La guía más completa sobre la norma ASTM A370

Ensayo de tracción de metales

Esta guía está diseñada para presentarle los elementos básicos del ensayo de tracción de la norma ASTM A370, y le ofrece un resumen del equipo de ensayo, software y especímenes necesarios. Esta guía no debe considerarse como sustituto de la lectura y seguimiento de la norma completa.

Diferencias entre la norma ASTM A370 y la norma ASTM E8 ¿Qué mide?

Aunque la norma ASTM A370 hace referencia a diferentes tipos de ensayo, el enfoque principal es el ensayo de tracción. Las propiedades medidas con más frecuencia son las siguientes:

• Módulo de elasticidad–: una medición de la resistencia a la deformación elástica de un material
• Resistencia a la deformación: el esfuerzo al cual un material se deforma de manera permanente
• Resistencia a la tracción: la fuerza o esfuerzo máximo que el material puede resistir
• Reducción del área: una medición de la ductilidad de un material
• Elongación total–: una medición del porcentaje de incremento en la longitud después del fallo

Sistema de ensayo de materiales

Como los ensayos de la norma ASTM A370 se ejecutan en una amplia gama de productos de acero y geometrías de espécimen, los requisitos de fuerza del sistema pueden variar en gran medida. La serie industrial de Instron ofrece marcos de ensayo adecuados para ensayar piezas redondas de acero inoxidable maquinado (300 kN) hasta productos tubulares de pared gruesa (2000 kN). Los marcos de carga de serie industrial incluyen tuercas de bola de alta rigidez y columnas, medición de carga con medidor de tensión y eliminación de la reacción para mayor durabilidad. Estas características contribuyen al mejor desempeño al generar resultados más precisos y minimizar la cantidad de energía almacenada durante un ensayo, esto es muy evidente al ensayar materiales de alta resistencia como alambre de resortes y sujetadores de gran diámetro.

Especímenes de tracción

Las geometrías del espécimen de la norma ASTM A370 pueden ser redondas fresadas, planas o de fábrica. La norma define las dimensiones para muchos tipos comunes de espécimen, incluidos barras, tubos, sujetadores, alambres y especímenes redondos.

Métodos de ensayo

Al igual que las normas más comunes de ensayo de metales, la norma ASTM A370 describe tres tipos de controles de ensayo: Control de tasa de esfuerzo, control de tasa de deformación y control de desplazamiento de cruceta. Para la norma ASTM E8/E8M, estos tipos de controles se denominan Método A, B y C. En la norma ASTM A370, el control de ensayo de tracción hace referencia a los métodos de la norma ASTM E8/E8M con la adición de determinados cálculos específicos en los diferentes materiales y aplicaciones dentro de la norma ASTM A370. En general, los fabricantes ejecutan ensayos usando el desplazamiento de cruceta durante todo el ensayo, o se basan en el control de tasa de esfuerzo para el cálculo del módulo elástico y luego cambian al control de desplazamiento de cruceta para el resto del ensayo. El siguiente video analiza con más detalles el método de control de la tasa de esfuerzo.

Agarres y extensómetros

Si bien existen muchas tecnologías de agarre diferentes adecuadas para el ensayo de materiales redondeados y planos, los agarres hidráulicos de cuña o acción lateral son opciones populares y versátiles, aunque algunos de los materiales dentro de la norma ASTM A370 (tubos y sujetadores, por ejemplo) requieren soluciones más específicas. 

Anexo 1: barra

Este anexo abarca los requisitos de dimensiones del espécimen y longitud del calibre del extensómetro para material de barras laminadas en caliente y acabadas en frío, para formas de espécimen planas, redondas, cuadradas, hexagonales y octogonales. En general, se recomiendan los agarres de cuña proporcionales cuando se ensaye material de barra. Sin embargo, debido a la resistencia a la tracción extremadamente alta, algunos materiales de barra (en especial, el tipo usado para fabricar resortes) puede provocar graves daños a las caras de mordazas de un agarre de cuña estándar cuando se produce un desplazamiento en un ensayo de tracción. En estos casos recomendamos un agarre proporcional de acción lateral a fin de sostener el material con mayor seguridad durante el ensayo y cuando se produce el fallo del espécimen.

Todos los especímenes de barra laminadas en caliente requieren un instrumento de longitud de calibre de 8” para la medición de deformación, dado que representan una sección completa sin mecanizar. Algunas opciones adecuadas para extensometría son AUTOX750 de Instron con longitud de calibre ajustable, o un dispositivo manual acoplable con una longitud de calibre de 8” dedicada como el W-6280-8 y W-6280-200 serie E de Instron. Lamentablemente, el material laminado en caliente no se puede ensayar usando un extensómetro sin contacto como el AVE2 de Instron, dado que los residuos de escamas producidos durante el ensayo provocarán que las marcas del calibre se salgan del espécimen o que el instrumento pierda de vista las marcas del calibre.

Los especímenes de material acabado en frío tienen una sección reducida para maquinar que usa un extensómetro de longitud de calibre de 2” como el AUTOX750, AVE2 o un dispositivo manual acoplable. La extensometría Clase B2 es adecuada para una excentricidad del 0,2 %, pero se recomienda un dispositivo clase B1 si es necesario un cálculo de deformación con porcentaje más bajo.

El Anexo 1 también abarca los requisitos del ensayo de curvatura para barras laminadas en caliente y con acabado en frío. Los ensayos se ejecutan en material de sección completa cuando las dimensiones del material lo permiten y el anexo especifica las dimensiones para especímenes maquinados cuando corresponda. Los ensayos de curvatura se ejecutan para inspeccionar visualmente grietas en la superficie del material y requiere los accesorios de ensayo de curvatura W-6810 y W-6812 de Instron. 

Anexo 2: conductos y tubos

Al ensayar productos tubulares, como un conducto de sección completa o especímenes con forma de hueso de perro cortados de un conducto o tubo, la solución adecuada y económica es un agarre de cuña proporcional. Si no se desea el aplanamiento del extremo de los especímenes con forma de hueso de perro, recomendamos usar juegos de mordazas curvas, que son especialmente útiles para ensayar especímenes con paredes gruesas y mayor resistencia a la tracción, dado que eliminan el desplazamiento e incrementan la precisión de la deformación al inicio del ensayo.

Las soluciones para la medición de deformación en conductos y tubos pueden ser extensómetros automáticos de contacto como el AUTOX750 o un dispositivo manual acoplable como la serie W-6280 de Instron. Para ensayar productos tubulares de sección completa, el AUTOX750 acepta un diámetro máximo de espécimen de 100 mm con una longitud de calibre de 2”. La extensometría Clase B2 es adecuada para una excentricidad del 0,2 %, pero se recomienda un dispositivo clase B1 si es necesario un cálculo de deformación con porcentaje más bajo.

El Anexo 2 también describe varios ensayos de compresión para comprobar la ductilidad de determinados productos tubulares, entre otros, ensayos de aplanamiento, aplanamiento inverso, impacto, brida, ensanchamiento, curvatura y curvatura guiada transversal. Los yunques y matrices de compresión básica pueden satisfacer las necesidades de muchos de estos ensayos, con la excepción del ensayo de curvatura guiada, para el que Instron ofrece el accesorio W-6810. 

Anexo 3: sujetadores 

El ensayo de sujetadores requiere accesorios especiales de agarre que soporten la cabeza del sujetador y concentren el esfuerzo de tracción en la parte roscada del espécimen. Constan de soportes para perno y arandelas de varios diámetros, ángulos, roscas y pasos para adaptarse a cada tamaño específico de sujetador. En el caso de que un sujetador sea demasiado largo para ensayarse en un sistema de ensayo determinado, se puede maquinar un espécimen tradicional de 0,505” con longitud de calibre estándar de 2” para el ensayo. Además de los ensayos axiales, también son importantes dos tipos de ensayos cortantes (doble y simple) requeridos por la norma ASTM F-606 y MIL-STD 1312, junto con ensayos de prueba de tuerca con un mandril de prueba de tuerca.

En general, no se requiere extensometría cuando se ensayan sujetadores, aunque puede ser útil para determinar si el material presenta alguna deformación. Una elección adecuada es W-E439 de Instron.

Anexo 4: alambre redondo

El Anexo 4 se enfoca principalmente en dos tipos de agarre para productos de alambre redondo: un agarre secundario de cuña y un agarre con amortiguación tipo leva. Estas dos soluciones se consideran adecuadas para ensayar alambre de menor capacidad que también es maleable. La longitud de calibre para ensayar especímenes de alambre redondo de sección completa es 10”. Las roturas de mordazas pueden ser un desafío frecuente cuando se ensaya este tipo de espécimen, dado que cuando ocurre el fallo del espécimen cerca de los agarres, el resultado del ensayo no se puede informar. Debido a esto, es importante la alineación del agarre. Si se requiere la medición de la deformación, un dispositivo acoplable con longitud de calibre de 10” es adecuado, como en la solución automática AUTOX750.

Anexo A5: impacto de Charpy

El ensayo de impacto de Charpy para conocer la energía total absorbida se analiza detalladamente en la sección general de la A370, además de en el Anexo A5. Este es un ensayo requerido en la producción de la mayor parte de los aceros descritos en la norma. Las dimensiones del espécimen están bien definidas y se incluyen imágenes de ejemplos de los diferentes tipos de fallos. Para obtener más detalles, la norma ASTM A370 hace referencia a la norma de impacto de Charpy ASTM E-23. Instron ofrece soluciones ideales desde 300 julios hasta 900 julios, como el sistema MPX con software Bluehill Impact .

Anexos anteriores

En la actualización más reciente de la norma ASTM A370, el Anexo A7 (alambre de múltiples filamentos) y el Anexo A9 (barra de refuerzo de acero) se trasladaron a las normas de su producto respectivo ASTM A1061/A1061M y ASTM A615. Debido a la extensa inclusión en versiones pasadas de la norma ASTM A370, haremos referencia a esas aplicaciones dentro de esta guía. 

Filamentos de alambre: anteriormente Anexo A7

El alambre de 7 filamentos se usa generalmente en la producción de hormigón pretensado. Es difícil ensayar alambre con filamentos sin el equipo adecuado y, aunque un agarre proporcional de cuña es aceptable, un agarre no proporcional de acción lateral es una mejor opción para lograr uniformidad y resultados. Según la norma ASTM A1061/A1061M, las longitudes del espécimen son 48 pulgadas y requiere un dispositivo de medición de deformación con longitud de calibre de 24” para medir correctamente el cambio en la longitud.

Barra de refuerzo: anteriormente Anexo A9

La barra de refuerzo, o “barra de acero corrugado”, es otro material donde los especímenes no incluyen una sección reducida y, por lo tanto, requieren un extensómetro con longitud de calibre de 8”/200 mm. Un agarre proporcional de cuña es adecuado para este ensayo. En Norteamérica, la convención de tamaño se basa en una barra de acero corrugado n.° 8 nominal de 1”, o 8/8. El material de diámetro más grande incluido en la norma del producto en los últimos años es la barra roscada n.° 20, que también incluye una resistencia a la tracción de 100 ksi. El ensayo del producto más grande genera cargas pico del ensayo de 720 000 lb. Un ensayo adicional de la norma AC133 es un ensayo de acoplamiento de barra de acero corrugado que se ejecuta de manera cíclica cero usando un agarre no proporcional de doble acción lateral o acción lateral simple.

Cálculos y resultados

Todos los cálculos requeridos en el ensayo de la norma ASTM A370 ya están preconfigurados en Bluehill Universal. Para las personas que prefieren comenzar desde cero y crear su propio método, los cálculos ingresados de forma manual se pueden configurar fácilmente para el ensayo de la norma ASTM A370. El paquete de métodos para metales también ofrece métodos creados previamente para las siguientes normas: ASTM E8 / E8M, ASTM 615, ASTM E646, ASTM E517, ISO 6892-1, EN10002, ISO 10113 & ISO 1027.

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