La guía más completa para ensayos de tracción en metales según la norma ASTM E8/E8M

Cómo realizar un ensayo de resistencia a la tracción en metales según la norma ASTM E8/E8M

Escrito por Matthew Spiret

La norma ASTM E8/E8M es uno de los métodos de ensayo más comunes para determinar las propiedades de tracción de materiales metálicos, otra es la norma ASTM A370. Se lanzó por primera vez en 1924, originalmente se denominó ASTM E8-24T y es la norma más antigua usada activamente para el ensayo de metales. Al igual que la mayor parte de las normas, la norma ASTM E8 sufrió cambios menores frecuentes. Recientemente, uno de los cambios fue significativo. Antes de 2011, la norma ASTM E8/E8M se dividió en dos normas separadas: E8 para usuarios de unidades de medida imperiales y E8M para usuarios de unidades métricas. Las dos normas ahora se combinaron para mayor simplicidad en ASTM E8/E8M.

 

Esta guía está diseñada para presentarle los elementos básicos del ensayo de tracción de la norma ASTM E8/E8M, y le ofrecerá un resumen del equipo, software y especímenes de tracción necesarios para el ensayo de materiales. Sin embargo, cualquier persona que planifique realizar el ensayo según la norma ASTM E8/E8M no debe considerar esta guía como un sustituto de la norma completa.


¿Qué mide?

La norma ASTM E8/E8M mide las propiedades de tracción de materiales metálicos en cualquier forma a temperatura ambiente entre 10 –y 38 grados Celsius (entre 50 – y 100 grados Fahrenheit). Si bien la norma ASTM E8/E8M mide muchas propiedades de tracción diferentes; entre ellas, las más frecuentes son:

Sistema de ensayo de materiales

Como los ensayos de la norma ASTM E8/E8M se ejecutan en una amplia gama de metales, los requisitos de fuerza del sistema pueden variar en gran medida. La serie 5900 de Instron® ofrece marcos de ensayo adecuados para ensayar láminas de metal (10 kN) hasta placas de metal (600 kN). El marco de carga serie 5900 incluye cojinetes precargados, tuercas de bola de precisión, una cruceta y viga de base extremadamente rígidas y correas de mando de baja elasticidad. 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 compuestos aeroespaciales, aleaciones de metal y polímeros cristalinos.

Marcos rígidos para metales de alta resistencia

Especímenes de tracción

La norma ASTM E8/E8M permite el uso de muchos tipos diferentes de espécimen y define las geometrías y dimensiones adecuadas para cada uno. Especímenes de barras, tubos, láminas y cargados con perno, especímenes redondos y productos metalúrgicos pulverizados son algunas de las muchas opciones de ensayo de esta norma. No obstante, el espécimen más común es un rectángulo con forma de hueso de perro con un ancho de 12,5 mm (0,5 in) y una longitud de referencia de 50 mm (2 in).

 Especímenes de la norma ASTM E8

Métodos de ensayo

Al igual que las normas más comunes de ensayo de metales, hay tres tipos de controles de ensayo descritos: 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 Métodos A, B y C. El siguiente video analiza las diferencias entre los métodos de control de ensayo con más detalles. 

Agarres

Aunque existen muchas tecnologías de agarre diferentes ideales para ensayos según la E8/E8M (cuña, de acción lateral, hidráulico, neumático, etc.), se pueden clasificar como proporcionales o no proporcionales según la forma en que ejercen fuerza de sujeción sobre el espécimen.

Gráfico de agarres proporcionales y no proporcionales de la norma ASTM E8

Con los agarres proporcionales, la fuerza ejercida sobre el espécimen es proporcional a la carga de tracción que se aplica. A medida que se incrementa la carga de tracción durante el ensayo, también se incrementa la fuerza de agarre sobre el espécimen. Los agarres de cuña son una opción popular para el agarre proporcional y pueden ser manuales, neumáticos e hidráulicos y son ideales para una amplia gama de aplicaciones de ensayo. La forma de un agarre de cuña es lo que permite que ejerza presión proporcional: a medida que se aplica fuerza de tracción al espécimen, el espécimen es estirado más firmemente en el área más angosta de la cuña y se incrementa la presión de agarre.

Con los agarres no proporcionales, la fuerza de sujeción sobre el espécimen permanece constante y es independiente de la carga de tracción aplicada. Esto es típico en los agarres de acción lateral y agarres de cuña hidráulicos clasificados para fatiga donde la fuerza de sujeción se genera mediante una fuente de energía que no está directamente asociada con la carga de tracción del espécimen. Generalmente, esta fuente es un suministro hidráulico de presión alta (210 bar/3000 psi o superior). Un beneficio de los agarres no proporcionales es que la fuerza de sujeción generalmente es ajustable, esto ofrece más ventajas potenciales de aplicación.

Protección del espécimen

Cuando se inserta un espécimen en los agarres durante la configuración del ensayo, a menudo se producen fuerzas de compresión no deseadas. Esto se debe a una pequeña cantidad de material que se desplaza por la presión y se vuelve a extruir en el cuerpo del espécimen, empujando efectivamente contra la celda de carga. Estas fuerzas no deseadas pueden provocar deformación en la muestra y errores en los datos del ensayo. Como no aplican fuerzas pesadas durante la configuración del ensayo, los agarres proporcionales pueden mantener estas fuerzas no deseadas en un nivel más bajo que los agarres no proporcionales. La serie 5900 de Instron presenta protección de espécimen, que ajusta automáticamente la posición de la cruceta durante la configuración del ensayo para eliminar de manera automática la carga de compresión, independientemente de la solución de agarre elegida para el ensayo.

Agarres de alta fuerza de Instron

Extensómetros para la medición de la resistencia a la tracción

La mayoría de los ensayos de metales requiere un dispositivo de alta precisión para determinar propiedades en los valores más bajos de deformación, como módulo o deformación, y un dispositivo de precisión ligeramente más baja para valores altos de deformación, como elongación uniforme o elongación total. La norma ASTM E8/E8M requiere un dispositivo Clase B2 o mejor (según ASTM E83) para determinar los valores de deformación y elongación que son menores al 5 % de deformación. Para resultados mayores que el 5 %, se requiere un dispositivo clase C o mejor.

Existen tres tipos diferentes de extensómetros que se usan típicamente en los ensayos de la norma ASTM E8: dispositivos acoplables, dispositivos sin contacto y extensómetros automáticos de contacto. Los extensómetros acoplables como la serie 2630 son el tipo usado más común. Estos dispositivos pueden ofrecer una precisión increíble y datos de deformación estables y, en general, son más económicos que otros tipos. Deben ser lo suficientemente robustos para desempeñarse en laboratorios de ensayo de alta productividad y absorber cualquier impacto producido por la rotura de especímenes metálicos de gran capacidad.

Los dispositivos automáticos de contacto como el AutoX750 ofrecen el beneficio de fuerzas de sujeción repetibles y colocación, que pueden eliminar las variaciones entre las colocaciones manuales de extensómetros acoplables realizadas por diferentes operarios. Los dispositivos automáticos de contacto también se adaptan a múltiples longitudes de medición, esto puede ser rentable para usuarios que necesitan ensayar una diversidad de tipos de espécimen. Cuando se combina con el software Bluehill® Universal, el AutoX750 puede configurarse para extraerse automáticamente justo antes del fallo del espécimen a fin de evitar el desgaste excesivo de los bordes del cuchillo.

Los dispositivos sin contacto, como el Extensómetro de video avanzado AVE 2 , ofrecen el beneficio de eliminar cualquier influencia provocada por el extensómetro que tiene contacto con el espécimen. Por ejemplo, si un espécimen de ensayo es muy delgado, el peso del dispositivo acoplable puede alterar los resultados en gran medida. Los bordes del cuchillo usados para fijar el dispositivo a un espécimen frágil también pueden dañarlo y provocar el fallo prematuro. Además, como el AVE no tiene contacto con el material, no hay probabilidad de que el extensómetro se dañe o desgaste al ensayar materiales de alta capacidad.

Extensómetros 

Cálculos y resultados

Todos los cálculos requeridos en el ensayo de la norma ASTM E8/E8M 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 E8. El paquete de métodos para metales también ofrece métodos creados previamente para las siguientes normas: ASTM E8 / E8M, ASTM A370, ASTM 615, ASTM E646, ASTM E517, ISO 6892-1, EN10002, ISO 10113 & ISO 10275.

Método de ensayo de Bluehill Universal

Productividad

La mayoría de los laboratorios que ejecutan ensayos según la norma ASTM E8/E8M necesitan ensayar un gran volumen de especímenes periódicamente. Por este motivo, cualquier cosa que pueda incrementar la productividad es una ventaja. Afortunadamente, existen muchas opciones para incrementar la productividad de los ensayos de la norma ASTM E8/E8M. Pequeñas modificaciones en el software pueden reducir tareas repetitivas y algunos agarres y extensómetros pueden reducir el tiempo de configuración e incrementar la repetibilidad, lo que reduce la necesidad de volver a realizar el ensayo. Por último, existe la opción de automatizar completamente el proceso de ensayo, esto permite que los ensayos se ejecuten durante varias horas sin interacción del operador.

Bluehill Universal Brochure

Bluehill Universal Software is built from the ground-up for touch interaction and an intuitive user experience. Discover simpler and smarter testing with features such as pre-loaded test methods, QuickTest in seconds, enhanced data exporting: and Instron Connect – a new feature that provides a direct communication link to Service. Users of previous versions of software such as Bluehill 2 and Bluehill 3 can easily upgrade to the newest version of Bluehill.

2743-401 Hydraulic Wedge Grips

Instron's 100 kN hydraulic wedge grips provide an innovative solution for high-capacity testing and delivery enhanced gripping performance, usability, and operator safety. 

AVE 2 Non-Contacting Video Extensometer

The second generation Advanced Video Extensometer (AVE 2) utilizes patented measurement technology in the fastest, most accurate non-contacting strain measurement device commercially available.

2630 Series Strain Gauge Extensometers

 The 2630-100 series of extensometers offers speed of attachment and ease-of-use. The light-weight, rugged cross-brace design eliminates errors caused by physical distortion, while built-in protection ensures that damage is not caused by over-extension.