La capa de óxido no causa el gripado. Lo retrasa.

Qué es el gripado, antes del porqué

ASTM G40 define el gripado (galling) como un daño superficial entre sólidos en deslizamiento, caracterizado por un embastecimiento macroscópico, normalmente localizado, y la formación de protuberancias por encima de la superficie original. El rasgo definitorio es el flujo plástico, a veces con transferencia de material.

De esa definición se siguen tres cosas, y las tres se confunden en la práctica:

• No es un rayado. El material se ha desplazado y amontonado, no solo se ha apartado a un lado.
• No es agarrotamiento. El agarrotamiento es el resultado funcional — el movimiento relativo se detiene. Un gripado severo puede causarlo. Un gripado que todavía no lo ha causado sigue siendo gripado.
• «Soldadura en frío» no es un sinónimo. La soldadura en frío es una unión en estado sólido. Es un suceso iniciador frecuente, pero el gripado es la morfología de daño que se desarrolla después. La definición de ASTM ni siquiera exige una transferencia de material demostrable.

La explicación que íbamos a escribir, y por qué es errónea

La historia que se cuenta en todas partes — y la que teníamos en el borrador — dice así: la capa de óxido pasiva que hace resistente a la corrosión al acero inoxidable se desprende en las asperezas, el inoxidable recién expuesto es químicamente muy activo y se suelda en frío a lo que esté tocando. La propiedad por la que pagó es la que le falla.

Es una historia satisfactoria. El óxido actúa en sentido contrario.

Un trabajo sobre 316L encontró que una capa de óxido preformada más gruesa reducía de forma significativa el daño por gripado. El óxido reduce la adhesión; tiene que desgastarse o mezclarse mecánicamente con la superficie antes de que el gripado avance. La capa es una barrera entre usted y el fallo, no su mecanismo.

La segunda mitad de la historia también es errónea. El acero al carbono se gripa. Los ensayos de desgaste del NIST produjeron un gripado severo en 1018 y 1541 comunes. Sea lo que sea lo que distingue en la práctica al inoxidable del acero al carbono, no es que «el acero al carbono no hace esto».

Qué ocurre realmente

La secuencia, expresada tal como la respalda la investigación:

1. La carga y el deslizamiento producen una alta tensión de contacto y deformación plástica en las asperezas — los puntos altos que realmente se tocan.
2. Esa deformación destruye cualquier capa separadora presente — óxido, contaminación, lubricante.
3. El metal desnudo se encuentra con metal desnudo y forma uniones adhesivas fuertes.
4. El deslizamiento continuado cizalla esas uniones dentro del sustrato en lugar de en la interfaz, de modo que el material se transfiere, se acumulan cuñas y el flujo plástico se repite.
5. El resultado es el embastecimiento macroscópico con protuberancias que describe ASTM — y, en una rosca, un ajuste que hace un momento tenía holgura ahora es de interferencia.

Observe que el paso 4 es donde más importa la propiedad del material. Una superficie blanda y dúctil deja que la unión se cizalle en profundidad y que el flujo plástico continúe. El inoxidable austenítico recocido — 304, 316, es decir, A2 y A4 — es blando y muy dúctil. Esa es la respuesta real, y es una propiedad mecánica, no química.

Qué calidades, y la cuestión del emparejamiento

El 304 y el 316 recocidos se gripan con más facilidad que las calidades martensíticas templadas, y por la razón anterior: son más blandos y dúctiles, así que tienen a su alcance un flujo plástico a gran escala. Una calidad martensítica templada puede alcanzar una dureza a la que ese flujo es mucho más difícil de iniciar.

Igual contra igual es un factor de riesgo importante, no una regla. Los materiales emparejados consigo mismos son metalúrgicamente compatibles por completo, de modo que se forman fácilmente uniones adhesivas fuertes, y el trabajo del NIST con metales puros encontró en general más daño en los pares iguales que en los distintos. Pero las calidades austeníticas distintas también se gripan, y existen aleaciones austeníticas desarrolladas específicamente para emparejarse consigo mismas con alta resistencia. Así que trate los materiales iguales como una advertencia, no como un veredicto.

Qué dicen y qué no dicen las normas de ensayo

Si alguien le cita un valor de gripado, conviene saber qué es.

• ASTM G98 da una tensión umbral de gripado obtenida en un ensayo de botón sobre bloque sin lubricar, a baja velocidad e intermitente. ASTM afirma con claridad que sirve para la clasificación preliminar de pares de materiales y que no debe usarse directamente para el diseño cuantitativo, y que no cubre el deslizamiento lubricado con ese método.
• ASTM G196 utiliza una medición cuantificada del daño y es más repetible; ASTM presenta G98 como el cribado preliminar.

Ambos simulan un contacto a baja velocidad, intermitente y sin lubricar, lo que incluye el engrane de una rosca. Ninguno produce una tensión admisible para su perno.

Lo que esto no cambia

Nada de esto dice que el acero inoxidable sea una mala elección. Dice que la razón por la que se agarrota es mecánica y no química, que su óxido ayuda en lugar de perjudicar y que un tornillo de acero al carbono no es inmune al mismo fallo.

La verdadera contrapartida al elegir inoxidable es otra, y se explica en cincado o inoxidable: con el mismo tamaño, el tornillo inoxidable es el más débil, y esa mitad de la cuenta rara vez llega a la nota de cambio. Qué significan las letras de calidad está en A2 frente a A4. Dónde encaja la elección del material en el orden de decisiones está en especificar un tornillo (en inglés).

Este artículo trata el paso 5: acabado. 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

¿La capa pasiva hace que el acero inoxidable se gripe?

No, y la explicación habitual lo tiene al revés. Un trabajo sobre 316L encontró que una capa de óxido preformada más gruesa reducía de forma significativa el daño por gripado: el óxido reduce la adhesión y tiene que desgastarse o mezclarse mecánicamente con la superficie antes de que el gripado avance. La capa se interpone entre usted y el fallo en lugar de causarlo.

¿El acero al carbono se gripa?

Sí. Los ensayos de desgaste del NIST produjeron un gripado severo en los aceros al carbono comunes 1018 y 1541. Sea lo que sea lo que distingue al inoxidable en la práctica, no es una inmunidad del acero al carbono.

Entonces, ¿por qué el inoxidable recocido se gripa con tanta facilidad?

Porque es blando y muy dúctil. El gripado se desarrolla cuando las uniones adhesivas entre metal desnudo se cizallan dentro del sustrato en lugar de en la interfaz, y una superficie blanda y dúctil deja que ese cizallamiento llegue hondo y que el flujo plástico continúe. Las calidades martensíticas templadas resisten mejor por la misma razón a la inversa. Las indicaciones de la British Stainless Steel Association señalan una alta ductilidad y una baja tasa de endurecimiento por deformación como las condiciones que favorecen el gripado.

¿El gripado es lo mismo que la soldadura en frío o el agarrotamiento?

No. La soldadura en frío es una unión en estado sólido y un suceso iniciador frecuente. El agarrotamiento es el resultado funcional, cuando el movimiento relativo se detiene. El gripado es la morfología de daño intermedia: ASTM G40 lo define como un embastecimiento macroscópico localizado con protuberancias por encima de la superficie original, caracterizado por flujo plástico. Un gripado severo puede causar agarrotamiento; un gripado que todavía no lo ha hecho sigue siendo gripado.

¿Puedo diseñar con un valor de gripado?

No directamente. ASTM G98 da una tensión umbral de gripado obtenida en un ensayo sin lubricar a baja velocidad, y ASTM afirma que sirve para la clasificación preliminar de pares de materiales y no para el diseño cuantitativo. ASTM G196 cuantifica el daño y es más repetible. Ambos simulan un contacto a baja velocidad, intermitente y sin lubricar, lo que incluye las roscas, pero ninguno produce una tensión admisible para un perno concreto.

Referencias

• ASTM G40 — Standard Terminology Relating to Wear and Erosion (definición de gripado; desgaste adhesivo)
• ASTM G98 — Standard Test Method for Galling Resistance of Materials (tensión umbral de gripado; alcance y limitaciones)
• ASTM G196 — Standard Test Method for Galling Resistance of Material Couples
• Rogers et al. — The interaction of galling and oxidation in 316L stainless steel
• NISTIR 89-4064 — ensayos de desgaste que incluyen aceros al carbono comunes
• British Stainless Steel Association — gripado y resistencia al gripado de los aceros inoxidables; factores que afectan al desgaste y al gripado
• «What causes a fastener to lock?», Engineering Stack Exchange

Esta página explica un mecanismo y corrige una explicación común del mismo. La aceptación de cualquier unión concreta se rige por su plano, las normas que invoca y, cuando se requiera, un ensayo real.