Los desafíos del control de deformación
¿Por qué el control de deformación?
Algunas de las propiedades mecánicas de los metales se ven afectadas por la velocidad del ensayo y, por lo tanto, son «sensibles a la velocidad de deformación». En 2009, una de las principales normas de ensayo de metales, la ASTM E8, se actualizó para incluir un método basado en el control de la velocidad de deformación en la probeta. Antes de este cambio, los ensayos solo podían realizarse en control de tensión o en control de velocidad del travesaño, donde la rigidez global de la máquina puede afectar a la velocidad en la probeta y provocar diferencias en los resultados. Al ensayar materiales sensibles a la deformación con el control de velocidad del travesaño, las velocidades de ensayo permitidas pueden causar una diferencia de más del 10 % en los resultados del límite elástico convencional entre el ensayo a la velocidad más lenta y a la más rápida permitidas en ASTM E8/E8M e ISO 6892-1.
Sin embargo, la ejecución de un ensayo en control de deformación permite que el ensayo se realice a diferentes velocidades durante el proceso para compensar la flexibilidad de la máquina y mantener una velocidad de deformación constante en la probeta. Este método aumenta el rendimiento al reducir el tiempo total de ensayo necesario. También puede ahorrar tiempo y evitar el desperdicio de probetas para ajustar el ensayo, ya que, a diferencia del método de control de tensión, el control de deformación en bucle cerrado no requiere múltiples ajustes de prueba y error en la velocidad del travesaño para garantizar que la velocidad de deformación cumpla con las normas de ensayo.
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Requisitos para lograr el control de deformación en bucle cerrado
Para que un sistema de ensayos logre el control de deformación en bucle cerrado, deben cumplirse ciertos requisitos. En todos los casos, es importante que la máquina de ensayos y el extensómetro estén aislados de cualquier vibración o choque repentino o repetitivo, ya que esto podría causar interferencias en sus ensayos.
Un extensómetro es un dispositivo de alta precisión que se utiliza para medir la deformación de una probeta. Los extensómetros eliminan la flexibilidad del sistema del cálculo de la medición de la deformación, pero es importante que el extensómetro elegido sea adecuado para la longitud de recorrido de la probeta y tenga una relación adecuada entre la longitud paralela y la longitud de referencia.
Las mordazas deben sujetar firmemente la probeta durante el ensayo, preferiblemente con una alta rigidez y una flexibilidad mínima. El gráfico muestra cómo los diferentes tipos de dispositivos de sujeción pueden afectar a la rigidez del sistema y cómo una máquina en control de deformación tendría que compensarlo.
El marco de carga del sistema de ensayos necesita un sistema de accionamiento preciso y estable con una alta rigidez. A la derecha se muestra una curva de tensión-deformación en materiales nominalmente similares: uno ensayado en un marco de alta rigidez y el otro en un marco de baja rigidez. Utilizando un cálculo de método de deformación estimada, ambos ensayos se realizan a una velocidad de travesaño constante de 2,25 mm/min. Hubo una diferencia del 21 % en la «velocidad de la probeta» (expresada en mm/min), lo que provocó una diferencia del 5 % en el resultado de fluencia.
Este gráfico muestra la diferencia de velocidad de la probeta entre un sistema «rígido» y un sistema menos rígido. Al inicio del ensayo se observa que el movimiento del travesaño se transfiere a la deformación de la probeta muy rápidamente, mientras que en el sistema más débil tarda más tiempo. Esto se debe a la deflexión de la máquina/célula de carga/mordazas, que hace que ese movimiento no se transfiera a la probeta. Si ambas máquinas utilizaran el control de deformación, los resultados serían mucho más comparables, pero es probable que el control sea más difícil en el sistema más débil.
Las máquinas capaces de controlar la velocidad de deformación requieren un controlador con gran capacidad de respuesta y un sistema de accionamiento preciso y estable para mantener las tolerancias exigidas por la norma de ensayo. Algunas máquinas se anuncian como capaces de lograr este método, pero requieren que el usuario ajuste manualmente la configuración de ganancia del controlador, lo que puede resultar difícil incluso para el operador del sistema con más experiencia.
Probeta
Lo ideal es una probeta proporcional y un extensómetro de longitud de referencia proporcional. En realidad, una probeta con una buena relación entre la longitud de referencia y la longitud paralela es muy adecuada para minimizar la deformación observada fuera de la longitud de referencia, lo que permite que el control sea más estable. Si sus probetas varían de fluencia discontinua a fluencia continua, es importante cambiar los métodos de control para cada tipo. Dado que la fluencia local puede producirse fuera de la longitud de referencia en materiales con fluencia discontinua, es imposible realizar el control a partir de la retroalimentación de la deformación y se debe utilizar el control de velocidad del travesaño durante el alargamiento en el punto de fluencia [YPE/Ae].
Ventajas del control de deformación en bucle cerrado
✓ Resultados más repetibles y comparables: los resultados de los ensayos son fiables de una máquina a otra
✓ Eficiencia mejorada: se minimiza el tiempo por ensayo y se reduce el tiempo de configuración
✓ No es necesario realizar ajustes con una probeta cuando se utiliza un sistema de ensayos con electrónica de controlador de la serie 6800
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