistencia es la misma que al inicio, no sabemos si romperá a 1 millón y 1 o a 2 millones o no romperá jamàs.

Y esto es válido también para el titanio. No deja de ser una aleación no férrica, así que ojo con los tornillos de titanio también

Ahora: Dónde tornillo de alu (ergal no es sino una aleación de aluminio, la 7075), dónde uno de titanio, dónde acero.

Bien, en principio hamos de tener en cuenta dos factores: 1- Las aleaciones de titanio son, en líneas generales màs tenaces que las de aluminio. Eso quiere decir que a igualdad de diámetro un tornillo de titanio aguanta mayor par de apriete.

2- El esfuerzo a que se ve sometido un tornillo depende bàsicamente del par de apriete. El par de apriete somete al tornillo a un esfuerzo de tracción, y a màs par màs tracción, aunque no es una relación lineal, sino màs bien exponencial, por lo cual los pares altos son peligrosos, ya que una mínima variación en el par supone aumentar mucho la tracción.

Así pues, si contamos con un tornillo cuya tenacidad es menor que la del original (de acero, màs tenaz que el titanio y el aluminio), nos vendría bien poder aplicar suficiente apriete para que no se afloje pero sin someterlo a demasiada tracción. es esto posible?

Sí, gracias a los compensadores de tolerancias (vulgo fijadores). Con el compensador, podemos hacer que el tornillo entre "màs duro" esto es, con mayor par y que sin embargo no haga tanta fuerza sobre los dos partes que sujeta, o sea, que no esté sometido a tanta tracción.

Esto es muy interesante cuando el par de apriete tiene como misión última impedir el aflojamiento del tornillo y sin embargo la misión de aproximación se conseguiría con manor par. Un caso paradigmàtico de este tipo es el tornillo de sujección del cantilever: el tornillo sin par ya cumple la misión de evitar que el freno se salga de su alojamiento, y el par sólo sirve para evitar que el tornillo se pierda. Luego aquí nos conviene un compensador fuerte que aumente drásticamente el par, ya que podremos tener el par necesario para evitar la salida del tornillo sin apenas tracción, y por tanto sin apenas riesgo de rotura. Claramente en este caso un tornillo de ergal es suficiente.

Es distinto en aquellos casos en que el tornillo de sujección del cantilever sirve también para regular la tensión del muelle mediante tuerca-contratuerca, quí sí necesitamos tracción, y el tornillo de ergal puede no ser apropiado ya que la experiencia suele dictar que estos sistemas trabjan con mucha tracción. En este caso, titanio.

En el caso de prisioneros de cable: Aquí necesitamos una labor de aproximación del tornillo. El tornillo acerca el cable al soporte de forma que aumenta enormemente el rozamiento de ambas partes. Claramente es necesaria la tracción, luego aquí necesitaremos un compensador màs ligero. En cualquier caso, estos tornillos sólo se ven sometidos a esfuerzos de tracción y no a torsión o a otro tipo de cobinación de esfuerzos, por lo que un tornillo de ergal puede ser suficiente.

En el caso de tornillo de apriete de abrazaderas, es el caso de tornillo de apriete del al tija y tornillo de potencia, de nuevo necesitamos una labor de aproximación, en este caso grande, luego aquí la exigencia de tracción puede ser importante.

En principio cabe recomendar el tornillo de titanio, pero en el caso de la tija de sillín podríamos llegar a probar si con un par moderado conseguido a base de compensador la tija queda sujeta. Esto puede suceder en uniones entre tija alu y cuadro alu, y especialmente en el caso tija alu cuadro acero, en el que la corrosión galvánica nos puede ayudar aumentando en gran medida el rozamiento entre ambas partes.

Si en la prueba detectamos que es necesaria mucha tracción, hemos de tener en cuenta que en este punto se puede dar una cierta combinación de esfuerzos por torsión sobre el tubo del sillín así que es preferible montar titanio.

En la potencia existe el problema de la combinación de esfuerzos. Al ser el manillar un elemento que recibe la fuerza en sus extremos, genera pares de torsión importantes que se combinan con la tracción propia de la función del tornillo, luego este es el punto menos indicado para aleaciones no férricas con tenacidad relativamente baja como el aluminio.

Otra aplicación interesante es la de los tornillos de fijación de los rotores de freno. Aquí la combinación de esfuerzos es clara: a la sujección del rotor contra el buje por tracción se suma la torsión que se produce al frenar. es un caso claro en el que el titanio es lo màs adecuado.

En cualquier caso, como decía al principio del post, ninguna aleación no férrica tiene la propiedad de vida infinita, por lo cual CUALQUIER TORNILLO DE ALEACIÓN NO FÉRRICA HA DE SER INSPECCIONADO CON FRECUENCIA Y DEBE SER SUSTITUIDO CADA CIERTO TIEMPO AÚN CUANDO NO SE DETECTEN GRIETAS O DEFECTOS VISIBLES.

Como último apunte, decir que el compensador de tolerancias, en el caso de tornillos de aleaciones no férricas es conveniente aplicarlo en toda la longitud operativa de la rosca, ya que de lo contrario concentraremos esfuerzos en aquellas zonas que tienen fijador, lo cual puede hacer que la tracción en esos puntos sea alta.

 

:shock:

 

:alabando

 

Madre mia...............

 

Ami me gustaria que hablaras mas del trepado de dislocaciones de la estructura molecular... comparalo con diferentes estructuras moleculares e intenta sacar conclusiones, puede ser muy interesante

En cuanto a los tornillos de alumino en potencias y similares, yo nunca me arriesgaria a utilizarlos precisamente por lo que indicas, aun asi, mucha gente los utiliza, y son muchos a los que se les ha partido un tornillo de alumino en una potencia...
un saludo¡¡

 

Dios, a la 1:20 de la madraguada, me lo he leido, interesantísimo, creo que conseguia entenderlo, no podia parar..............DIOS!!

 

con stas cosas se te quedan los conceptos mucho mas claros. Muchas gracias, ya habia leido algun post tuyo muy tecnico, me parece que aportas mucha sabiduria al foro. Un saludo.

 

jo.... que caña!

 

Pues a mi el señor Amaro (el que se encarga de la importación de cuadros y demas componentes de titanio hechos en china) me dijo que al contrario que el aluminio, el Titanio siempre está fresco, que no se fatiga, que no acumula los impactos por su flexibilidad.

Que no es mas ligero que el aluminio, si no mas pesado, pero que su virtud radica en que es imperecedero.

En definitiva, que se da de ******* con lo que dice XCProMD

Espero no crear ninguna molestia.

 

eso es hyablar con fundamento. Muchas gracias

 

:bravo :bravo :bravo

 

:chinchin
muy buena aportación. Ahora sabemos algo más de tornillería.

 

muchas gracias.....

 

Pues no se de donde habrá sacod eso de la "frescura", pero para que te hagas una idea, en aeronáutica la tornillería de titanio se sustituye cada ciertos periodos para evitar que la acumulación de fatiga lleve a la rotura.

Esto es así de sencillo: el único metal que no acumula fatiga por debajo del límite elástico es el acero, y aún así habría matices, pero en líneas generales y trabajando con factores de seguridad lógicos se puede dar esta aseveración por cierta.

En cuanto a que el titanio es màs pesado que el aluminio, yo no he dicho lo contrario. la densidad del aluminio es menor qeu la del titanio, luego a igualdad de volúmen de material de la pieza el aluminio es màs ligero.

En cuanto a las dislocaciones y a su trepado, esto de por sí es un mundo, el de la microcristalografía. De momento como idea general digamos que ningún material conseguiremos fabricarlo con una estructura cristalina perfecta, y de hecho es mejor así, ya que una estructura cristalina en la que las moléculas de material están perfectamente ordenadas es màs fàcil de romper.

Por suerte, normalmente al fabricar algo se producen discontinuidades, intrusiones y dislocaciones.

Las discontinuidades pueden ser peligrosas, ya que pueden tener la forma de "vacíos" dentro de la estructura.

Las intrusiones son contaminación por moléculas ajenas al material que estamos fabricando. Podemos tomar partido de ellas y fabricar aleaciones en lugar del material puro. Esto se hace porque las intrusiones de otros compuestos pueden añadir características interesantes al material. Por ejemplo, una determinada molécula dentro de la estructura cristalina puede aumentar la cohesión entre las moléculas del material base y así aumentar la tenacidad o la dureza.

Y las dislocaciones son imperfecciones en la formación de la estructura. Estas imperfecciones suelen tener como consecuencia la pérdida de características mecánicas en una dirección muy conreta (normalmente la perpendicular a las caras de la celda base de la estructura) pero un aumento en las demàs. Eso es beneficioso ya que hace al material comportarse de forma màs homogénea en cualquier dirección de las fuerzas aplicadas.

Ademàs, las discontinuidades sirven como freno a las entalladuras y grietas microscópicas y evitan su propagación, normalmente porque una molécula del material se interpone en la dirección de avance de la fisura.

El trepado de las dislocaciones se produce al someter al material a esfuerzos y, si es controlado, puede crear estructuras cristalinas muy intrincadas que refuerzen mucho el material. En caso contrario pueden tener la consecuencia de crear zonas por las cuales puede propagarse rápidamente una grieta debido a la pérdida de cohesión del material entre los dos lados de la dislocacíón. Es el caso típico de la acumulación de fatiga.

Las dislocaciones se pueden crear mediante procesos de conformado (forja, trefilado) o mediante tratamientos térmicos, básicamente.

Este tema es interesante verlo con fotos d microscopio y gráficos, así que si interesa puedo intentar preparar algo para el fin de semana que viene.

 

:shock: Ay va la óstia!!!! Vaya crack!!!






PD: Como llueve!!!

 

Muy buena explicacion! creo que a quedado bien claro

 

fotos de microscopio y graficos , uhmmmmmmmmmmmm un puntal lo que yo te diga . GRACIAS !

 

Hola,completisima explicación,muchas gracias por compartir,saludos.

 

Gracias por la info, muy interesante.

Un saludete

 

xcpromd, lo q dice es verdad, el q haya estudidado ciencia de los materiales, sabe q las cosas funcionan asi,
de esa manera no pueden existir tornillos de fibra de carbono, aunque sea durisima y ligera la fibra