Guía
¿Cómo evitar la fragilización por hidrógeno en piezas de acero templado con zincado?
La fragilización por hidrógeno es la pérdida de ductilidad que sufre un acero de alta resistencia cuando absorbe hidrógeno atómico durante el decapado ácido y el zincado electrolítico; la pieza pasa la inspección, se aprieta o se carga en el ensamble y se rompe de golpe horas o días después. Se evita con cuatro decisiones escritas: declarar la dureza del acero en el plano, exigir el horneado de desfragilización después del zincado y antes del pasivado, cambiar a un recubrimiento sin hidrógeno cuando la dureza es muy alta, y pedir el registro del horneado con cada lote.
Por Equipo de ingeniería de Saola Manufacturing · Publicado · Actualizado
Esta guía es para el ingeniero de diseño o de calidad que tiene en la mesa una arandela de presión, un perno templado, un seguro, un pasador o una flecha cementada zincada que tronó en la línea de ensamble o en campo, y para el comprador que tiene que decidir qué le pide al proveedor para que no vuelva a pasar. La respuesta útil no es una definición de química, sino un procedimiento: reconocer la falla, confirmar la causa, decidir el recubrimiento y escribir la nota correcta.
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Datos clave
- ASTM B633 indica que los aceros con resistencia a la tensión superior a 1700 MPa (46 HRC) no deben zincarse según esa especificación, y para tornillería recomienda considerar ASTM F1941/F1941M (ASTM B633-23, ASTM International, 2023)
- ASTM B850 es la guía de tratamiento térmico después del recubrimiento para reducir la susceptibilidad al daño por hidrógeno; se aplica después del zincado y antes de cualquier recubrimiento de conversión, no garantiza la ausencia de daño y se coordinó con ISO 9588 y es técnicamente equivalente (ASTM B850-98 (2022), ASTM International, 2022)
- El manual de diseño de sujetadores de la NASA documenta que, para sujetadores de acero al carbono recubiertos, las especificaciones pasaron de un horneado de 3 horas a 375 °F (unos 190 °C), que se juzgó insuficiente, a uno de no menos de 23 horas, y el tiempo máximo para iniciarlo bajó de 4 a 2 horas después del recubrimiento, con revisiones de 1981 y 1982 (NASA RP-1228, NASA, 1990)
- En Saola Manufacturing el torneado y el fresado CNC se hacen en nuestra planta asociada principal en Vietnam. El zincado y los demás acabados superficiales se coordinan con fábricas asociadas, y la ubicación de producción se indica en cada cotización.
¿Cómo se reconoce una falla por fragilización por hidrógeno?
Es una fractura frágil y diferida en una pieza dura que estaba bajo carga: la cabeza de un tornillo que salta en la tarima horas después del apriete, un seguro que se parte sin haber trabajado o una arandela de presión que aparece en dos pedazos. No hay deformación, no hay desgaste y casi nunca hay un golpe que la explique.
Tres rasgos juntos casi siempre apuntan al hidrógeno. El primero es el retraso: la pieza pasó la inspección dimensional, se armó y aguantó el par de apriete, y se rompió después, sin que nadie la tocara. El segundo es la ubicación: la grieta nace donde hay concentración de esfuerzo, como la unión entre cabeza y caña de un tornillo, la primera cuerda que trabaja, un radio de filete chico, el canal de un seguro o una ceja estampada. El tercero es el aspecto de la superficie rota: brillante, granulosa y sin el labio deformado que deja una ruptura dúctil.
Antes de culpar al hidrógeno, descarte las dos fallas que más se le parecen. Una fractura por fatiga muestra marcas de playa y avanza con ciclos de carga; un laboratorio de metalurgia las identifica a simple vista con lupa. Un sobreapriete deja la cuerda estirada y la caña con cuello. Si no ve ninguna de las dos cosas y la pieza es templada y zincada, trate el caso como fragilización hasta que el laboratorio diga otra cosa.
| Lo que observa | Causa probable | Qué revisar primero |
|---|---|---|
| Rotura sin carga nueva, horas o días después del apriete, superficie granulosa y brillante | Fragilización interna por hidrógeno | Dureza real, registro de horneado y tiempo entre zincado y horno |
| Marcas de playa que avanzan desde un punto, rotura después de horas de servicio con vibración | Fatiga | Precarga, radios, rugosidad en la raíz de la cuerda |
| Cuerda estirada, cuello en la caña, rotura durante el apriete | Sobreapriete o material bajo de resistencia | Par aplicado, coeficiente de fricción, certificado de molino |
| Grietas ramificadas con corrosión visible, pieza en ambiente húmedo o con cloruros | Fragilización por hidrógeno de servicio o corrosión bajo esfuerzo | Ambiente, par galvánico con otros metales, estado del zinc |
¿Qué la causa en una pieza zincada?
La combinación de tres cosas: acero de dureza alta, hidrógeno que entra en el decapado y en el zincado, y un esfuerzo de tensión en la pieza. Quite cualquiera de las tres y la falla no ocurre; el horneado ataca la segunda.
Las causas concretas que conviene revisar son estas:
- Horneado omitido. El plano decía solo «zincado» y el acabador no sabía que la pieza era templada. Un acabador que ve una pieza sin marcar no distingue un seguro templado de una arandela de acero bajo carbono, así que procesa todo igual.
- Horneado tardío o corto. Las piezas esperaron en el almacén entre la línea de zincado y el horno, o se hornearon menos tiempo del que pide la norma citada. El hidrógeno ya se acomodó en los puntos de esfuerzo y el horno llega tarde.
- Pasivado antes del horneado. Para no dañar el pasivado, alguien horneó a una temperatura baja o se saltó el horno. ASTM B850 pone el horneado después del zincado y antes del recubrimiento de conversión precisamente para evitar ese dilema.
- Dureza mayor a la prevista. El tratamiento térmico salió por encima del rango, o la superficie quedó más dura por cementado, temple por inducción o por el rolado de la cuerda. El riesgo sigue a la dureza real, no a la que dice el plano.
- Decapado ácido largo o agresivo. Una pieza con cascarilla de temple que pasa mucho tiempo en ácido absorbe hidrógeno antes de que empiece el zincado.
- Esfuerzos residuales sin aliviar. Rectificado, enderezado o doblado en frío después del temple dejan tensiones que suman con la carga de servicio. ASTM B849 describe un tratamiento térmico previo a la limpieza y al recubrimiento para piezas de 1000 MPa o más que se maquinaron, rectificaron, formaron o enderezaron en frío después del temple.
La tabla resume dónde está el riesgo según la dureza. Los rangos de dureza de las clases de tornillería son de ISO 898-1; la columna de riesgo es guía de la industria y no sustituye la tabla de la norma que usted cite. Como referencia, ASTM F1940 usa probetas de acero 4340 a 50 a 52 HRC justamente porque esa dureza es la más sensible al hidrógeno.
| Pieza o clase | Dureza típica | Riesgo con zincado electrolítico | Medida habitual |
|---|---|---|---|
| Acero bajo carbono sin tratamiento térmico (soportes, bujes, arandelas planas) | Menor a 250 HV | Bajo | Sin horneado; decirlo en el plano |
| Tornillería clase 8.8 | 250 a 320 HV (hasta M16); 255 a 335 HV (mayor a M16) | Bajo a moderado | Según la norma citada; revisar dureza real |
| Tornillería clase 10.9 (y pasadores o flechas templadas de dureza parecida) | 320 a 380 HV | Alto | Horneado obligatorio y registro por lote |
| Tornillería clase 12.9 (y resortes, seguros o arandelas de presión de dureza parecida) | 385 a 435 HV | Muy alto | Preferir laminillas de zinc o zincado mecánico |
| Acero con más de 1700 MPa de resistencia a la tensión | 46 HRC o más, según ASTM B633 | Fuera del alcance de ASTM B633 | Otro recubrimiento; no un horneado más largo |
| Piezas cementadas o templadas por inducción | Superficie dura, núcleo más blando | Alto en la capa dura | Tratar como pieza templada; horneado obligatorio |
¿Cómo se confirma la causa y se mide el riesgo?
Con tres revisiones: dureza real de piezas del mismo lote, el registro del proceso de zincado y horneado, y el examen de la fractura en un laboratorio. Para el proceso, la prueba de referencia es ASTM F519; para tornillos terminados, la prueba de precarga de ISO 15330.
Empiece por separar el lote. Las piezas que siguen enteras pueden traer el mismo hidrógeno, así que no las mande a la línea mientras investiga. Guarde las rotas sin limpiarlas ni aceitarlas, porque la superficie de fractura es la evidencia principal.
Mida la dureza de varias piezas del lote, no solo de una. Si el plano pedía un rango y las piezas salieron arriba de él, el problema empieza en el tratamiento térmico; la guía de tratamiento térmico de piezas maquinadas explica cómo especificarlo. En piezas cementadas, mida en la superficie y en el núcleo.
Pida al proveedor el registro del acabado de ese lote: hora de salida de la línea de zincado, hora de entrada al horno, temperatura y duración con la gráfica del horno, y el pasivado que siguió. Si el registro no existe, o si muestra el pasivado antes del horno, ya tiene la causa más probable.
Revise también cómo se reparten las roturas. Si se concentran en un lote de zincado, en una carga de horno o en piezas que se retrabajaron (decapadas y rezincadas), el problema está en ese proceso y no en el diseño. Si aparecen en varios lotes con el mismo radio o la misma cuerda, revise además la concentración de esfuerzo.
El laboratorio confirma con microscopía electrónica de barrido de la fractura: la falla por hidrógeno en acero de alta resistencia suele mostrar zonas intergranulares cerca del origen, distintas de las estrías de fatiga. Pida que el informe compare la dureza, la microestructura y el origen de la grieta. Para el futuro, ASTM F519 califica un proceso de recubrimiento con probetas cargadas de forma sostenida que deben aguantar al menos 200 horas sin romperse, y ASTM F1940 vigila el proceso de zincado de tornillería con probetas con muesca y monitoreo periódico. En tornillos ya terminados, ISO 15330 aprieta una muestra contra superficies paralelas, la deja cargada un tiempo fijado y revisa si alguna se rompe. Ninguna inspección visual, dimensional ni de niebla salina detecta hidrógeno; como dice el manual de la NASA, no hay indicación externa de que el hidrógeno esté presente.
¿Cómo se corrige o se previene?
Para piezas templadas que sí se pueden zincar: horneado según ASTM B850 o ISO 9588, iniciado pronto después del zincado y antes del pasivado, con registro por lote. Para piezas muy duras o críticas: cambiar a un recubrimiento que no carga hidrógeno al aplicarse, como laminillas de zinc o zincado mecánico.
Un lote que ya presentó roturas no se rescata horneándolo después de pasivado y empacado. El horneado pierde efecto conforme pasa el tiempo desde el zincado, y si el hidrógeno ya produjo microgrietas, el horno no las cierra. Lo prudente es poner en cuarentena todo el lote, reponer o desmontar las piezas instaladas en uniones críticas, y aplicar la acción correctiva en el siguiente pedido.
El registro histórico de la NASA muestra por qué el horneado no es un trámite: para sujetadores de acero al carbono recubiertos, las especificaciones cambiaron de un horneado de 3 horas a uno de no menos de 23 horas, y el tiempo máximo para iniciarlo bajó de 4 a 2 horas después del recubrimiento, porque el horneado corto resultó insuficiente (NASA RP-1228). El tiempo y la temperatura que aplican a su pieza salen de la norma que usted cite, no de la costumbre del taller.
| Situación | Opción recomendada | Ventaja | Qué vigilar |
|---|---|---|---|
| Pieza templada, dureza moderada, apariencia de zincado necesaria | Zincado con horneado según ASTM B850 antes del pasivado | Mantiene el proceso, el color y el costo del zincado | Tiempo entre zincado y horno; registro con gráfica |
| Tornillería 12.9, resortes, seguros, arandelas de presión | Recubrimiento de laminillas de zinc (zinc-flake) | Se aplica por inmersión y centrifugado o aspersión, con curado y sin corriente eléctrica; la antigua ASTM F1136 indicaba que el proceso no induce hidrógeno si la limpieza no es ácida | Limpieza previa sin ácido; espesor en cuerdas finas |
| Piezas pequeñas a granel, arandelas, clips | Zincado mecánico | El zinc se deposita por impacto en tambor, con mucho menor riesgo de hidrógeno; ASTM B695 aún pide verificar la ausencia de fragilización | Apariencia menos uniforme; no apto para piezas grandes o delicadas |
| Acero con más de 46 HRC | Recubrimiento no electrolítico o protección sin zinc | Evita el proceso que la norma de zincado excluye | Compatibilidad con el par de apriete y la fricción del ensamble |
| Pieza dura que no necesita protección fuerte | Pavonado con aceite o fosfatado con aceite | Evita el zincado electrolítico | Protección mucho menor; el decapado previo puede introducir hidrógeno, y ASTM B849 incluye el fosfatado entre los procesos que pueden causar fragilización |
Dos medidas más ayudan sin cambiar de recubrimiento. La primera es pedir limpieza por granallado o alcalina en lugar de decapado ácido largo en piezas con cascarilla. La segunda es revisar el diseño: un radio de filete más generoso bajo la cabeza o en el canal del seguro baja la concentración de esfuerzo donde nace la grieta.
¿Qué debe escribir en el plano y en la orden de compra?
En el plano: material, tratamiento térmico con su rango de dureza, norma del zincado con clase y tipo, norma del horneado y el orden zincado, horneado, pasivado. En la orden de compra: el registro de horneado por lote y, si la pieza es crítica, la calificación del proceso según ASTM F519.
Una nota de plano para un pasador templado zincado podría decir: «Material AISI 4140, templado y revenido según nota 3. Zincado según ASTM B633-23, Fe/Zn 8, tipo V. Horneado de desfragilización por hidrógeno según ASTM B850 después del zincado y antes del pasivado. Entregar registro de horneado con cada lote.» Para tornillería, sustituya la primera norma por ASTM F1941/F1941M o ISO 4042 con su designación de recubrimiento. Revise la designación del tipo de pasivado contra la edición que cite; la guía de zincado contra galvanizado explica las clases y los tipos.
Si la pieza es de acero blando y no lleva horneado, escríbalo también: «Sin horneado; material sin tratamiento térmico.» Esa línea evita que un acabador cauteloso agregue un paso y que un auditor después se pregunte si se olvidó.
En la orden de compra, o en una hoja de requisitos que el plano cite, agregue:
- rango de dureza del acero, aunque ya esté en el plano, porque es lo que decide el horneado;
- registro por lote con hora de fin del zincado, inicio y fin del horneado, temperatura con gráfica del horno y el pasivado que siguió;
- prohibición de retrabajar el zincado (decapar y rezincar) sin repetir el horneado;
- para piezas críticas, evidencia de que el proceso de zincado está calificado según ASTM F519, o prueba de precarga según ISO 15330 en tornillería;
- qué hacer si falta el registro: el lote se considera no conforme.
Si después de todo eso un lote falla, el 8D ya tiene contra qué comparar.
¿Quién hace qué en un pedido con Saola Manufacturing?
El maquinado CNC se hace en nuestra planta asociada principal en Vietnam. El tratamiento térmico, el zincado, el horneado y los demás acabados se coordinan con fábricas asociadas, y la ubicación de producción y el origen se indican en cada cotización.
Los pasadores, flechas y piezas de acero salen de torneado CNC o de fresado CNC, donde se hace la inspección dimensional. El zincado forma parte de los acabados superficiales que se encargan a fábricas asociadas que coordinamos; esas fábricas no se nombran y no necesariamente están en Vietnam.
Al cotizar, revisamos la nota de acabado contra el material y el tratamiento térmico del plano. Si una pieza templada trae solo «zincado», lo señalamos y pedimos la dureza y la norma de horneado antes de pasar la pieza a las fábricas asociadas de acabado. Si la dureza está en la zona donde conviene otro recubrimiento, lo decimos en la nota de manufacturabilidad. Si su solicitud pide el registro de horneado por lote, lo incluimos como requisito en la cotización.
Preguntas frecuentes
¿Se puede detectar el hidrógeno inspeccionando las piezas recibidas?
No con inspección normal. La pieza fragilizada mide bien, se ve bien y pasa la niebla salina. La protección está en el proceso: dureza conocida, horneado registrado y, en piezas críticas, un proceso calificado o una prueba de precarga sobre una muestra.
¿Puedo hornear yo las piezas cuando lleguen?
No sirve como corrección. El horneado tiene que empezar poco después del zincado y antes del pasivado; semanas después, con el pasivado aplicado, el horno puede dañar el pasivado y no garantiza sacar el hidrógeno que ya se acomodó en los puntos de esfuerzo. ASTM B850 aclara que ni siquiera el horneado a tiempo garantiza la ausencia total de daño.
¿El zincado mecánico o las laminillas de zinc eliminan el riesgo por completo?
Lo reducen mucho, pero no lo eliminan por definición. En laminillas de zinc, la antigua ASTM F1136 indicaba que el proceso no induce hidrógeno siempre que no haya limpieza ni pretratamiento ácido o de fosfato, y pedía limpieza alcalina y granallado. El zincado mecánico tiene mucho menor riesgo, pero ASTM B695 sigue pidiendo verificar la ausencia de fragilización. Pida limpieza alcalina o granallado y confirme en la cotización qué preparación se usa.
¿El zinc-níquel tiene menos riesgo que el zincado común?
También es un recubrimiento electrolítico y también carga hidrógeno, así que las piezas templadas necesitan horneado igual que con zinc. Su ventaja es la resistencia a la corrosión, no la fragilización.
¿Por qué la falla aparece días después y no en el apriete?
El hidrógeno se difunde lentamente hacia las zonas de mayor esfuerzo de tensión, como la primera cuerda o el radio bajo la cabeza. Cuando se acumula lo suficiente, la grieta arranca sin carga adicional; por eso se le llama falla diferida.
Fuentes
- ASTM B633-23, Standard Specification for Electrodeposited Coatings of Zinc on Iron and Steel, ASTM International, 2023
- ASTM B850-98 (2022), Standard Guide for Post-Coating Treatments of Steel for Reducing the Risk of Hydrogen Embrittlement, ASTM International, 2022
- ASTM B849-02 (2019), Standard Specification for Pre-Treatments of Iron or Steel for Reducing Risk of Hydrogen Embrittlement, ASTM International, 2019
- ASTM F1941/F1941M-16 (2025), Standard Specification for Electrodeposited Coatings on Mechanical Fasteners, Inch and Metric, ASTM International, 2025
- ASTM F519-23, Standard Test Method for Mechanical Hydrogen Embrittlement Evaluation of Plating/Coating Processes and Service Environments, ASTM International, 2023
- ASTM F1940-07a (2024), Standard Test Method for Process Control Verification to Prevent Hydrogen Embrittlement in Plated or Coated Fasteners, ASTM International, 2024
- ASTM F3393-24, Standard Specification for Zinc-Flake Coating Systems for Fasteners, ASTM International, 2024
- ASTM B695-21, Standard Specification for Coatings of Zinc Mechanically Deposited on Iron and Steel, ASTM International, 2021
- ASTM F1136/F1136M-11 (2019), Standard Specification for Zinc/Aluminum Corrosion Protective Coatings for Fasteners (retirada en 2025, sustituida por ASTM F3393), ASTM International, 2019
- Fastener Design Manual, NASA Reference Publication 1228, NASA, 1990