Uno de los retos sobre los que, como fabricantes de muelles, tenemos poca influencia es la combinación de la vida útil requerida con las condiciones en las que el muelle tiene que funcionar. Dependiendo de los requerimientos del sistema, primero determinamos si el material es lo suficientemente resistente a la corrosión y si es utilizable en la aplicación.
Al mismo tiempo Alcomex decide si el material escogido tiene suficientes propiedades mecánicas para funcionar en el rango de temperaturas especificado. Encontrar la combinación adecuada es a menudo una tarea difícil.
La diversa literatura proporciona características sobre los materiales. Las más comunes son:
Material Ingredientes activos Rango de temperaturas normal
Acero carbono (C75, C85, C100) 1.1248/1.1269/1.1274 [de -40 °C a +120 °C]
Inox (301, 316, 17-7 PH) 1.4310/1.4401/1.4568 [de -150 °C a +250 °C]
Inconel (X750, 718, 625, 600) 2.4669/2.4668/2.4856/2.4816 [de -200 °C a +550 °C]
Hastelloy (C4, C276) 2.4610/2.4819 [de -100 °C a +500 °C]
MP35N Cuerpo implantable [de -200 °C a +320 °C]
Cobre de berilio 2.1247 [de -190 °C a +160 °C]
Bronce fosforado 2.1020 [de -190 °C a +80 °C]
Latón 2.0321 [de -190 °C a +120 °C]
El material y el tratamiento de la superficie como solución
Después de la primera revisión, se examina la aplicación del muelle. Puede ser que el entorno de trabajo del muelle sea tan corrosivo que algunos materiales simplemente se «disuelven». La fuerza de los muelles y de los productos de muelles depende principalmente del grosor del alambre en relación con la fuerza de tensión [N/mm2]. El grosor del alambre y la fuerza de tensión tienen un efecto sobre la constante de elasticidad, es decir, el funcionamiento del muelle, y además también influye a su vida útil. Algunos problemas se pueden resolver escogiendo un material diferente. Sin embargo, para las aplicaciones basadas en el coste, esto suele ser demasiado caro, ya que los materiales más exóticos simplemente no están disponibles en forma de alambre o tira estrecha.
A menudo, se puede acudir al tratamiento de la superficie como solución alternativa para un medio específico. Los tratamientos de superficies más comunes son: galvanizado, fosfatado, niquelado, cromado, recubrimiento en polvo, estañado y plateado o dorado. Todos estos tratamientos de superficie añaden propiedades específicas al muelle y como resultado se alarga su vida útil y el producto se vuelve adecuado para la aplicación, siempre que las propiedades mecánicas no se vean perjudicadas.
Fragilidad por hidrógeno en los materiales de muelles
La aplicación del tratamiento de la superficie no está exenta de riesgos y si se aplica de forma incorrecta, puede hacer que los materiales sean más frágiles. Este fenómeno se conoce como fragilidad por hidrógeno y ocurre en todos los casos en que el hidrógeno se puede desarrollar en la superficie del acero. El efecto de la fragilidad por hidrógeno sobre el acero es que el acero se rompe bajo una fuerza de tensión mucho más baja que lo usual, a pesar de que el acero alcance propiedades de durabilidad durante las pruebas de la vida útil normal. La fragilidad por hidrógeno puede ocurrir en procesos de tratamiento de superficie y ocurre cuando los muelles están expuestos a ácidos no oxidantes o a limpieza y revestimientos catódicos.
Nota: las ballestas que se han endurecido después de moldearlas son sensibles a este fenómeno.
El riesgo de fragilidad disminuye cuando se reduce también la fuerza de tensión y la dureza. Generalmente, la fragilidad no aparece en el acero con una fuerza de tensión inferior a 1000 N/mm² o una dureza inferior a 30 Vickers. La mayoría del hidrógeno se puede eliminar con un tratamiento térmico posterior (calentamiento continuo). El grosor del material determina la temperatura y la duración de este tratamiento termal:
Grosor del material < 3 mm 170 °C – 180 °C, 5 horas
Grosor del material < 12 mm 190 °C – 210 °C, 4 horas
La implementación de tratamientos de la superficie casi nunca está exenta de riesgos. Alcomex siempre realiza estos tratamientos consultando socios especializados para garantizar la calidad de nuestros productos y soluciones de muelles.
Por: Marco Dekker | Jefe de Investigación y Desarrollo
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