Cadena de acero de aleación de grado 100: resistencia, especificaciones y seguridad

Cadena de acero de aleación de grado 100. ofrece la mayor relación resistencia-peso entre todas las cadenas de elevación aéreas estandarizadas, con un límite de carga de trabajo de aproximadamente 25% más alto que la cadena Grado 80 del mismo diámetro . Este rendimiento se debe a un tratamiento térmico de enfriamiento y revenido controlado con precisión que produce una microestructura martensítica de grano fino con una resistencia máxima a la tracción mínima de 1000 MPa (145 000 psi). Para los ingenieros de elevación y supervisores de aparejo, la consecuencia práctica es sencilla: una cadena de Grado 100 de 13 mm reemplaza legalmente una cadena de Grado 80 de 16 mm en un conjunto de eslinga, lo que reduce el peso de la eslinga en aproximadamente un 35 % y mantiene una capacidad idéntica.

Cimentación metalúrgica y tratamiento térmico.

La designación "Grado 100" se refiere a la resistencia máxima a la tracción mínima de la cadena de 1000 N/mm² (100 kg/mm², de ahí la nomenclatura Grado 100). El material base es un acero de aleación de medio carbono tratado con boro, generalmente un 23MnNiMoCr54 modificado o un grado equivalente que cumpla con DIN 17115. Boro en concentraciones de 0,0008% a 0,003% aumenta drásticamente la templabilidad sin la penalización de costos que supone un alto contenido de níquel o molibdeno, lo que permite que la cadena alcance un endurecimiento total en diámetros de hasta 45 mm.

La secuencia crítica de fabricación comienza con la soldadura a tope por resistencia eléctrica del eslabón después de su formación. La soldadura flash se recorta en caliente y toda la longitud de la cadena ingresa a un horno de austenización continuo mantenido a 880°C a 920°C (1616°F a 1688°F) . El enfriamiento sigue inmediatamente en una solución de agua y polímero que enfría la cadena lo suficientemente rápido como para evitar la nariz de ferrita-perlita en el diagrama de transformación de enfriamiento continuo. Templando en 400°C a 500°C (752°F a 932°F) alivia las tensiones residuales y cambia una pequeña fracción de la resistencia máxima a la tracción por resistencia al impacto, lo que produce un rango de dureza final de 30 a 38 HRC. La microestructura resultante, cuando se examina con un aumento de 500x, debe mostrar una matriz de martensita completamente templada libre de redes de carburo en los límites de grano o descarburación a más de 0,15 mm de la superficie.

Límites de carga de trabajo y requisitos de factor de diseño.

cadena grado 100 se rige internacionalmente por la norma EN 818-2 y en Norteamérica por la norma ASTM A973/A973M y la norma de eslinga ASME B30.9. Los tres códigos exigen una Factor de diseño 4:1 sobre la resistencia mínima a la rotura para eslingas de cadena de un solo tramo en servicios de elevación en general. Esto significa que el límite de carga de trabajo (WLL) es exactamente una cuarta parte de la fuerza de rotura mínima verificada. El factor de diseño y los límites de carga de trabajo se escalan de manera predecible en todo el rango de diámetro estándar de 8 mm a 32 mm.

El factor de diseño de 4:1 se aplica sólo a cadenas nuevas que no estén dañadas. Cuando se utiliza una eslinga de cadena de grado 100 en una configuración de enganche tipo estrangulador, se debe reducir la potencia del WLL en 20% a 25% porque el estrecho radio de curvatura en el punto de estrangulamiento introduce tensiones combinadas de flexión y tracción que se concentran en la corona del eslabón. De manera similar, un enganche de canasta con ángulos de pata que exceden los 60 grados con respecto a la vertical reduce la capacidad porque el componente de fuerza horizontal magnifica la tensión en cada pata. El ángulo incluido entre las patas del cabestrillo nunca debe exceder los 120 grados; a 120 grados, cada pata soporta el 100 % del peso de la carga, lo que efectivamente duplica la demanda de tracción en comparación con un levantamiento vertical.

Distinguir el grado 100 de los grados inferiores

La cadena de grado 100 debe ser identificable visual y permanentemente para evitar la sustitución inadvertida de una cadena de menor capacidad en un conjunto de elevación clasificado. Cada eslabón Grado 100 lleva una marca de identificación del fabricante estampada y el número "10" o "100" grabado en el cuerpo del eslabón a intervalos regulares, generalmente cada eslabón o cada dos eslabones en diámetros más pequeños. En comparación, la cadena de grado 80 lleva la marca "8" u "80" y tiene una resistencia máxima a la tracción mínima de 800 N/mm². La sustitución del Grado 80 por el Grado 100 en una eslinga diseñada para el grado superior reduce la carga de trabajo segura en un 20%, un margen que puede consumirse por completo con una sola carga de arranque dinámica.

Las dimensiones físicas de los eslabones de Grado 100 difieren de los de Grado 80 en el paso y el grosor del eslabón, lo que impide que un conector de Grado 80 o un gancho de agarre encajen correctamente en una cadena de Grado 100 del mismo diámetro nominal. El eslabón de grado 100 tiene un paso ligeramente más corto y una sección transversal más gruesa en la corona y el cilindro, lo que aumenta el peso de la cadena por unidad de longitud en aproximadamente 8% a 12% en comparación con el Grado 80 del mismo diámetro . Esta incompatibilidad dimensional es una característica de seguridad intencional; Si se forzara un eslabón maestro de Grado 80 en una cadena de Grado 100, la geometría no coincidente crearía un punto de tensión de contacto que podría iniciar una grieta por fatiga.

Conjunto de eslingas y compatibilidad de componentes

Una eslinga de cadena de grado 100 es tan fuerte como su componente más débil. El eslabón maestro, los conectores intermedios, los embragues de acortamiento y los ganchos deben tener la misma clasificación de Grado 100 y factor de diseño 4:1. Mezclar una cadena de Grado 100 con accesorios de Grado 80 reduce la potencia de todo el conjunto al límite de carga de trabajo de Grado 80. El desajuste más común ocurre con los embragues de acortamiento, donde un embrague tipo rezón diseñado para una cadena de Grado 80 se enrosca inadvertidamente en una cadena de Grado 100 porque el operador asume compatibilidad. El embrague incorrecto agarrará el eslabón adecuadamente bajo carga estática pero Deslizamiento bajo carga de impacto en aproximadamente 60% a 75% de la capacidad nominal de la cadena. , porque el perfil de la mordaza del embrague no coincide con el radio de la corona del eslabón.

Los eslabones maestros y acopladores tipo horquilla para aplicaciones de Grado 100 generalmente se forjan a partir de una aleación de acero de cromo-molibdeno y se tratan térmicamente para que coincidan con las propiedades mecánicas de la cadena. El pasador de conexión se retiene mediante una chaveta, un tornillo de cabeza hueca con un elemento de bloqueo de nailon o un acoplamiento permanente estilo hammerlok. El hammerlok, que utiliza dos mitades forjadas entrelazadas accionadas juntas con un martillo, proporciona una conexión permanente que no se puede desmontar involuntariamente y es estándar para eslingas de una o dos patas con un diámetro de cadena de hasta 32 mm.

Consideraciones sobre el comportamiento a fatiga y la vida útil.

La cadena de grado 100 exhibe una vida de fatiga finita que depende del rango de tensión por ciclo, no de la resistencia máxima a la tracción. Las pruebas según DIN 685-5 demuestran que una cadena Grado 100 fabricada correctamente resistirá 20.000 ciclos de carga a 1,5 veces el límite de carga de trabajo sin fractura de enlace . Sin embargo, este límite de resistencia supone que la cadena se carga axialmente en línea recta sin doblar los componentes. La fatiga por flexión en el asiento de una polea o alrededor de una esquina afilada reduce drásticamente el número de ciclos hasta la falla. Una cadena de Grado 100 que se dobla sobre un diámetro menor que tres veces el paso del eslabón de la cadena fallará por fatiga en una fracción del límite de resistencia publicado porque la tensión de flexión combinada en el intradós del eslabón excede el límite elástico del material en cada ciclo.

Las picaduras por corrosión son el principal acelerador de fatiga en el levantamiento marítimo y en alta mar. La exposición al agua salada crea picaduras microscópicas en la superficie del eslabón que actúan como concentraciones de tensión a partir de las cuales se inician las grietas por fatiga. Una cadena Grado 100 con picaduras de óxido visibles a mayor profundidad que 0,2 mm deben retirarse del servicio inmediatamente , independientemente del poco desgaste mecánico que presente. Se encuentran disponibles cadenas de Grado 100 galvanizadas en caliente y galvanizadas, pero están sujetas a problemas de fragilidad por hidrógeno. El paso de limpieza ácida en el proceso de galvanoplastia puede introducir hidrógeno en la microestructura martensítica. Una combustión de hidrógeno posterior al revestimiento en 200°C (392°F) durante un mínimo de cuatro horas Es obligatorio difundir el hidrógeno atrapado y prevenir la fractura frágil retardada.

Protocolos de inspección periódica y criterios de rechazo

Las normas reglamentarias, incluidas OSHA 1910.184 y la Directiva europea sobre maquinaria, exigen una inspección documentada de las eslingas de cadena de grado 100 por parte de una persona competente a intervalos que no excedan los 12 meses, con inspecciones visuales más frecuentes por parte del usuario antes de cada turno. La persona competente en inspección examina cada eslabón en busca de los siguientes criterios de rechazo, cualquiera de los cuales requiere que la cadena sea retirada de servicio permanentemente:

• El desgaste del eslabón en cualquier punto de la superficie de apoyo excede 10% del diámetro nominal original . Para una cadena de 13 mm, esto significa sustitución cuando la sección transversal desgastada mide menos de 11,7 mm.
• Elongación de cualquier eslabón individual que exceda 5% del tono original . Un eslabón que originalmente medía 39 mm de paso interior no debe exceder los 41 mm.
• Cualquier grieta, muesca, hendidura o corte, sin importar cuán superficial sea. Los eslabones de la cadena son sensibles a las muescas; Se supone que una discontinuidad superficial visible tiene un frente de grieta subsuperficial asociado.
• Daño por calor evidenciado por decoloración azul, salpicaduras de soldadura o exposición al fuego. La temperatura de templado de la cadena Grado 100 es de 400°C a 500°C; cualquier exposición por encima de ese umbral recoce la martensita y reduce permanentemente la resistencia de la cadena.
• Picaduras por corrosión como se indicó anteriormente, o cualquier cadena que haya sido sumergida en agua de mar sin un enjuague e inspección minuciosos con agua dulce.
• Distorsión, torsión o flexión de un eslabón fuera del plano en más de 10 grados . Un eslabón retorcido no puede articularse correctamente a través del conector correspondiente y genera una carga excéntrica.

Se requieren pruebas no destructivas mediante inspección por partículas magnéticas (MPI) durante la inspección anual y se realizan en cada eslabón después de que la cadena se haya limpiado hasta dejar el metal desnudo. El yugo MPI debe orientarse en dos direcciones perpendiculares para detectar grietas alineadas paralelas y transversales al eje del eslabón. La inspección con tintes penetrantes, si bien es más sencilla de realizar en el campo, no es un sustituto porque solo detecta fallas en la superficie y pasa por alto grietas subsuperficiales que pueden estar a micras de penetración.

Almacenamiento, manipulación y protección del medio ambiente.

La cadena de grado 100 debe almacenarse en un estante que evite el contacto con pisos de concreto y la humedad del suelo. El lixiviado de hormigón alcalino combinado con la condensación crea una célula de corrosión localizada que pica la cadena en los puntos de contacto. Las cadenas almacenadas durante más de seis meses deben recubrirse con un aceite inhibidor de corrosión volátil (VCI) o encerrarse en papel impregnado con VCI. Antes de volver al servicio, se debe quitar completamente la capa protectora porque incluso una película ligera de aceite puede reducir la fricción entre la cadena y un sujetador de carga o un gancho de agarre, lo que potencialmente permite que la carga se deslice bajo la vibración.

Se aplican límites de temperatura. La cadena de grado 100 conserva su límite de carga de trabajo total hasta 200°C (392°F) . Entre 200°C y 300°C, la WLL debe reducirse a 90% de la capacidad nominal . Entre 300°C y 400°C, la reducción aumenta a 75% . Por encima de 400°C, la cadena entra en el rango de templado y comienza a ablandarse permanentemente. Una cadena que ha estado en servicio a temperaturas superiores a 400 °C debe retirarse permanentemente del servicio a menos que sea retratada térmicamente y certificada nuevamente por el fabricante original, un proceso que casi nunca se justifica económicamente para diámetros de cadena inferiores a 20 mm.