ASTM E8 Ensayo de tensión de materiales metálicos

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

Escrito por Matthew Spiret

ASTM E8/E8M es uno de los métodos de ensayo más comunes para determinar las propiedades de tracción de los materiales metálicos, siendo el otro ASTM A370. Lanzado por primera vez en 1924, originalmente se llamaba ASTM E8-24T y es el estándar más antiguo utilizado activamente para las pruebas de metales. Al igual que con la mayoría de los estándares, ASTM E8 a menudo ha sufrido cambios frecuentes y menores. Recientemente, sin embargo, uno de estos cambios ha sido significativo. Antes de 2011, ASTM E8/E8M se dividía en dos estándares separados: E8 para usuarios de unidades imperiales y E8M para usuarios métricos. Los dos estándares ahora se han combinado en aras de la simplicidad en ASTM E8/E8M.

 

Esta guía está diseñada para presentarle los elementos básicos de un ASTM E8/E8M prueba de tracción y proporcionará una visión general de los materiales que se necesitan para probar el equipo, el software y las muestras de tracción. Sin embargo, cualquier persona que planee realizar pruebas ASTM E8/E8M no debe considerar esta guía como un sustituto adecuado para leer el estándar completo.


¿Qué mide?

ASTM E8/E8M mide las propiedades de tracción de materiales metálicos en cualquier forma a una temperatura ambiente entre 10 – 38 grados Celsius (50 – 100 grados Fahrenheit). Aunque ASTM E8/E8M mide muchas propiedades de tracción diferentes, las siguientes son las más comunes:

Sistema de prueba de materiales

Debido a que las pruebas ASTM E8/E8M se realizan en una variedad tan amplia de metales, los requisitos de fuerza del sistema pueden diferir mucho. La serie ® 5900 de Instron ofrece marcos de ensayo adecuados para ensayar desde láminas metálicas (10 kN) hasta chapas de acero (600 kN). El marco de carga de la serie 5900 incluye cojinetes precargados, tornillos de bolas de precisión, un travesaño y una viga base de gran grosor y correas de transmisión de baja tensión. Estas características contribuyen a mejorar el rendimiento, ya que producen resultados más precisos y minimizan la energía almacenada durante un ensayo, lo que resulta especialmente evidente cuando se prueban materiales de alta resistencia, como los compuestos aeroespaciales, las aleaciones metálicas y los polímeros cristalinos.

Marcos rígidos para metales de alta resistencia

Especímenes de tracción

ASTM E8/E8M permite muchos tipos de muestras diferentes y define geometrías y dimensiones adecuadas para cada una. Las barras, los tubos, las láminas, las probetas cargadas con pasadores, las probetas redondas y los productos metalúrgicos en polvo son algunas de las muchas opciones para realizar ensayos según esta norma. Sin embargo, el espécimen más común es un rectángulo en forma de hueso de perro con una anchura de 12,5 mm (0,5 pulgadas) y una longitud de calibre de 50 mm (2 pulgadas).

 Especímenes ASTM E8

Métodos de prueba

Al igual que con los estándares de prueba de metales más comunes, hay tres tipos de controles de prueba descritos: Control de la tasa de tensión, Control de la velocidad de deformación y Control de desplazamiento de la cruceta. En el caso de la norma ASTM E8/E8M, estos tipos de controles se denominan métodos A, B y C. En el vídeo que figura a continuación se analizan con más detalle las diferencias entre los métodos de control de las pruebas. 

de cuña hidráulicas

Aunque hay muchas tecnologías de sujeción diferentes adecuadas para los ensayos E8/E8M (cuña, acción lateral, 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.

Gráfico de mordazas proporcionales y no proporcionales ASTM E8

Con las mordazas proporcionales, la fuerza ejercida sobre la probeta es proporcional a la carga de tracción aplicada. A medida que aumenta la carga de tracción durante una prueba, también lo hace la fuerza de agarre en la muestra. 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 mordaza 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 las mordazas de cuña hidráulica con clasificación de fatiga donde la fuerza de sujeción es generada por una fuente de energía que no está directamente asociada con la carga de tensión de la muestra. Esta fuente suele ser un suministro hidráulico de alta presión (210 bar/3000 psi o más). Una de las ventajas de las mordazas no proporcionales es que la fuerza de sujeción suele ser ajustable, lo que ofrece más ventajas potenciales de aplicación.

Protección de especímenes

Cuando se introduce una probeta en las mordazas durante la preparación del ensayo, se suelen producir fuerzas de compresión no deseadas. Esto se debe a que una pequeña cantidad de material se desplaza por la presión y se extruye de nuevo en el cuerpo de la muestra, empujando efectivamente contra la célula de carga. Estas fuerzas no deseadas pueden provocar deformaciones en la muestra y errores en los datos del ensayo. Dado que no aplican grandes fuerzas durante la preparación de la prueba, las mordazas proporcionales pueden mantener estas fuerzas no deseadas a un nivel más bajo que las mordazas no proporcionales. La serie Instron 5900 cuenta con Specimen Protect, que ajusta automáticamente la posición de la cruceta durante la configuración del ensayo para eliminar automáticamente la carga de compresión, independientemente de la solución de agarre elegida para el ensayo.

pinzas Instron de alta fuerza

Extensómetros para medir la resistencia a la tracción

La mayoría de las normas de ensayo de metales exigen un dispositivo de alta precisión para determinar las propiedades a valores de deformación más bajos, como el módulo o el límite elástico, y un dispositivo de precisión ligeramente inferior para valores de deformación elevados, como el alargamiento uniforme o el alargamiento total. ASTM E8/E8M requiere un dispositivo de Clase B2 o superior (por ASTM E83) para determinar los valores de rendimiento y elongación que son inferiores al 5 % de la cepa. Para obtener resultados superiores al 5 % de deformación, se requiere un dispositivo de clase C o superior.

Hay tres tipos diferentes de extensómetros que normalmente se utilizan para las pruebas ASTM E8: dispositivos con clip, dispositivos sin contacto y extensómetros de contacto automáticos. 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 suelen ser más baratos de adquirir que otros tipos. Deben ser lo suficientemente robustos como para sobrevivir a los laboratorios de pruebas de alto rendimiento y absorber cualquier choque por la rotura de muestras metálicas de gran capacidad.

Dispositivos de contacto automáticos como el AutoX750 ofrecen el beneficio de las fuerzas de sujeción y colocación repetibles, que pueden eliminar las variaciones entre los diferentes operadores que colocan los extensómetros con clip manualmente. Los dispositivos de contacto automáticos también pueden adaptarse a múltiples longitudes de calibre, lo que puede resultar rentable para los usuarios que necesitan ensayar una variedad de tipos de muestras. Combinado con Colina Azul® Software universal, el AutoX750 se puede configurar para que se retire automáticamente justo antes de la falla de la muestra, con el fin de evitar cualquier desgaste excesivo en los bordes de la cuchilla.

Los dispositivos sin contacto, como el extensómetro de vídeo automático AVE 2 , ofrecen la ventaja de eliminar cualquier influencia del extensómetro en contacto con la muestra. Por ejemplo, si una muestra de ensayo es muy delgada, el peso de un dispositivo con clip puede alterar los resultados considerablemente. Los bordes de las cuchillas utilizadas para fijar el dispositivo a una muestra frágil también pueden dañarlo y provocar un fallo prematuro. Además, como el AVE no entra en contacto con el material, no existe la posibilidad de que el extensómetro se dañe o se desgaste cuando se ensayan materiales de gran capacidad.

extensómetros 

Cálculos y resultados

Todos los cálculos requeridos en las pruebas ASTM E8/E8M ya están preconfigurados en Buehill Universal. Para aquellos que prefieren empezar desde cero y construir su propio método, los cálculos introducidos manualmente también pueden configurarse fácilmente para realizar pruebas según la norma ASTM E8. 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, ISO 6892-1, EN10002, ISO 10113 y ISO 10275.

Método de prueba universal de Bluehill

Rendimiento

La mayoría de los laboratorios que realizan ensayos según la norma ASTM E8/E8M necesitan ensayar un gran volumen de muestras de forma regular. Por eso, todo lo que se pueda hacer para aumentar el rendimiento es ventajoso. Afortunadamente, hay muchas opciones para aumentar el rendimiento de las pruebas ASTM E8/E8M. Las pequeñas modificaciones en el software pueden reducir las tareas repetitivas, y algunas pinzas y extensómetros pueden reducir el tiempo de preparación y aumentar la repetibilidad, lo que reducirá la necesidad de realizar nuevas pruebas. Por último, existe la opción de automatizar por completo el proceso de pruebas, en el que éstas pueden durar varias horas sin necesidad de que intervenga ningún operador.

 

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