Ensayo de tracción de materiales según ISO 6892-1

Cómo realizar un ensayo de tracción en metales según la norma ISO 6892

Chapa metálica ISO 6892

 

ISO 6892-1 es uno de los estándares de prueba más comúnmente adoptados para la prueba de tracción de materiales metálicos a temperatura ambiente. La versión más reciente de este estándar se publicó en 2016 y describe tres métodos de prueba diferentes: Método A1, Método A2 y Método B.ISO 6892-1 es similar pero no equivalente a ASTM E8/E8M. Esta guía está diseñada para presentarle los elementos básicos de un ensayo de tracción ISO 6892-1 y le proporcionará una visión general del equipo de ensayo de materiales, el software y las probetas de tracción necesarias. Sin embargo, cualquier persona que tenga previsto realizar pruebas no debe considerar esta guía como un sustituto adecuado de la lectura de la norma completa.

Evolución de la Norma

La norma ISO 6892-1:2016 es la versión actual de una norma de ensayo de metales que ha pasado por varias iteraciones. Instron participa activamente en el comité, lo que nos permite garantizar que nuestros productos cumplen con la norma y que nuestro equipo está informado sobre los próximos cambios. La versión anterior, ISO 6892-1:2009, fue en sí mismo un reemplazo tanto de la antigua norma ISO 6892 como de la popular norma EN10002-1:2001.

Una de las mayores evoluciones de la norma ISO 6892-1 ha estado relacionada en gran medida con los métodos de control de los ensayos, que pueden suponer un reto importante en los ensayos de tracción de metales. Esta evolución fue liderada principalmente por el trabajo realizado en el marco del proyecto TENSTAND, donde se identificó que las tasas de ensayo entre diferentes máquinas que ensayan con la misma norma darán resultados diferentes debido a la sensibilidad de los materiales a la tasa de deformación. La versión de 2009 introdujo tasas de prueba basadas en la tasa de deformación (Método A), que se convirtió en el método preferido. El método de ensayo tradicional heredado de la norma EN10002:2001 se basaba en el mantenimiento de un índice de tracción durante la región elástica, necesario para las máquinas operadas manualmente. Este método original también se mantuvo y se convirtió en el "método B" en la versión de 2009 de la norma.

La introducción del método A causó confusión, ya que muchos usuarios pensaron que el método A solo se podía conseguir utilizando un equipo capaz de controlar la deformación en bucle cerrado, cuando en realidad también se podía conseguir utilizando una velocidad constante de la cruceta. Para aclarar esta situación, la norma ISO 6892-1 fue revisada de nuevo en la versión actual, ISO 6892-1:2016. La versión de 2016 incluye tres métodos de ensayo, A1, A2 y B, en los que el antiguo método A se divide en dos métodos de ensayo diferentes claramente definidos, el método A1 (control de deformación en bucle cerrado) y el método A2 (velocidad constante de la cruceta), mientras que el método B sigue basándose en el mantenimiento de una tasa de tracción durante la región elástica. Se ha añadido una nota al método B para aclarar el rango de la prueba en el que se debe mantener un control de tracción. En el siguiente vídeo se explica con más detalle el método A1.


¿Qué mide?

La norma ISO 6892-1 mide las propiedades de tracción de los materiales metálicos en cualquier forma a temperatura ambiente. Las pruebas realizadas en condiciones controladas deben hacerse a una temperatura de 23 grados centígrados más o menos 5 grados. ISO 6892-1 mide muchas propiedades de tracción diferentes, siendo las siguientes las más comunes:

Resistencia a la fluencia: esfuerzo al que un material se deforma de forma permanente. ISO 6892-1 determina ambos superior y menor límite elástico: dependiendo de los fenómenos de rendimiento, ISO 6892-1 especifica los requisitos de límite elástico superior e inferior para el material de rendimiento discontinuo y el método de rendimiento de compensación para el material de rendimiento continuo. 

Alargamiento del punto de elasticidad: solo apto para materiales de fluencia discontinua, el alargamiento del punto de fluencia es la diferencia entre el alargamiento de la probeta al principio y al final de la fluencia discontinua (la zona en la que se produce un aumento de la deformación sin un aumento de la tracción).

Resistencia a la tracción: la fuerza o tracción máxima que un material es capaz de soportar durante una prueba de tracción.

Reducción de área: una medida de la ductilidad de un material. Esta es la diferencia entre el área de sección transversal original de una muestra y el área de su sección transversal más pequeña después de la prueba, generalmente expresada como una disminución porcentual en la sección transversal original. La sección transversal más pequeña se puede medir en o después de la fractura.

 

Tipos de rendimiento de metal

 

Especímenes

La norma ISO 6892-1 da cabida a una gran variedad de tipos de muestras debido a la enorme gama de aplicaciones para las que se utilizan los materiales metálicos. Los tipos de especímenes primarios incluyen sabanas, placas, alambres, Baresy Tubos. En los anexos se pueden encontrar todos los detalles sobre la preparación y la medición de las muestras:

Anexo B: Tipos de probetas que se utilizarán para productos finos: láminas, tiras y planos de entre 0, 1 y 3 mm de espesor.

Anexo C: Tipos de piezas de ensayo que se utilizarán para alambres, barras y secciones con un diámetro o espesor inferior a 4 mm.

Anexo D: Tipos de piezas de ensayo que se utilizarán para chapas y planos de espesor igual o superior a 3 mm, y alambres, barras y secciones de diámetro o espesor iguales o superiores a 4 mm.

Sistema de prueba de materiales

Dado que las pruebas de la norma ISO 6892-1 se realizan en una gran variedad de metales, los requisitos de fuerza del sistema pueden variar mucho. El sistema de medición de fuerza de la máquina de ensayo debe ser conforme a la norma ISO 7500-1, clase 1, o mejor. La serie 6800 de Instron® ofrece marcos de ensayo adecuados para ensayar chapas metálicas (10 kN) hasta placas de acero (600 kN). La serie 6800 ofrece un bastidor de carga superior que incluye rodamientos precargados, tornillos de bolas de precisión, un travesaño y una viga de base extremadamente rígidos y correas de transmisión de bajo estiramiento. Estas características contribuyen a un rendimiento avanzado general, produciendo resultados altamente precisos. Estas características también ayudan a minimizar la energía almacenada durante un ensayo, lo que resulta especialmente evidente cuando se prueban materiales metálicos de alta resistencia según la norma ISO 6892-1.

de cuña hidráulicas

Hay muchas tecnologías de sujeción diferentes adecuadas para los ensayos ISO 6892-1 (cuña, hidráulica, neumática, etc.) todas ellas pueden clasificarse como proporcionales o no proporcionales según la forma en que ejercen la fuerza de sujeción sobre la muestra.

Con las mordazas proporcionales, la fuerza ejercida sobre la probeta es proporcional a la carga de tracción aplicada. A medida que la carga de tracción aumenta durante un ensayo, también lo hace la fuerza de agarre sobre la probeta. Las mordazas de cuña son una opción popular para el agarre proporcional y vienen en variedades manuales, neumáticas e hidráulicas para adaptarse a una amplia gama de aplicaciones de prueba. La forma de un agarre en cuña es lo que le permite ejercer una presión proporcional: a medida que se aplica una fuerza de tracción a la probeta, ésta es atraída con más fuerza hacia la zona más estrecha de la cuña, aumentando la presión de agarre.

Con las mordazas no proporcionales, la fuerza de sujeción sobre la probeta permanece constante y es independiente de la carga de tracción que se aplique. Esto es típico de las mordazas de acción lateral y de las mordazas de cuña hidráulica por fatiga, en las que la fuerza de sujeción es generada por una fuente de energía que no está directamente asociada a la carga de tensión de la probeta. Esta fuente suele ser un suministro hidráulico de alta presión (210 bar/3000 psi o más). Un beneficio de las mordazas no proporcionales es que la fuerza de sujeción suele ser más ajustable, lo que ofrece más ventajas potenciales de aplicación. Por ejemplo, al probar muestras no mecanizadas, los ajustes finos pueden ayudar a los usuarios a lograr una presión de agarre óptima al tiempo que minimizan las concentraciones de estrés que podrían causar fallas prematuras.

mordazas Instron de alta fuerza

Extensómetros

Hay tres tipos diferentes de extensómetros que normalmente se utilizan para las pruebas ISO 6892-1: dispositivos con clip, dispositivos sin contacto y extensómetros de contacto automático. Dependiendo de los cálculos necesarios, los extensómetros deben estar de acuerdo con ISO 9513 clase 1 o 2. Extensómetros con clip como el Serie 2630 son el tipo más común utilizado. Estos dispositivos pueden proporcionar datos de deformación increíblemente precisos y estables y, por lo general, son más baratos de comprar que otros tipos. Deben ser lo suficientemente robustos como para sobrevivir a los laboratorios de pruebas de alto rendimiento y absorber cualquier impacto de la rotura de muestras metálicas de alta capacidad si no se eliminan durante la prueba.

Dispositivos de contacto automáticos como el AutoX750 ofrecen el beneficio de las fuerzas de sujeción y colocación repetibles, que pueden reducir las variaciones entre los diferentes operadores que colocan los extensómetros con clip manualmente. Los dispositivos de contacto automático también pueden adaptarse a múltiples longitudes de calibre, lo que puede ser rentable para los usuarios que necesitan probar una variedad de tipos de muestras. El AutoX está diseñado para ser lo suficientemente robusto como para permanecer encendido durante toda la prueba a través de un fallo. Sin embargo, cuando se combina con Bluehill® Software universal, el AutoX750 se puede configurar para que se retire automáticamente justo antes de la falla de la muestra para evitar cualquier desgaste excesivo en los bordes de la cuchilla.

Dispositivos sin contacto, como el Extensómetro de vídeo automático AVE 2 ofrecer el beneficio de eliminar cualquier influencia incurrida por el extensómetro que hace contacto físico con la muestra. Por ejemplo, si una muestra de prueba es muy delgada, como con los metales de embalaje, el peso de un dispositivo con clip puede alterar considerablemente los resultados. Los bordes de la cuchilla utilizados para fijar el dispositivo a una muestra frágil también pueden dañar la muestra y causar una falla prematura. Además, debido a que el AVE no entra en contacto con el material, no existe la posibilidad de que el extensómetro se dañe o se desgaste al probar materiales de alta capacidad.

 

extensómetros

 

Software de prueba

Casi todas las máquinas de prueba modernas vienen con software preinstalado, y es importante que los cálculos en el software de prueba cumplan con iso 6892-1 y coincidan con los datos existentes. No todos los paquetes de software se crean de la misma manera, y es importante saber que la plataforma que elija proporciona resultados confiables.

Miles de clientes en todo el mundo confían en Bluehill Universal® para probar su material según la norma ISO 6892-1. Todos los cálculos requeridos en las pruebas ISO 6892-1 ya están preconfigurados en Bluehill Universal, pero para aquellos que prefieren comenzar desde cero y construir su propio método, la interfaz facilita a los usuarios ingresar manualmente sus propios cálculos. El paquete de métodos de metales también proporciona métodos preconstruidos para todos los siguientes estándares: ASTM E8/E8M, ASTM A370, ASTM 615, ASTM E646, ASTM E517, EN10002, ISO10113 & ISO10275.

Rendimiento

La mayoría de los laboratorios que realizan pruebas según ISO 6892-1 necesitan probar un alto volumen de muestras de forma regular. Por esta razón, cualquier cosa que se pueda hacer para aumentar el rendimiento es ventajosa. Afortunadamente, hay muchas opciones para aumentar el rendimiento de las pruebas de un laboratorio. Las pequeñas modificaciones de software pueden reducir las tareas repetitivas, y algunos mordazas y extensómetros pueden reducir el tiempo de configuración y aumentar la repetibilidad, lo que reducirá la necesidad de ejecutar nuevas pruebas. Finalmente, existe la opción de totalmente automatizado todo el proceso de prueba, que permite que las pruebas se ejecuten durante varias horas sin la necesidad de ninguna interacción del operador.

Specimens

ISO 6892-2 enables a wide variety of specimen types to accommodate the broad range of applications that metallic materials are used for. The standard references Annex B through E of normative reference ISO 6892-1 for description of typical specimen types. However, the most common elevated temperature specimens are described in detail in Annex A of this standard. These include test pieces produced from flat products, such as sheet metal and machined round products with threaded gripping ends. Flat specimens are typically secured with a bolt through a hole at either end of the specimen. This is because friction gripping often becomes unreliable at higher temperatures. Machined round products are typically connected to pull rods using a threaded coupler to allow the grips to be located outside of the chamber or furnace.

pin and clevis holder
pin and clevis holder
Materials Testing System

The force measuring system of the testing machine used in ISO 6892-2 testing must be in accordance with ISO 75001-1 class 1, or better. The Instron 6800 Series offers test frames suitable for sheet metal testing (10kN) all the way up to the strongest aerospace alloys (300kN). The 6800 Series provides a superior load frame including pre-loaded bearings, precision ball screws, an extremely stiff crosshead and base beam, and low-stretch drive belts. These features contribute to an overall advanced performance, producing highly accurate results. The features also help to minimize the energy stored during a test, which is especially evident when testing high-strength metallic materials to ISO 6892-2.

As noted in the standard, during the pretest heat-up and soaking period thermal expansion can lead to compressive stresses on the specimen if a force is not applied. These 6800 Series test frames can be programmed to maintain a low, constant tensile load on the specimen, preventing this compression from occurring and ensuring good alignment of the load string once the test begins.

Furnace and Load String

For testing up to 350°C, an environmental chamber can be used that typically encloses the specimens as well as the grips. For higher temperatures, more common in the testing of aerospace alloys, a furnace will be needed. Because furnaces operate at temperatures that exceed the recommended service temperature of most grips, specimens are typically coupled to Inconel pull rods. This can be accomplished using either a threaded coupler on round specimens, or a pin and clevis for flat specimens.

For specimens with gauge lengths 50 mm or smaller, temperature sensors called thermocouples are used to measure the temperature of the specimen at each end of the parallel length. For specimens of gauge length 50 mm or greater, an additional thermocouple is attached near the center of the parallel length. The furnace selected must be able to maintain the specified temperature, as measured along the test piece, within a narrow range, as specified by a table in the standard.

Each component of the temperature measuring system — including all sensors, cables, indicating device, and reference junction — must have a resolution equal to or better than 1°C and an accuracy of ±0.004 x the set temperature, or ±2°C (whichever is greater).

Instron’s 3 Zone Split Tube Furnaces, including the new 3119-160 1200°C option, ensure conformance to ISO 6892-2. Instron furnaces are manufactured with high-grade insulation that does not use refractory ceramic fiber (RFC). Each furnace is equipped with a protective shield to minimize contact for operator safety as well as for protection of the surrounding equipment.



ISO 6892-2 Test Setup
1) 6800 Series Universal Testing System
2) Bluehill Universal Software
3) 3119-160 Dual Furnaces
4) High Temperature Extensometer

 

ISO 6892-2 test setup 
Extensometers

The extensometer used for the determination of proof strength at elevated temperature must be in accordance with ISO 9513, class 1 or better, in the relevant range. For other properties determined at higher extensions, an ISO 9513 Class 2 extensometer is permitted. Extensometers used in elevated temperature testing are either self-supported on the specimen or hot mountable. Both configurations meet the requirements of the standard and offer unique benefits depending on the application. Hot-mountable extensometers are particularly valued for their consistent specimen alignment, and the ability to increase throughput on test frames configured with multiple furnaces.

Testing Software

Nearly all modern testing machines come with pre-installed software, and it is important that the calculations in the testing software are in compliance with ISO 6892-2 and match with existing data. Not all software packages are created equal, and it is important to know that the platform you choose provides reliable results. Thousands of customers around the globe rely on Bluehill Universal to test their material to ISO 6892-2. All calculations required in ISO 6892-2 testing are already pre-configured into Bluehill Universal, but for those who prefer to start from scratch and build their own method, the interface makes it easy for users to manually input their own calculations. The metals methods package also provides pre-built methods to all of the following standards: ISO 6892-1, ASTM E8 / E8M, ASTM A370, ASTM A615, ASTM E646, ASTM E517, EN10002, ISO 10113, and ISO 10275.

High-Volume Hot Tensile Testing

For labs seeking to increase throughput in their elevated temperature testing, Instron offers a dual furnace setup on 6800 Series high-capacity frames. The dual furnace carousel paired with a hot mountable extensometer enables one high temperature test to proceed while the next specimen is heating up.

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