El ensayo de torsión es un tipo de ensayo mecánico que evalúa las propiedades de materiales o dispositivos sometidos a esfuerzo por desplazamiento angular. El ensayo de torsión puede dividirse en dos categorías distintas: ensayos de materias primas como cables de metal o tuberías de plástico para determinar las propiedades como resistencia cortante y módulo, o ensayos funcionales de productos terminados sometidos a torsión, como tornillos, botellas farmacéuticas y cables revestidos. Las propiedades mecánicas más comunes medidas en el ensayo de torsión son:
- Módulo de elasticidad en corte
- Resistencia a la deformación por corte
- Resistencia al corte final
- Módulo de ruptura en corte
- Ductilidad
¿Por qué se realiza un ensayo de torsión?
Muchos productos y componentes se someten a fuerzas de torsión durante su operación. El ensayo de torsión es necesario cuando los ingenieros desean cambiar o actualizar los materiales usados en estos productos. Por ejemplo, el metal usado en el tren propulsor de un vehículo soporta una carga compleja combinada cuando se usa, y la torsión es el componente principal. Un ingeniero que intenta diseñar un vehículo con consumo de combustible más eficiente podría necesitar cambiar el material del eje de transmisión a fin de reducir el peso del vehículo. El ensayo de torsión puede ayudar al ingeniero a identificar un material adecuado que poseerá la resistencia a la torsión requerida y, a la vez, contribuirá al objetivo de menor peso.
Muchos productos terminados también se someten a fuerzas de torsión durante su operación. Productos como tubos biomédicos, interruptores y sujetadores son algunos dispositivos sometidos a esfuerzos de torsión en su uso diario. Al ensayar la torsión en sus productos, los fabricantes pueden simular condiciones de servicio reales, comprobar la calidad del producto, verificar diseños y garantizar técnicas de fabricación adecuadas.
Tipos de ensayos de torsión
Los ensayos de torsión pueden realizarse al aplicar solo un movimiento rotativo o al aplicar fuerzas axiales (tensión o compresión) y de torsión. Los tipos de ensayos de torsión varían entre un producto y otro, pero en general pueden clasificarse como ensayo de falla, prueba u operación del producto.
- Solo torsión: solo se aplican cargas de torsión al espécimen del ensayo.
- Axial-torsión: se aplican fuerzas axiales (tensión o compresión) y de torsión al espécimen del ensayo.
- Ensayo de fallo: se tuerce el producto, componente o espécimen hasta el fallo. El fallo puede clasificarse como rotura física o retorcimiento/defecto en el espécimen.
- Ensayo de prueba: se aplica una carga de torsión y se mantiene esta carga de torsión durante una cantidad fija de tiempo.
- Ensayo operativo: se ensayan conjuntos o productos completos como tapas de botellas, interruptores, diales o columnas de dirección para verificar que el producto se desempeña según lo esperado bajo cargas de torsión.
Cómo realizar un ensayo y calcular los resultados
Los ensayos de torsión pueden realizarse en equipo especializado solo de torsión como la serie MT de Instron o, más frecuentemente, en equipo de ensayo biaxial como las máquinas universales de ensayo capaces de aplicar fuerzas lineales y de torsión. El complemento de torsión de Instron es un accesorio avanzado que puede adaptarse a cualquier sistema 594X o 596X para permitir el ensayo biaxial de materias primas y productos.
La curva de torsión frente a la de rotación producida por el ensayo de materias primas en torsión es de muchas maneras análoga a la curva de desplazamiento de fuerza capturada durante el ensayo axial. La mayor parte de los materiales muestra una región lineal similar que representa el módulo cortante, seguido por deformación y fallo final.
Normas comunes de ASTM e ISO
ASTM F543: ensayo axial y de torsión de tornillos óseos
ASTM A938: ensayo de torsión de cables metálicos
ISO 7800: ensayo de torsión de cables metálicos
ISO 594: ensayo de acoplamientos cónicos Luer
ISO 7206: ensayo de resistencia y fatiga en implantes artificiales de cadera