La clase de resistencia no dice que el tornillo aguante el frío

Dónde se midieron las propiedades

ISO 898-1 determina sus propiedades mecánicas a 10 a 35 °C, y la norma afirma con claridad que una fijación conforme puede no conservar esas propiedades a temperaturas más altas o más bajas. Así que «es un 10.9 auténtico» es una afirmación sobre un ensayo a temperatura ambiente.

Tres condiciones de esa cláusula

El requisito de impacto existe, pero está muy condicionado, y esas condiciones son lo que lo vuelve casi invisible en las compras corrientes:

1. Es condicional. El ensayo solo se realiza cuando la norma de producto correspondiente lo exige, o cuando fabricante y comprador lo acuerdan.
2. Tiene un tamaño mínimo. Las probetas se mecanizan a partir del producto terminado, y la fijación debe tener d ≥ 16 mm con una longitud total de al menos 55 mm. Por debajo de M16 a menudo no hay material suficiente para hacer una probeta normalizada — así que en la mayoría de los tornillos pequeños la cláusula no puede invocarse aunque se quiera.
3. La 12.9 no tiene valor. En la tabla 3, la cifra de la 12.9 está marcada como en estudio. La clase común más alta es precisamente aquella a la que la norma se niega a asignar un número.

Por qué el acero se vuelve frágil, dicho con cuidado

Los aceros ferríticos presentan una transición dúctil-frágil: al bajar la temperatura, el movimiento de las dislocaciones se hace más difícil y la fractura por clivaje puede imponerse con una tensión menor. El acero inoxidable austenítico, cúbico centrado en las caras, no suele mostrar una transición brusca comparable.

Dos correcciones al resumen habitual. Primero, un perno templado no es simplemente «acero BCC»: los 8.8, 10.9 y 12.9 son normalmente martensita revenida, que en sentido estricto es tetragonal centrada en el cuerpo, mientras que la perlita y la bainita son multifásicas. Segundo, la temperatura de transición no es una constante del material. Depende de cómo se defina — un umbral de energía, un 50 % de fractura por cizallamiento o la expansión lateral dan cifras distintas — y se desplaza con la composición, el tamaño de grano y de paquete, la agudeza de la entalla, el espesor de la probeta, la velocidad de carga, la orientación y el trabajo en frío previo.

¿Es peor un 12.9 que un 8.8 en frío?

Normalmente la tendencia va en ese sentido, y se ve en las propias cifras de alargamiento de la norma — aproximadamente 12 % para el 8.8, 9 % para el 10.9 y 8 % para el 12.9. Menos reserva plástica significa menos tolerancia a una grieta, una entalla, un problema de hidrógeno o una anomalía del tratamiento térmico, que es el mismo compromiso que hay detrás de lo que realmente garantizan los números de clase.

Pero es una tendencia, no una regla de clasificación. Ordenar las fijaciones por clase de resistencia no las ordena por temperatura de transición. La composición, la limpieza del acero, el tamaño de grano y el estado de revenido pueden invertirla, y un acero aleado diseñado para servicio a baja temperatura puede ser más tenaz que un 8.8 de calidad comercial.

El inoxidable austenítico es la respuesta habitual, con excepciones reales

ISO 3506-1 afirma que los pernos, tornillos y espárragos de inoxidable austenítico pueden usarse hasta −196 °C. Es una orientación a nivel de material, no una prueba de que un lote concreto se cualificara en frío — una distinción que conviene mantener, porque es la misma que la de la clase de resistencia anterior.

Y «el austenítico no se vuelve frágil» es demasiado tajante. La tenacidad puede bajar igualmente por trabajo en frío; los grados metaestables como el 304 y algunos 316 pueden formar martensita α′ con el trabajo en frío o la deformación; los entornos con hidrógeno también fragilizan los aceros austeníticos; y en las uniones soldadas, las inclusiones de óxido y la ferrita δ pueden reducir seriamente la tenacidad a la fractura a temperatura criogénica. La fase sigma, el envejecimiento térmico y la sensibilización tienen el mismo efecto.

La cuestión de la resistencia es otra aparte — los grados austeníticos no sustituyen a un 10.9 en igualdad de condiciones, y por eso el marcado A2/A4 también lleva una cifra de resistencia.

Las especificaciones que sí tratan el frío

Donde la baja temperatura importa de verdad, la respuesta es una especificación de empernado y no una clase de resistencia:

Esa tabla tiene dos trampas. El L7M es un grado con dureza limitada, no un «L7 para más frío» — existe sobre todo para servicio ácido, y su temperatura de ensayo es más alta. Y B8 solo no es una designación completa: necesita una clase, 1, 1A o 2 endurecida por deformación. Tenga en cuenta también que A320 exime del ensayo de impacto al empernado de d ≤ 12,5 mm, salvo que se especifique un requisito suplementario.

¿A partir de qué temperatura hay que preocuparse?

No existe un umbral único aplicable a todas las fijaciones, e inventar uno sería lo más peligroso que podría hacer esta página. Los umbrales existen dentro de normas concretas para equipos concretos. El ejemplo más claro es el empernado de bridas de equipos a presión según EN 1515-4: con una temperatura mínima del metal de −10 °C o superior, 40 J a temperatura ambiente; por debajo de −10 °C, 40 J con la temperatura de ensayo igual o inferior a la del metal; por debajo de −160 °C, ensayo a −196 °C. Es una regla para el empernado de bridas bajo la Directiva de Equipos a Presión (PED), no una regla general para pernos.

Para situar las temperaturas que de verdad se dan en la cadena de frío taiwanesa: los alimentos refrigerados se mantienen a 7 °C o menos, los congelados a −18 °C o menos, y los equipos de congelación rápida pueden llegar a −40 °C o menos. Son temperaturas de alimentos, no la temperatura mínima de diseño del metal de sus fijaciones — el metal junto al evaporador, los ciclos de desescarche y los elementos exteriores están en otro punto.

Este artículo trata el paso 1: sustrato. El orden completo es sustrato, rosca, cabeza, accionamiento, acabado y documentación. El artículo inglés Specifying a screw explica por qué alterarlo genera retrabajo.

Preguntas frecuentes

¿Dice algo ISO 898-1 sobre la tenacidad a baja temperatura?

Sí, pero de forma condicional, y esto se transmite mal en ambos sentidos. La tabla 3 fija un mínimo Charpy con entalla en V de 27 J a −20 °C para las clases 5.6, 8.8, 9.8 y 10.9. Sin embargo, el ensayo solo se realiza cuando la norma de producto lo exige o cuando fabricante y comprador lo acuerdan, la probeta debe mecanizarse a partir de una fijación terminada de al menos 16 mm de diámetro y 55 mm de longitud, y para la clase 12.9 la tabla marca el valor como en estudio. Así que la clase no prueba que un lote se ensayara en frío, pero la norma tampoco calla.

¿Es más probable que un perno 12.9 falle en frío que un 8.8?

La tendencia suele ir en ese sentido y se ve en las cifras de alargamiento de la norma — aproximadamente 12 % para el 8.8, 9 % para el 10.9 y 8 % para el 12.9 —, de modo que las clases más altas tienen menos reserva plástica y menos tolerancia a grietas, entallas, hidrógeno o anomalías del tratamiento térmico. Pero es una tendencia y no una regla de clasificación. La temperatura de transición depende de la composición, la limpieza del acero, el tamaño de grano y de paquete y el estado de revenido, así que un acero aleado diseñado para servicio a baja temperatura puede superar a un 8.8 de calidad comercial.

¿Puedo usar sin más inoxidable A2 o A4 en aplicaciones frías?

A menudo sí, e ISO 3506-1 afirma que las fijaciones de inoxidable austenítico pueden usarse hasta −196 °C, pero hay dos advertencias. Es una orientación a nivel de material y no una prueba de que un lote concreto se cualificara a esa temperatura, y el inoxidable austenítico no es inmune: el trabajo en frío reduce la tenacidad, los grados metaestables como el 304 y algunos 316 pueden formar martensita alfa prima con la deformación, los entornos con hidrógeno lo fragilizan, y las inclusiones de óxido o la ferrita delta de las soldaduras pueden reducir mucho la tenacidad a la fractura criogénica. La resistencia es una cuestión aparte, ya que los grados austeníticos no sustituyen a un 10.9 en igualdad de condiciones.

¿Por debajo de qué temperatura debo preocuparme?

No existe un umbral único que cubra todas las fijaciones, y cualquier cifra que se presente como universal debe tratarse como inventada. Los umbrales existen dentro de normas concretas para equipos concretos — EN 1515-4, para el empernado de bridas de equipos a presión, exige 40 J a temperatura ambiente hasta una temperatura mínima del metal de −10 °C, 40 J con el ensayo a una temperatura igual o inferior a la del metal por debajo de eso, y ensayo a −196 °C por debajo de −160 °C. La pregunta útil es cuál es la temperatura mínima de diseño del metal de la unión y si la especificación con la que compra trata esa temperatura en algún punto.

Referencias

• ISO 898-1:2013 — propiedades determinadas a 10–35 °C; apartado 9.14, condiciones del ensayo de impacto; tabla 3, valores KV
• ISO 3506-1:2020 — anexo A.3, uso a baja temperatura de fijaciones de inoxidable austenítico
• ASTM A320/A320M — empernado de acero aleado y de acero inoxidable para servicio a baja temperatura
• EN 10269 — aceros y aleaciones de níquel para fijaciones con propiedades especificadas a temperatura elevada y/o baja

El detalle de los apartados de ASTM A320 se verificó con la edición de 2022; la edición vigente para compras es A320/A320M-26, y un contrato debe comprobarse con ese texto. Los umbrales de EN 1515-4 se aplican solo al empernado de bridas de equipos a presión y no son una regla general para fijaciones. Las cifras de la cadena de frío taiwanesa son temperaturas de alimentos tomadas de las normativas de higiene y de mataderos aplicables, no temperaturas mínimas de diseño del metal.