Acero inoxidable | Gripado | Desgaste adhesivo

Gripado de aceros inoxidables y cuánto esfuerzo requiere

El gripado es la soldadura en frío de puntos microscópicos altos entre dos superficies deslizantes, y es la razón por la que una pieza de acero inoxidable que se movía libremente en el taller se agarrota en la máquina. Las cinco familias de acero inoxidable son susceptibles a él, incluidos los grados martensíticos que un taller de herramientas compra como 420 y 440C. También se mide. El ensayo de botón sobre bloque devuelve un esfuerzo umbral de gripado para cada grado y condición, y la tabla publicada abarca cuatro familias y dieciséis designaciones de aleación, lo cual es suficiente para responder la pregunta de qué acero inoxidable combinar con qué.

El esfuerzo umbral de gripado, grado por grado

En el ensayo de botón sobre bloque se rota un botón cargado contra un bloque del mismo material hasta que la superficie se desgarra, y el esfuerzo de contacto al cual esto ocurre es el esfuerzo umbral de gripado. Un número más alto es mejor. Las entradas marcadas como no gripantes recorrieron todo el rango del ensayo sin desgarrarse, por lo que comparten un valor, y las dos columnas de unidades se reproducen tal como las imprime la fuente. La dureza se da como la da la fuente, ya sea en Rockwell B o Rockwell C.

GradoCondiciónDurezaMPaksi
Austenítico
S20161Recocido95 HRB104 (a)15 (a)
S21800Recocido92 HRB104 (a)15 (a)
S28200Recocido96 HRB16624
S28200Estirado en frío35 HRC629
S20910Recocido97 HRB355
S20900Recocido96 HRB487
S24100Recocido23 HRC9714
S30430Recocido74 HRB355
Tipo 304Recocido86 HRB558
Tipo 304Estirado en frío27 HRC172.5
Tipo 316Recocido82 HRB487
Tipo 316Estirado en frío27 HRC355
Tipo 303Recocido85 HRB13820
Tipo 201Recocido95 HRB10415
N08020Recocido87 HRB142
Martensítico
S42010Templado a 204 °C (400 °F)50 HRC104 (a)15 (a)
S42010Templado a 260 °C (500 °F)47 HRC629
Tipo 410Recocido87 HRB71
Tipo 410Templado a 260 °C (500 °F)43 HRC213
Tipo 416Recocido95 HRB213
Tipo 416Templado a 316 °C (600 °F)37 HRC629
Tipo 416Templado a 538 °C (1000 °F)32 HRC426
Tipo 420Templado a 204 °C (400 °F)51 HRC2518
Tipo 420Templado a 260 °C (500 °F)49 HRC558
Tipo 440CTemplado a 260 °C (500 °F)55 HRC12518
Endurecible por precipitación
S45500Envejecido a 510 °C (950 °F)48 HRC9013
S45500Envejecido a 566 °C (1050 °F)43 HRC598.5
S45500Envejecido a 621 °C (1150 °F)36 HRC284
S45000Recocido29 HRC6910
S45000Envejecido a 480 °C (895 °F)43 HRC558
S45000Envejecido a 566 °C (1050 °F)38 HRC172.5
S45000Envejecido a 621 °C (1150 °F)33 HRC142
S17400Envejecido a 480 °C (895 °F)45 HRC6910
S17400Envejecido a 621 °C (1150 °F)34 HRC355
S13800Envejecido a 538 °C (1000 °F)46 HRC213
S66286Envejecido a 718 °C (1325 °F)30 HRC142
Ferrítico y dúplex
S18200Estirado en frío98 HRB355
Tipo 430FRecocido92 HRB142
Tipo 430Estirado en frío98 HRB101.5
Tipo 329Recocido25 HRC71

Umbral de tensión de gripado de aceros inoxidables autoapareados en el ensayo de botón sobre bloque, ASTM G98, acabado rectificado sin lubricar, reproducido del ASM Handbook, Volumen 18. Las entradas marcadas con (a) no presentaron gripado dentro del rango del ensayo. Los valores se imprimen tal como figuran en la fuente.

Lo que dice la clasificación

Entre los grados austeníticos, las aleaciones de cromo-manganeso-nitrógeno superan a las aleaciones de cromo-níquel de dureza similar. S28200, S20161 y S21800 arrojan los umbrales más altos de la familia, mientras que N08020, la aleación rica en níquel, arroja el más bajo con 14 MPa. La fuente atribuye esto a dos efectos de aleación. El níquel es perjudicial para la resistencia al gripado y el silicio es beneficioso, lo que explica ambos extremos de la tabla. El Tipo 303, el grado de fácil mecanizado, se sitúa alto con 138 MPa por razones de su propia composición química y su superficie mecanizada, y es el recordatorio útil de que un grado elegido por una propiedad trae consigo otras propiedades.

Endurecer un grado austenítico mediante estirado en frío empeora su resistencia al gripado, no la mejora. El Tipo 304 cae de 55 MPa recocido a 86 HRB a 17 MPa estirado en frío a 27 HRC, y S28200 cae de 166 MPa a 62 MPa con el mismo cambio. Esta es la línea más contraintuitiva de la tabla, y se deriva del mecanismo. La resistencia al gripado en estas aleaciones proviene de la capacidad de endurecerse por deformación justo en el contacto, y un grado que ya ha sido trabajado en frío ha gastado esa capacidad antes de que la pieza entrara en servicio.

Entre los grados martensíticos, una mayor dureza de trabajo no produce por sí sola un umbral más alto, y las dos condiciones del Tipo 420 lo muestran claramente. Revenido a 204 C hasta 51 HRC arroja 25 MPa, y revenido a 260 C hasta 49 HRC arroja 55 MPa, por lo que la condición más blanda es la mejor. El Tipo 440C a 55 HRC es la entrada martensítica más fuerte con 125 MPa, lo que coincide con su reputación como acero inoxidable para herramientas de contacto deslizante. S42010 no presentó gripado a 50 HRC, y la cifra de dureza por sí sola no lo habría predicho.

Los grados de endurecimiento por precipitación siguen su temperatura de envejecimiento más que su contenido de aleación. S45500 pierde umbral de forma constante a medida que aumenta la temperatura de envejecimiento, de 90 MPa a 510 C a 59 MPa a 566 C y 28 MPa a 621 C, y S45000 hace lo mismo de 69 MPa a 14 MPa. Una pieza reenvejecida a mayor temperatura para ganar ductilidad cede resistencia al gripado al hacerlo.

Una suposición de diseño que no sobrevive a los datos

Una regla de trabajo común es que una gran diferencia de dureza entre dos piezas apareadas evita el gripado. Los datos de desgaste publicados no lo respaldan. Probados contra seis aleaciones de contracara diferentes, el Tipo 440C a 57 HRC y S21800 a 95 HRB resultaron buenas selecciones independientemente de la dureza del material contra el que corrieron. La elección de la mejor aleación, no el tamaño de la brecha de dureza, es lo que decide el resultado. Dentro de un mismo grado la dureza sigue importando, y el mismo ensayo muestra al Tipo 440C perdiendo 0,7 mm3 a 56 HRC y 44,1 mm3 a 26,5 HRC, por lo que el tratamiento de endurecimiento no es opcional una vez elegido el grado.

Los grados austeníticos que se endurecen por deformación más rápido son los que mejor resisten el desgaste adhesivo, que es la razón por la que S20161 y S21800 se sitúan en lo más alto de la clasificación de desgaste adhesivo en el ensayo de cilindros cruzados y por la que el martensítico Tipo 410 a 24,5 HRC se sitúa en lo más bajo. La misma clasificación coloca un acero para herramientas común a la cabeza del grupo.

MaterialDurezaA 105 rev/minA 415 rev/min
acero para herramientas D261 HRC0.460.34
AISI 433752 HRC0.730.48
Stellite 6B48 HRC1.001.27
Acero al Mn Hadfield95 HRB1.250.41
Bronce al Al (10,5%)87 HRB2.211.52
Aluminio Tipo 6061-T659 HRB17.0621.15
AISI 413047 HRC9.446.80
Astralloy V46 HRC213.588.22
Tipo 440C57 HRC3.810.54
S2180095 HRB2.791.58
Tipo 20190 HRB4.954.68

Clasificación relativa de la resistencia al desgaste adhesivo de materiales forjados, reproducida del ASM Handbook, Volumen 18. La pérdida de peso está en miligramos por mil ciclos en el ensayo de cilindros cruzados, ASTM G83, a 71 N. El acero para herramientas D2 a 61 HRC es la mejor entrada de la tabla, por delante de la aleación de recargue base cobalto en la tercera fila.

La temperatura cambia la respuesta

El desgaste adhesivo no es una propiedad fija de un par, porque tanto la película de óxido como la tensión de fluencia cambian con la temperatura. S21800 mejora a medida que la junta trabaja más caliente, su pérdida de volumen cae de 2,6 mm3 a 80 C a 2,2 mm3 a 315 C y 1,3 mm3 a 540 C, y el Tipo 304 mantiene un nivel similar en el mismo rango. El Tipo 410 se comporta de manera opuesta. A 95 HRB pierde 282,8 mm3 a 80 C, y endurecerlo a 40 HRC reduce eso a 42,1 mm3, que es el caso para endurecer un grado martensítico incluso donde el umbral de gripado dice que el revenido más blando es mejor. La aleación de recargue base cobalto en la misma serie comienza baja y sube con la temperatura, que es la razón por la que no es la respuesta automática en cada calor.

Qué hacer con una herramienta inoxidable que se agarrota

MedidaPor qué funciona
Elija el grado de la lista medidaLa elección del grado mueve el umbral de tensión de gripado por un factor de veinte o más, por lo que es la primera decisión y no la última.
Haga que el par sea disímilUna pieza de acero inoxidable que trabaja contra una familia de materiales diferente elimina por completo el peor caso de gripado entre materiales iguales.
No confíe en el trabajo en fríoEl estirado en frío de un grado austenítico eleva su dureza y reduce su resistencia al gripado al mismo tiempo, que es lo contrario de lo que sugiere el valor de dureza.
Mantenga la superficie rectificada y libre de residuosLos valores umbral publicados se miden sobre un acabado rectificado sin lubricar, por lo que una superficie desgarrada o limada a mano queda por debajo de ellos.
Lubrique donde la aplicación lo permitaUna película de cualquier tipo separa las asperezas que de otro modo se soldarían en frío, y el desgaste adhesivo es el mecanismo que esa película interrumpe.
Vigile la temperatura de servicioLos grados austeníticos mantienen o mejoran su resistencia al desgaste adhesivo a medida que la unión trabaja más caliente, mientras que las aleaciones endurecibles la pierden.

Medidas contra el gripado en utillaje de acero inoxidable y piezas acopladas, de ASM Handbook, Volumen 18. Los métodos de ensayo publicados detrás de la tabla son el ensayo de cribado button on block y, para conexiones roscadas, un ensayo de montaje y desmontaje sobre la conexión real.

Cuando la pieza es un acero para herramientas en lugar de una pieza de acero inoxidable, el mismo mecanismo decide el grado y la respuesta se expone en la página de calidades resistentes al desgaste adhesivo. Los dos aceros para herramientas inoxidables que llevan estos datos en un taller de utillaje son acero inoxidable 440C, el umbral más alto de la familia martensítica, y acero inoxidable 420, que necesita el revenido correcto para dar su mejor resultado.

Gripado de los aceros inoxidables, PDF imprimible La tensión umbral de gripado de cada familia de acero inoxidable, la clasificación de materiales para desgaste adhesivo, el volumen perdido por las aleaciones comunes y el efecto de la temperatura, en un PDF con nuestros datos de contacto.
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Grados y existencias

El acero para herramientas inoxidable se compra por dos propiedades a la vez, y el desgaste o el gripado es solo la primera. El lado de la corrosión se expone en la tabla de resistencia a la corrosión del acero inoxidable, el lado de la composición en la tabla de composición del acero inoxidable, y la página de sensibilización cubre lo que el calor le hace al cromo en servicio.

Cuando el daño en la pieza es una mancha o un picado en lugar de una superficie desgarrada, el mecanismo es diferente y el diagnóstico está en la página de corrosión por picadura, con el caso de rendija en corrosión por rendija del acero para moldes. Cuando la superficie se desgarró porque dos piezas estaban fretando en lugar de deslizando, el patrón se describe en la página de desgaste por fretting, y cuando un troquel falló por una razón distinta a que la pieza se le pegara, la lista de mecanismos está en la página de mecanismos de desgaste y falla de troqueles.

Gripado de los aceros inoxidables, PDF imprimible La tensión umbral de gripado de cada familia de acero inoxidable, la clasificación de materiales para desgaste adhesivo, el volumen perdido por las aleaciones comunes y el efecto de la temperatura, en un PDF con nuestros datos de contacto.
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Antes de usar estos valores

Esta página es un resumen de referencia de la práctica publicada y no es una especificación de Aobo Steel. Los umbrales y las cifras de desgaste se reproducen de las tablas de origen y se midieron sobre probetas de laboratorio preparadas, por lo que el acabado superficial, el ajuste, la lubricación y la geometría de contacto real los modificarán. La selección de grado para un trabajo de utillaje inoxidable se confirma en el trabajo.

Fuente: ASM Handbook, Volume 18, Friction, Lubrication, and Wear Technology, ASM International, 1992.