1. Un fallo que se diagnostica sistemáticamente como «material defectuoso»
Empecemos por una escena concreta.
Tómese un lote de tornillos de clase 12.9. La inspección de recepción se pasa sin observaciones. El par de montaje es normal, no hay arrastre de rosca ni sobrecarga. Y, sin embargo, en las 24 a 72 horas siguientes al montaje, varios de ellos se rompen —en la cabeza o en la rosca— bajo una carga muy inferior a la capacidad nominal, en algunos casos mientras solo sostienen la carga previa. Se desmonta uno y se mira la fractura: plana, limpia, casi sin estricción.
La reacción habitual es declarar el material no conforme, cambiar de proveedor y ver el mismo problema reaparecer en el lote siguiente. Porque la causa real no está en la colada del acero — está en el proceso de acabado superficial.
Para identificar la fragilización por hidrógeno conviene recordar que tres rasgos que aparecen juntos son muy sospechosos: fractura a una tensión muy inferior al límite resistente, fallo tardío (de horas a días después del montaje) y una superficie de fractura frágil y plana.
2. Las tres condiciones necesarias de la fragilización por hidrógeno
La fragilización por hidrógeno no la causa un único factor. Es el resultado de que se cumplan tres condiciones simultáneamente:
| Condición | Qué significa | Cómo juzgarla en la práctica |
|---|---|---|
| Un material susceptible | Cuanto mayor es la resistencia o la dureza del acero, más sensible es al hidrógeno | Resistencia a la tracción Rm ≥ 1000 MPa, equivalente aproximadamente a ≥ 320 HV — en la práctica, clase 10.9 y superiores |
| Entrada de hidrógeno | Átomos de hidrógeno penetran en el acero y difunden por él, ya sea durante la fabricación o en servicio | Presencia de procesos húmedos como el decapado ácido o el zincado electrolítico (véase la lista del apartado 4) |
| Tensión de tracción | Una tensión de tracción sostenida: carga previa de montaje más carga de trabajo más tensiones residuales | Un tornillo apretado ya soporta una tensión de tracción alta, así que esta condición se cumple casi automáticamente |
El sentido de las tres condiciones es este: elimine cualquiera de ellas y la fragilización por hidrógeno no puede ocurrir. Hay por tanto tres líneas de actuación — hacer el material menos susceptible, cortar la fuente de hidrógeno o reducir la tensión de tracción. En la práctica de ingeniería, la segunda es la más eficaz y la más controlable.
Conviene separar un concepto. Lo que aquí se trata es la fragilización por hidrógeno interna (IHE): hidrógeno introducido durante la fabricación que provoca fractura diferida tras el montaje. La fractura frágil causada por hidrógeno que vuelve a entrar en la pieza en servicio —por protección catódica o por una reacción de corrosión— se clasifica normalmente como corrosión bajo tensión (SCC). El mecanismo es parecido, pero la etapa responsable en la cadena es distinta.
3. Dos umbrales de dureza: 320 HV y 390 HV no son lo mismo
Aquí es donde más se confunde la bibliografía. El marco de ISO 4042 traza en realidad tres líneas, y significan cosas completamente distintas:
| Umbral | Valor | Qué dice la norma | Qué hay que hacer |
|---|---|---|---|
| Umbral de riesgo | Rm ≥ 1000 MPa (≈ ≥ 320 HV) | Los elementos de fijación fabricados en esa clase de resistencia, que soportan tensión de tracción y se zincan electrolíticamente, están en riesgo de fallo por fragilización por hidrógeno | Evaluar el riesgo y tomar medidas para reducirlo; aquí es donde empieza a importar |
| Umbral de revenido obligatorio | Dureza / dureza en el núcleo > 390 HV (≈ ≥ 40 HRC) | Por encima de esta dureza, el revenido de desfragilización es obligatorio en los elementos de fijación zincados electrolíticamente; por debajo, la decisión se basa en el riesgo | El revenido no es opcional: debe ejecutarse y registrarse |
| Umbral de acuerdo escrito | Dureza > 365 HV | Los elementos de fijación de clase 10.9 y 12.9 en esa banda (es decir, los del extremo superior del rango de dureza admitido) deben cubrirse con un acuerdo escrito entre comprador y proveedor sobre cómo se gestiona el riesgo de hidrógeno | Pedir al proveedor un plan de control de hidrógeno y registros de ensayo, no solo un certificado de sistema |
Hay además una frase de ISO 4042:2018 que merece leerse despacio, porque describe con precisión la naturaleza del problema: los elementos de fijación de clase 10.9 fabricados correctamente, con el material y las propiedades metalúrgicas previstas conforme a ISO 898-1, no fallarán por fragilización por hidrógeno interna y no requieren revenido de desfragilización.
Esa frase no es una razón para relajarse — indica dónde está el problema. La raíz de la fragilización por hidrógeno es la pérdida de control del proceso, no la clase de propiedad en sí. Si la materia prima y el tratamiento térmico son correctos, la clase 10.9 no «necesita» revenido por naturaleza. La razón de que en la producción real se revengan tantas piezas de clase 10.9 es que el revenido se está usando para tapar pérdidas de control en el decapado y el zincado. El revenido es una medida correctiva, no una garantía.
4. De dónde viene el hidrógeno: lista de fuentes proceso a proceso
| Proceso | ¿Introduce hidrógeno? | Observaciones |
|---|---|---|
| Decapado ácido (desincrustado, desoxidado) | Sí | El ácido reacciona con el acero y libera hidrógeno, parte del cual difunde hacia su interior. A menudo se olvida que el decapado está aguas arriba de muchos otros procesos |
| Zincado / niquelado / cadmiado electrolítico | Sí (la fuente dominante) | El propio proceso catódico desprende hidrógeno. En la producción real, la mayor parte de la contaminación por hidrógeno de los elementos de fijación procede del zincado electrolítico |
| Cataforesis catódica, limpieza electrolítica | Sí | También hay desprendimiento catódico de hidrógeno, y resulta fácil pasarlo por alto |
| Fosfatado | Sí | El fosfatado va normalmente precedido de decapado ácido; el decapado es la fuente de hidrógeno |
| Galvanizado en caliente | Medio / bajo | El hidrógeno procede sobre todo del decapado previo y debe evaluarse y controlarse; el baño de galvanizado en caliente es caliente en sí (unos 440–470°C) |
| Zincado mecánico | Prácticamente ninguno | Proceso mecánico/químico: las piezas desengrasadas se agitan con polvo de zinc y microesferas de vidrio, y las esferas incrustan el zinc en la superficie. No interviene electrólisis |
| Recubrimiento de zinc lamelar no electrolítico (zinc-aluminio laminar, comercializado con marcas como Dacromet) | Prácticamente ninguno | Se aplica por vía mecánica, eliminando prácticamente la posibilidad de fragilización por hidrógeno; resiste 300°C; apto para M4 y superiores |
| Pavonado en negro / ennegrecido de aceros inoxidables | Bajo | Proceso de conversión química sin desprendimiento catódico de hidrógeno; pero reduce la resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables A1–A4 |
La conclusión de esta tabla es directa: todo proceso húmedo que emplee corriente eléctrica es una fuente de hidrógeno; todo proceso de aplicación mecánica que no la emplee, no lo es. Es exactamente por eso por lo que las rutas alternativas se concentran en el zincado mecánico y los recubrimientos de zinc lamelar.
5. Fractura diferida: la ventana temporal y la superficie de fractura
Lo más desagradable de la fragilización por hidrógeno es que es diferida. No ocurre en la línea de montaje, de modo que los registros de montaje, las trazas de par y la observación de los operarios no llegan a detectarla.
| Rasgo | Apariencia | Valor diagnóstico |
|---|---|---|
| Tiempo hasta la fractura | Mayoritariamente de horas a días tras el montaje | Agrupado en el tiempo y desfasado respecto al momento del montaje — la pista más potente |
| Nivel de tensión | La tensión en la fractura es muy inferior a la resistencia a la tracción, a veces solo la carga previa | Descarta la sobrecarga y descarta un exceso de par |
| Morfología de la fractura | Frágil, sin estricción, cara plana y limpia | Contrasta de forma acusada con una fractura dúctil por sobrecarga, que muestra deformación plástica evidente y una cara rugosa |
| Punto de iniciación | Normalmente en una concentración de tensiones: fondo del primer filete en contacto, radio entre cabeza y vástago, un arañazo o un defecto superficial en el vástago | Apunta a concentración de tensiones y no a resistencia insuficiente del material en volumen |
| Efecto de sección | La fragilidad aumenta al disminuir la sección | Los tornillos de alta resistencia de rosca fina y diámetro pequeño son más peligrosos |
Una regla de diagnóstico muy práctica: si se producen varios fallos en el mismo lote, de la misma ruta de proceso y en el mismo estado de montaje, y se concentran en pocos días, sospeche primero de la fragilización por hidrógeno en lugar de «un lote malo de acero». Un problema de material real suele dar una distribución de fallos más aleatoria y un vínculo más débil con la identidad del lote.
6. Revenido de desfragilización: temperatura, duración y momento de inicio
Cuando el zincado electrolítico no puede evitarse, el revenido (tratamiento de desfragilización, también llamado alivio de hidrógeno) es la medida correctiva más habitual y más eficaz. Los parámetros son los siguientes:
| Parámetro | Valor | Observaciones y limitaciones |
|---|---|---|
| Temperatura | 190–230°C, habitualmente 200–230°C en la práctica | Debe quedar por debajo de la temperatura de revenido original (primera) de la pieza, pues de lo contrario se destruyen las propiedades mecánicas ya obtenidas. Las piezas zincadas electrolíticamente se revienen normalmente a no más de 220°C; las cadmiadas electrolíticamente, a no más de 200°C; ciertos recubrimientos (el estaño, por ejemplo) y ciertas características de la pieza imponen también un límite superior |
| Duración | 4–24 h | Para elementos de fijación susceptibles (dureza / dureza en el núcleo superior a 390 HV), 8–10 h a 190–220°C es la duración mínima recomendada para piezas zincadas electrolíticamente. Cuanto mayor es la resistencia y más gruesa la sección, más tiempo se necesita, hasta 24 h |
| Momento de inicio | Empezar en las 4 h siguientes al zincado, cuanto antes mejor | Si las piezas llegan al horno pasadas 4 h, pueden haberse formado ya microfisuras irreparables — la tensión residual local empuja el hidrógeno hacia las zonas de alta tensión |
| Posición en la secuencia | Zincar → revenir → conversión / sellado / capa de acabado | El revenido suele realizarse después del zincado y antes de los recubrimientos de conversión y/o selladores y/o capas de acabado. Otras secuencias pueden ser adecuadas para otros sistemas de recubrimiento |
| Limitaciones superiores | No debe superarse la temperatura de revenido original; no debe dañarse el rendimiento del recubrimiento | Exceder la temperatura o el tiempo afecta también a la tensión residual de compresión beneficiosa que produce el laminado de roscas posterior al tratamiento térmico |
Merece la pena entender qué hace realmente el revenido. No consiste simplemente en «expulsar el hidrógeno». Hace dos cosas:
- Difundir fuera de la pieza tanto hidrógeno libre como sea posible;
- Permitir que el hidrógeno restante migre y quede atrapado en las «trampas» del acero —inclusiones, bordes de grano y sitios similares—, de modo que ya no pueda migrar libremente hacia las zonas de alta tensión.
Las investigaciones indican que lo que gobierna el resultado es la concentración local de hidrógeno, no el contenido total de la pieza. Eso explica también por qué el revenido reduce el riesgo de forma notable pero no puede eliminarlo por completo. La propia redacción de ISO 4042 es que no puede garantizarse la eliminación total de la fragilización por hidrógeno.
El horno también necesita control: disposición de la carga (las piezas no deben amontonarse; el aire caliente tiene que llegar a todas), tiempo de permanencia en el horno y uniformidad de temperatura.
7. Por qué «solo 4 horas» puede empeorar las cosas
Este apartado es la parte más contraintuitiva y más útil del artículo.
ISO 4042:2018 señala expresamente que la práctica habitual de revenir elementos de fijación zincados electrolíticamente a unos 190°C es insuficiente para extraer el hidrógeno, porque la propia capa de zinc es una barrera eficaz a la difusión del hidrógeno. El resultado es que una duración de revenido de 4 horas puede incluso ser perjudicial y dar lugar a fallos esporádicos. Para que el revenido sea eficaz y beneficioso, la duración debe prolongarse.
¿De dónde sale entonces la cifra de «4 horas»? Su papel real se parece más al de un marco temporal viable y un mecanismo de aseguramiento de la calidad (algo que permite comprobar si se siguió el procedimiento) que al de una condición físicamente suficiente. La norma añade además una disciplina concreta:
- El intervalo entre el zincado y el revenido no debe usarse como criterio rígido de aceptación de un lote de elementos de fijación; menos aún como base para atribuir la causa raíz de un fallo.
Esa frase merece imprimirse y colgarse en el departamento de calidad. Significa que no se pueden relajar los controles restantes porque el proveedor diga «los metimos en el horno 2 horas después del zincado», y que tampoco se puede atribuir la causa raíz al elemento de fijación solo porque el intervalo en las piezas falladas superase las 4 horas.
Conviene notar también su relación con otras normas: los requisitos de revenido de ISO 2081, ISO 9588 e ISO 19598 son demasiado generales y no son aplicables a los elementos de fijación. La desfragilización de elementos de fijación debe juzgarse con una norma específica para ellos, como ISO 4042.
8. La vía más fiable: evitar el zincado electrolítico en origen
Puesto que el revenido solo corrige, la estrategia más fiable es sencillamente no introducir hidrógeno desde el principio. Para distintas clases objetivo, el orden de preferencia entre rutas alternativas es:
| Clase / escenario objetivo | Proceso recomendado | Por qué |
|---|---|---|
| Clase 10.9, 12.9 (sobre todo el extremo de alta dureza) | Recubrimiento de zinc lamelar no electrolítico (zinc-aluminio laminar) > zincado mecánico > recubrimiento inorgánico de zinc | El proceso de aplicación no genera hidrógeno, eliminando prácticamente la posibilidad de fragilización por hidrógeno; los recubrimientos laminares resisten además 300°C y sirven para M4 y superiores |
| Clase 12.9 | Zincado mecánico o recubrimiento de zinc lamelar en primer lugar; evitar el zincado electrolítico y evitar también el galvanizado en caliente | La clase 12.9 está en la banda de máximo riesgo de fragilización por hidrógeno; el galvanizado en caliente no es electrolítico, pero el decapado previo sigue introduciendo hidrógeno |
| Cuando el zincado electrolítico es realmente inevitable | Reforzar el revenido (extremo superior del rango de temperatura, mayor duración) + ensayo de hidrógeno por lote o con una frecuencia definida + acuerdo escrito comprador-proveedor | Gestionar el riesgo como «conocido y controlado» en lugar de suponer que «debería ir bien» |
| Cuando el material puede cambiarse | Pasar a acero inoxidable o a una calidad resistente a los ácidos | Es una forma de cortar la fuente de hidrógeno. Pero atención: los aceros inoxidables de alta resistencia (martensíticos, de endurecimiento por precipitación) son ellos mismos sensibles a la fragilización por hidrógeno y a la corrosión bajo tensión — no son una salida segura incondicional |
9. Cómo verificar que la desfragilización ha funcionado
Una vez hecho el revenido, ¿cómo saber si ha servido de algo? ISO 4042 especifica que, cuando la dureza en el núcleo o en la superficie del elemento de fijación supera 320 HV (correspondiente a las clases 10.9 y 12.9), la fragilización por hidrógeno debe detectarse mediante ensayo.
El método habitual es un ensayo de mantenimiento de carga previa: se aprieta el elemento de fijación hasta cerca del límite elástico o hasta él, se mantiene en ese estado 48 horas y se acepta si no se produce fractura ni se observan fisuras. ISO 15330 es la norma redactada específicamente para este ensayo de carga previa destinado a la detección de fragilización por hidrógeno en elementos de fijación.
Hay otros dos enfoques: la verificación del control de proceso de la propia línea de zincado (ensayos de mantenimiento de larga duración sobre probetas entalladas de alta dureza, para verificar el nivel de control de hidrógeno de toda la línea) y el muestreo por lote.
Para los requisitos de compra conviene redactarlo así: exigir al proveedor registros de ensayo de fragilización por hidrógeno por lote o con una frecuencia definida, no un certificado de sistema de gestión de la calidad. Un certificado de sistema demuestra que existe un procedimiento; un registro de ensayo demuestra que ese lote concreto no está en riesgo.
10. Tres líneas de defensa complementarias desde el diseño
Incluso con el proceso completamente bajo control, el diseño puede hacer tres cosas para reducir aún más el riesgo:
- Reducir la concentración de tensiones. El hidrógeno migra siempre hacia las zonas de alta tensión. Evitar esquinas vivas, evitar salidas de rosca bruscas, evitar arañazos y marcas de mecanizado en el vástago y hacer los radios de transición tan generosos como sea posible. Los fallos arrancan en esos puntos no porque sean «débiles», sino porque la tensión local atrae al hidrógeno.
- Controlar la carga previa. La tensión de tracción es una de las tres condiciones necesarias y la carga previa es su fuente principal. En uniones sensibles a la fragilización por hidrógeno no conviene llevar la tensión de montaje al límite — lo que choca con el instinto habitual de «maximizar la carga previa para evitar el aflojamiento», así que hay que sopesarlo con la criticidad de la unión.
- Evitar reintroducir hidrógeno en servicio. Vigilar la combinación de protección catódica, medios ácidos y ambientes corrosivos; los fallos en ese contexto se acercan más a la corrosión bajo tensión.
11. Cinco errores habituales
| Error | Consecuencia |
|---|---|
| Dar por sentado que «cuanto mayor la clase de propiedad, mejor» | La clase 12.9 con zincado electrolítico es una de las combinaciones más peligrosas que existen. Para la mayoría de uniones basta con 8.8, con una tenacidad y un perfil de riesgo más favorables |
| Especificar solo «zincado» sin precisar el proceso | El zincado electrolítico, el zincado mecánico y el recubrimiento de zinc lamelar no electrolítico son tres cosas completamente distintas en lo que respecta a la fragilización por hidrógeno, con grandes diferencias de coste y de riesgo. Dejarlo sin especificar entrega la elección al postor más barato |
| Suponer que el revenido lo resuelve todo | El revenido reduce el riesgo de forma notable pero no garantiza su eliminación, y un revenido mal ejecutado puede ser perjudicial en sí mismo |
| Tomar «en el horno 2 horas después del zincado» como prueba de conformidad | Ese intervalo es un indicador de seguimiento del proceso; la norma dice claramente que no es un criterio de aceptación ni sirve para determinar la causa raíz de un fallo |
| Diagnosticar la fractura diferida como material no conforme, cambiar el acero pero no el proceso | El problema reaparecerá con seguridad. La raíz de la fragilización por hidrógeno está en la ruta de proceso, no en la colada |
Una frase para cerrar: gestionar la fragilización por hidrógeno no es cuestión de una etapa del proceso, sino de toda una cadena — el material y el tratamiento térmico fijan la susceptibilidad, el acabado superficial fija cuánto hidrógeno entra, el revenido fija cuánto puede recuperarse y el ensayo dice si realmente se conoce el propio estado. Si falla cualquiera de los cuatro eslabones, la cadena no es fiable.
Fuentes
- ISO 4042, Elementos de fijación — Sistemas de recubrimiento electrolítico: el umbral de riesgo de fragilización por hidrógeno (Rm ≥ 1000 MPa / ≥ 320 HV), el umbral de revenido obligatorio (> 390 HV), el umbral de acuerdo escrito (> 365 HV), los requisitos de temperatura, duración y momento del revenido, los límites de espesor de recubrimiento y la afirmación de que no puede garantizarse la eliminación total de la fragilización por hidrógeno.
- ISO 898-1: clases de propiedad y rangos de dureza (las bandas de dureza correspondientes a las clases 10.9 y 12.9).
- ISO 15330, Elementos de fijación — Ensayo de carga previa para la detección de fragilización por hidrógeno: apriete hasta cerca del límite elástico o hasta él, mantenimiento durante 48 h, criterio de aceptación sin fractura y sin fisuras visibles.
- ISO 2081, ISO 9588, ISO 19598: se señala que sus requisitos de revenido son demasiado generales para ser aplicables a los elementos de fijación.
- Manual técnico corporativo: comparación de procesos de acabado superficial (galvanizado en caliente, zincado mecánico, recubrimiento de zinc lamelar no electrolítico, pavonado, fosfatado, secado) y sus implicaciones para el riesgo de fragilización por hidrógeno.
- Bibliografía técnica del sector: mecanismo de la fragilización por hidrógeno y de la fractura diferida en piezas zincadas electrolíticamente, atrapamiento y redistribución del hidrógeno durante el revenido y el hallazgo de que la variable que gobierna es la concentración local y no la total.
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