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El tornillo es un operador que deriva directamente del plano inclinado y siempre trabaja asociado a un orificio roscado. Básicamente puede definirse como un plano inclinado enrollado sobre un cilindro, o lo que es más realista, un surco helicoidal tallado en la superficie de un cilindro (si está tallado sobre un cilindro afilado o un cono tendremos un tirafondo). En él se distinguen tres partes básicas: cabeza, cuello y rosca.

El tornillo deriva directamente de la máquina simple conocida como plano inclinado y siempre trabaja asociado a un orificio roscado. Los tornillos permiten que las piezas sujetas con los mismos puedan ser desmontadas cuando la ocasión lo requiera.

Los tornillos están fabricados en muchos materiales y aleaciones; en los tornillos realizados en plástico su resistencia está relacionada con la del material empleado. Un tornillo de aluminio será más ligero que uno de acero (aleación de hierro y carbono), pero será menos resistente ya que el acero tiene mejor capacidad metalúrgica que el aluminio; una aleación de duraluminio mejorará las capacidades de resistencia del aluminio pero disminuirá las de tenacidad, ya que al endurecer el aluminio con silicio o metales como cromo o titanio, se aumentará su dureza pero también su coeficiente de fragilidad a partirse. Los metales más duros son menos tenaces ya que son cualidades antagónicas. La mayoría de las aleaciones especiales de aceros, bronces y aceros inoxidables contienen una proporción de metales variable para adecuar su uso a una aplicación determinada.

Siempre hay que usar el tornillo adecuado para cada aplicación. Si se usa un tornillo con demasiada resistencia de tensión (dureza) que no está ajustado al valor de diseño, podría romperse, como se rompe un cristal, por ser demasiado duro. Esto es porque los tornillos de alta tensión tienen menor resistencia a la fatiga (tenacidad) que los tornillos con un valor de tensión más bajo. Un tornillo compuesto por una aleación más blanda se podría deformar, pero sin llegar a partirse, con lo cual quizá no podría desmontarse pero seguiría cumpliendo su misión de unión.

El estándar ISO se marca con dos números sobre la cabeza del tornillo, por ejemplo "8.8". El primer número indica la resistencia de tensión (la dureza del material); el segundo número significa la resistencia a punto cedente, es decir, la tenacidad del material. Si un tornillo está marcado como 8.8, tiene una dureza (resistencia de tensión) de 800 MPa (megapascales), y una tenacidad (resistencia de tensión) del 80 %. Una marca de 10.9 indica un valor de tensión de 1000 MPa con una resistencia a punto cedente de 900 MPa, 90 % de resistencia de tensión.

Los tornillos pueden soportar hasta un mayor peso o tracción, pero rebasada su capacidad se rajarán, pudiendo quebrarse. Los tornillos fabricados con aleaciones más duras pueden soportar un mayor peso o tracción, pero tienen igualmente un límite y menor tenacidad que los tornillos fabricados en aleaciones más blandas. Si usa un tornillo que ha sido sobreajustado, sea cual sea su dureza, puede quebrarse con facilidad ya que su resistencia de tensión (tenacidad) es muy baja.

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