10.9 Acero: Propiedades y aplicaciones clave

El acero 10.9, comúnmente conocido como acero de grado 10.9 para pernos, es un acero de alta resistencia utilizado principalmente en la fabricación de pernos y fijaciones. Se clasifica como un acero de aleación con un contenido medio de carbono, caracterizado por su alto contenido de carbono (normalmente entre el 0,8 % y el 1,0 %) y la presencia de elementos de aleación como manganeso, silicio y, en ocasiones, cromo. Estos elementos contribuyen a la resistencia, dureza y resistencia al desgaste del acero.

Las características más significativas del acero 10.9 incluyen su alta resistencia a la tracción, que puede alcanzar hasta 1000 MPa (145 ksi), y su excelente resistencia a la fatiga, lo que lo hace adecuado para aplicaciones exigentes en diversas industrias. Sin embargo, es importante destacar que, si bien el acero 10.9 ofrece numerosas ventajas, como una alta relación resistencia-peso y una buena maquinabilidad, también presenta limitaciones. Por ejemplo, su susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) en ciertos entornos puede ser un problema.

Históricamente, el acero 10.9 ha desempeñado un papel crucial en el desarrollo de fijaciones de alto rendimiento, especialmente en los sectores de la automoción y la construcción, donde la fiabilidad y la seguridad son primordiales. Su posición en el mercado es sólida, con un uso generalizado en aplicaciones que requieren alta resistencia y durabilidad.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar	Designación/Grado	País/Región de origen	Notas/Observaciones
UNS	G10450	EE.UU	Equivalente más cercano a AISI 4140
AISI/SAE	1045	EE.UU	Pequeñas diferencias de composición
ASTM	A325	EE.UU	Se utiliza para pernos estructurales.
ES	10.9	Europa	Norma para pernos de alta resistencia
ESTRUENDO	10.9	Alemania	Similares a las normas EN
JIS	SCM435	Japón	Equivalente con diferentes propiedades
ISO	10.9	Internacional	Estándar mundial para pernos de alta resistencia

La tabla anterior destaca diversas normas y equivalencias para el acero 10.9. Cabe destacar que, si bien grados como AISI 4140 y SCM435 suelen considerarse equivalentes, pueden presentar diferentes propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión, lo que puede afectar significativamente su rendimiento en aplicaciones específicas.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre)	Rango porcentual (%)
C (Carbono)	0,8 - 1,0
Mn (manganeso)	0,6 - 0,9
Si (silicio)	0,15 - 0,4
Cr (cromo)	0,0 - 0,25
P (Fósforo)	≤ 0,025
S (Azufre)	≤ 0,025

Los principales elementos de aleación del acero 10.9 incluyen carbono, manganeso y silicio. El carbono es crucial para mejorar la dureza y la resistencia, mientras que el manganeso mejora la templabilidad y la tenacidad. El silicio contribuye a una mayor resistencia y resistencia a la oxidación.

Propiedades mecánicas

Propiedad	Condición/Temperamento	Valor/rango típico (métrico)	Valor/rango típico (imperial)	Norma de referencia para el método de prueba
Resistencia a la tracción	Templado y revenido	800 - 1.000 MPa	1160 - 145 ksi	ASTM E8
Límite elástico (0,2 % de compensación)	Templado y revenido	600 - 850 MPa	87 - 123 ksi	ASTM E8
Alargamiento	Templado y revenido	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Dureza (Rockwell C)	Templado y revenido	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
Resistencia al impacto	-	27 J (a -20 °C)	20 pies-lbf (a -4 °F)	ASTM E23

Las propiedades mecánicas del acero 10.9 lo hacen especialmente adecuado para aplicaciones que requieren altas cargas mecánicas y una buena integridad estructural. Sus altos límites de tracción y fluencia le permiten soportar fuerzas significativas, mientras que su elongación y resistencia al impacto indican buena ductilidad y tenacidad.

Propiedades físicas

Propiedad	Condición/Temperatura	Valor (métrico)	Valor (Imperial)
Densidad	-	7,85 g/cm³	0,284 lb/pulgada³
Punto de fusión	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Conductividad térmica	20 °C	50 W/m·K	34,5 BTU·pulgada/h·pie²·°F
Capacidad calorífica específica	-	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Resistividad eléctrica	-	0,0000017 Ω·m	0,0000017 Ω·pie

Propiedades físicas clave, como la densidad y el punto de fusión, son cruciales para aplicaciones donde el peso y el rendimiento térmico son cruciales. El alto punto de fusión del acero 10.9 le permite mantener su integridad estructural a temperaturas elevadas, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alta temperatura.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo	Concentración (%)	Temperatura (°C)	Clasificación de resistencia	Notas
cloruros	3 - 10	20 - 60	Justo	Riesgo de corrosión por picaduras
Ácidos	1 - 5	20 - 40	Pobre	No recomendado
Soluciones alcalinas	1 - 10	20 - 60	Justo	Susceptible al SCC
Atmosférico	-	-	Bien	Resistencia moderada

El acero 10.9 presenta una resistencia moderada a la corrosión, especialmente en condiciones atmosféricas. Sin embargo, es susceptible a la corrosión por picaduras en entornos con cloruros y al agrietamiento por corrosión bajo tensión en soluciones alcalinas. En comparación con aceros inoxidables como el 316 o el 304, la resistencia a la corrosión del acero 10.9 es significativamente menor, lo que lo hace menos adecuado para entornos marinos o altamente corrosivos.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo	300 °C	572 °F	Por encima de esto, las propiedades se degradan.
Temperatura máxima de servicio intermitente	400 °C	752 °F	Sólo exposición a corto plazo
Temperatura de escala	500 °C	932 °F	Riesgo de oxidación

A temperaturas elevadas, el acero 10.9 conserva su resistencia, pero puede sufrir oxidación y descamación. La temperatura máxima de servicio continuo indica el límite superior de exposición prolongada, más allá del cual las propiedades mecánicas pueden deteriorarse.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

Proceso de soldadura	Metal de relleno recomendado (clasificación AWS)	Gas/fundente de protección típico	Notas
MIG	ER70S-6	Argón/CO2	Se recomienda precalentar
TIG	ER70S-2	Argón	Requiere un control cuidadoso
Palo	E7018	-	Tratamiento térmico posterior a la soldadura

10.9 El acero generalmente es soldable, pero suele recomendarse el precalentamiento para evitar el agrietamiento. El tratamiento térmico posterior a la soldadura puede ayudar a aliviar las tensiones y mejorar la tenacidad en la zona de soldadura.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado	[10.9 Acero]	AISI 1212	Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa	60%	100%	Requiere velocidades de corte más lentas
Velocidad de corte típica (torneado)	20 metros por minuto	40 metros por minuto	Utilice herramientas de carburo para obtener mejores resultados.

La maquinabilidad es moderada; si bien el acero 10.9 se puede mecanizar de manera efectiva, requiere velocidades de corte más lentas y herramientas adecuadas para lograr resultados óptimos.

Formabilidad

10.9 El acero presenta una conformabilidad limitada debido a su alta resistencia. El conformado en frío es posible, pero puede requerir una fuerza considerable, mientras que el conformado en caliente puede mejorar la ductilidad. El efecto del endurecimiento por acritud debe considerarse durante el procesamiento.

Tratamiento térmico

Proceso de tratamiento	Rango de temperatura (°C)	Tiempo típico de remojo	Método de enfriamiento	Propósito principal / Resultado esperado
Temple	800 - 900	30 minutos	Aceite o agua	Endurecimiento
Templado	400 - 600	1 - 2 horas	Aire	Mejora de la dureza

Los procesos de tratamiento térmico, como el temple y el revenido, mejoran significativamente las propiedades mecánicas del acero 10.9. El temple aumenta la dureza, mientras que el revenido reduce la fragilidad y mejora la tenacidad.

Aplicaciones típicas y usos finales

Industria/Sector	Ejemplo de aplicación específica	Propiedades clave del acero utilizadas en esta aplicación	Motivo de la selección (breve)
Automotor	Componentes del motor	Alta resistencia a la tracción, resistencia a la fatiga.	Fiabilidad bajo estrés
Construcción	Pernos estructurales	Alto límite elástico, resistencia a la corrosión.	Seguridad y durabilidad
Maquinaria	Elementos de fijación para maquinaria pesada	Resistencia al impacto, dureza	Rendimiento bajo carga

Otras aplicaciones incluyen:
* Componentes aeroespaciales
* Sujetadores marinos
* Equipos de trabajo pesado

El acero 10.9 se elige para aplicaciones que requieren alta resistencia y fiabilidad, especialmente donde la seguridad es crucial. Sus propiedades mecánicas lo hacen ideal para aplicaciones estructurales en entornos exigentes.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad	10.9 Acero	AISI 4140	SCM435	Breve nota de pros y contras o compensación
Propiedad mecánica clave	Alta resistencia	Alta resistencia	Fuerza moderada	10.9 ofrece una resistencia a la tracción superior
Aspecto clave de la corrosión	Moderado	Moderado	Bien	10.9 es menos resistente a la corrosión
Soldabilidad	Justo	Bien	Bien	10.9 requiere precalentamiento
Maquinabilidad	Moderado	Bien	Excelente	10.9 es más difícil de mecanizar
Formabilidad	Limitado	Bien	Bien	10.9 es menos moldeable
Costo relativo aproximado	Moderado	Moderado	Alto	Rentable para alta resistencia
Disponibilidad típica	Alto	Moderado	Alto	10.9 está ampliamente disponible

Al seleccionar el acero 10.9, son cruciales consideraciones como la rentabilidad, la disponibilidad y los requisitos específicos de la aplicación. Su alta resistencia lo convierte en la opción preferida en numerosas aplicaciones de ingeniería, pero se deben evaluar cuidadosamente los posibles problemas de resistencia a la corrosión y soldabilidad.

En resumen, el acero 10.9 es un material versátil y de alto rendimiento, ideal para una amplia gama de aplicaciones, especialmente donde la resistencia y la fiabilidad son primordiales. Comprender sus propiedades y limitaciones es esencial para una selección y aplicación óptimas del material.