Dos términos, dos significados
El perno de alta-tensión es una declaración de material: significa que el acero del perno tiene una alta resistencia a la separación, cuantificada por la resistencia a la tracción en MPa. El perno de alta-resistencia es una declaración de diseño: significa que el perno está diseñado para soportar cargas con resistencia a la tensión, al corte y a la flexión, y en ingeniería estructural significa específicamente un perno apretado en una conexión de agarre por fricción- donde la carga se transfiere por fricción entre las placas sujetas en lugar de apoyarse en el vástago del perno. Debido a que todos los pernos de alta-tensión también son fuertes en el sentido del diseño, y muchos pernos de alta-resistencia están hechos de acero de alta-tensión, los términos se superponen en la práctica. La confusión es importante para un comprador de ferrocarriles porque un perno de pescado especificado como de alta-resistencia puede entregarse como un perno de agarre de fricción estructural-con diferentes dimensiones, o un perno pedido con alta-tensión puede entregarse sin ninguna marca de clase de propiedad. La especificación correcta siempre indica la clase de propiedad o el requisito mecánico exacto, nunca solo el adjetivo.
Clases de propiedad según ISO 898-1
Las propiedades mecánicas de los pernos de acero métricos están fijadas mediante marcas de clase de propiedad según la norma ISO 898-1. El primer dígito es una décima parte de la resistencia mínima a la tracción en MPa, el segundo dígito es una décima parte de la relación entre el rendimiento y la resistencia a la tracción. Por tanto, un perno de clase 8.8 tiene una resistencia mínima a la tracción de 800 MPa y un límite elástico de al menos 640 MPa; la clase 10.9 proporciona 1040 MPa de tracción y 940 MPa de rendimiento. La siguiente tabla enumera las clases que aparecen en el trabajo de vías y puentes.
| Clase de propiedad | Rm de tracción mínima | Estrés de rendimiento o prueba | Uso típico del ferrocarril |
|---|---|---|---|
| 4.8 | 400 MPa | 320MPa | Pasacables ligeros, fijación general |
| 5.6 | 500MPa | 300 MPa | Pasacables en líneas convencionales |
| 8.8 | 800 MPa | 640MPa | Pernos de riel, pernos en T-, pernos de anclaje |
| 10.9 | 1040MPa | 940MPa | Pernos de arrastre-pesados, pernos de agarre-de fricción estructural |
| 12.9 | 1220 MPa | 1100MPa | Juntas especializadas para cargas altas-, rara vez en vías |
La clase está marcada en la cabeza del perno y en la tuerca para pernos superiores a 5,8, por lo que la calidad se puede verificar en el momento de la entrega sin pruebas de laboratorio. Un perno sin una marca en la cabeza debe rechazarse para un uso en pista crítico-para la seguridad. La dureza también es un buen control de entrega: la clase 8.8 suele ser de 22 a 32 HRC y la clase 10.9 de 32 a 39 HRC, y una discrepancia entre el marcado y la dureza indica material falsificado o mezclado.
¿Qué componentes ferroviarios utilizan qué calidad?
Los herrajes de sujeción ferroviaria se asignan a las clases de la siguiente manera. Los pernos de unión, también llamados pernos de unión, unen dos extremos de riel a través de la eclisa; en las líneas convencionales suelen tener un grado de 4,8 a 5,6, mientras que las uniones temporales para transporte pesado-y de alta-velocidad utilizan 8,8 o superior. Los pernos T-y los pernos de anclaje de los sistemas de sujeción elásticos soportan la precarga del sistema y suelen ser de 8,8; se especifica 10,9 en sistemas de transporte pesado-. Las púas para tornillos son una familia de componentes diferente: se roscan directamente en la clavija de madera o plástico de la traviesa y su poder de sujeción proviene del acoplamiento de la rosca con el sustrato, no de la cara de la tuerca, por lo que están especificados por el estándar de la púa y el material de la traviesa en lugar de por la clase de propiedad del perno. Los pernos estructurales de alta-resistencia aparecen en puentes y viaductos de acero, donde la conexión de agarre por fricción-se diseña y precarga de acuerdo con el código estructural y la clase de propiedad del perno es parte del cálculo de la conexión.
Enganche de rosca y altura de tuerca
Un error común en las especificaciones es exigir una longitud excesiva de enganche del hilo creyendo que un mayor contacto del hilo evita que se rompa. La regla de ingeniería es diferente: una tuerca estándar con una altura de 0,8 veces el diámetro del perno desarrolla toda la capacidad de tracción del perno, y un enganche más largo no agrega nada a la resistencia porque el vástago del perno, no la rosca, se convierte en el punto débil. Lo que realmente evita el pelado es el ajuste correcto de la rosca según las tolerancias ISO 965, una dureza adecuada de la tuerca en relación con el perno y roscas limpias y lubricadas al apretar. Para un perno de 20 mm, la altura total de la tuerca-es de aproximadamente 16 mm, y especificar un enganche de rosca de 1,5 veces el diámetro, como a veces aparece en especificaciones de aficionados, es innecesario e incluso puede causar problemas al hacer que la unión sea sensible al apilamiento de tolerancias. El enfoque correcto es seguir el estándar del componente: la altura de la tuerca, la tolerancia de la rosca y la prueba de carga se definen allí, y una rosca pelada después del apriete es un síntoma de ajuste incorrecto, dureza incorrecta o torque excesivo, no de acoplamiento insuficiente.
Baja temperatura y fragilización por hidrógeno
Dos puntos de selección adicionales son importantes para los pernos de cadena. En regiones frías por debajo de los -40 grados C, los pernos de acero al carbono pierden dureza y la especificación debe agregar un requisito de impacto o pasar a un grado de temperatura baja-, ya que un perno frágil bajo precarga puede fallar sin previo aviso. En la dirección opuesta, los pernos-de alta resistencia de clase 10.9 y superiores, o con una dureza superior a aproximadamente 390 HV, son susceptibles a la fragilización por hidrógeno si se galvanizan: el hidrógeno introducido durante el revestimiento puede provocar una fractura retardada después de la instalación. La regla práctica es evitar la galvanoplastia en pernos de riel endurecidos y utilizar un recubrimiento de escamas de zinc o galvanizado en caliente-en su lugar, y requerir un horneado para eliminar la fragilidad si la galvanoplastia es inevitable, siguiendo la práctica ISO 4042. Por lo tanto, un comprador que especifica pernos para pesca de clase 10.9 para una línea costera de transporte pesado debe especificar el proceso de recubrimiento así como la clase de propiedad, porque los dos juntos deciden si el perno sobrevive el primer invierno.
Preguntas frecuentes
P1: ¿Es lo mismo un perno de alta-tensión que un perno de alta-resistencia?
No exactamente. Alta-tracción describe el material, una resistencia a la tracción de 800 MPa o más, clase 8.8 y superior. Alta-resistencia describe la función del diseño, incluidas las conexiones de fricción precargadas. En la práctica, los términos se superponen, por lo que siempre especifique la clase de propiedad por escrito.
P2: ¿Qué significa 8,8 en la cabeza de un perno?
Es la clase de propiedad ISO 898-1: resistencia mínima a la tracción de 800 MPa y límite elástico de 640 MPa. La marca es una décima parte de la resistencia a la tracción seguida de una décima parte de la relación entre fluencia-y tracción.
P3: ¿Qué grado deben tener los pernos pescadores?
Las vías articuladas convencionales suelen utilizar de 4,8 a 5,6, mientras que las líneas de tráfico pesado-y de mucho tráfico- especifican 8,8 o más. El grado debe coincidir con el diseño de la eclisa y la especificación de torque de mantenimiento de la línea.
P4: ¿Por qué los pernos endurecidos se agrietan después de la instalación?
La fractura retardada de clase 10.9 y superiores suele ser fragilización por hidrógeno debido a la galvanoplastia. La solución es utilizar escamas de zinc o recubrimientos-por inmersión en caliente que no introduzcan hidrógeno, o hornear las piezas según la norma ISO 4042 después del revestimiento.
P5: ¿Cuánto compromiso del hilo se necesita para lograr la máxima resistencia?
Aproximadamente 0,8 veces el diámetro del perno, que es la altura de la tuerca estándar. Un compromiso más prolongado no aumenta la capacidad de tracción; El ajuste correcto y la dureza son los que evitan que se rompa.
P6: ¿Cómo puedo verificar el grado de los pernos entregados?
Verifique la marca del cabezal con la clase de propiedad, verifique la dureza con un probador portátil y solicite el certificado del molino con los resultados de la prueba mecánica. Los pernos sin marcar deben rechazarse para un uso crítico-de seguridad en la pista.