ASTM A370: Ensayos mecánicos de productos de acero
Ensayos de tracción de metales
ASTM A370 es una de las normas más ampliamente reconocidas y completas para medir la resistencia a la tracción de los metales. Es utilizada por muchas industrias, como la construcción y la fabricación de automóviles, donde la seguridad depende de la calidad de los materiales. Además de los ensayos de tracción, la norma también describe los ensayos de impacto Charpy, flexión y dureza Brinell y Rockwell en metales, que se discuten con más detalle en las normas ASTM E-23, ASTM E190, ASTM E10 y ASTM E18.
Esta guía está diseñada para introducirle en los elementos básicos de un ensayo de tracción ASTM A370 y proporcionar una visión general del equipo de ensayo, el software y las probetas necesarias. Esta guía no se considera un sustituto adecuado para leer y seguir la norma completa.
Diferencias entre ASTM A370 y ASTM E8
ASTM A370 comparte el mismo equipo y métodos de ensayo que otra importante norma de ensayo de metales, ASTM E8. A370 difiere de E8 en que define con más detalle las características de las probetas de aceros específicos para varios tipos de productos diferentes. Estos productos abordan el ensayo de barras, tubos, elementos de fijación y alambre redondo, y se incluyen en los anexos de ASTM A370 junto con algunas aclaraciones de procedimiento. Es importante señalar que, aunque las secciones anexas son complementarias a la sección general de la norma, la norma de producto a menudo prevalece en caso de conflicto.
¿Qué mide?
Aunque ASTM A370 hace referencia a diferentes tipos de ensayo, el ensayo de tracción es el enfoque principal. Las propiedades más comúnmente medidas son las siguientes:
- Módulo de elasticidad – Una medida de la resistencia de un material a la deformación elástica
- Límite elástico - La tensión a la que un material se deforma permanentemente
- Resistencia a la tracción - La fuerza o tensión máxima que un material es capaz de soportar
- Reducción de área - Una medida de la ductilidad de un material
- Alargamiento total – Una medida del aumento porcentual de la longitud después de la rotura
Sistema de ensayo de materiales
Dado que los ensayos ASTM A370 se realizan en una amplia variedad de productos de acero y geometrías de probetas, los requisitos de fuerza del sistema pueden diferir en gran medida. La Serie Industrial de Instron ofrece bastidores de ensayo adecuados para ensayar redondos de acero inoxidable mecanizados (300 kN) hasta productos tubulares de pared gruesa (2000 kN). Los bastidores de carga de la Serie Industrial incluyen husillos de bolas y columnas de alta rigidez, medición de carga por galgas extensométricas y eliminación de holguras para mayor durabilidad. Estas características contribuyen a un mejor rendimiento al producir resultados más precisos y minimizar la energía almacenada durante un ensayo, lo que es especialmente evidente al ensayar materiales de alta resistencia como alambre para muelles y elementos de fijación de gran diámetro.
Métodos de ensayo
Al igual que con las normas de ensayo de metales más comunes, ASTM A370 describe tres tipos de controles de ensayo: control de velocidad de tensión, control de velocidad de deformación y control de desplazamiento del cabezal. Para ASTM E8 / E8M, estos tipos de controles se denominan Métodos A, B y C. En ASTM A370, el control del ensayo de tracción se remite a los métodos de ASTM E8/E8M con la adición de ciertos cálculos específicos para los diferentes materiales y aplicaciones dentro de la norma ASTM A370. Los fabricantes suelen realizar ensayos utilizando el desplazamiento del cabezal durante toda la duración del ensayo, o se basan en el control de la velocidad de tensión mediante el cálculo del módulo elástico y luego cambian al control de desplazamiento del cabezal para el resto del ensayo. El siguiente vídeo analiza el método de control de velocidad de deformación con mayor detalle.
Mordazas y extensómetros
Aunque existen muchas tecnologías de mordazas diferentes adecuadas para ensayar materiales redondos y planos, las mordazas de cuña hidráulicas o de acción lateral son opciones populares y versátiles, aunque algunos de los materiales dentro de ASTM A370 (tubos y elementos de fijación, por ejemplo) requieren soluciones más específicas.
Anexo 1 - Barra
Este anexo cubre las dimensiones de las probetas y los requisitos de longitud calibrada del extensómetro para material de barra laminado en caliente y acabado en frío para probetas planas, redondas, cuadradas, hexagonales y octogonales. Generalmente se recomiendan las mordazas de cuña proporcionales al ensayar material de barra. Sin embargo, debido a su extremadamente alta resistencia a la tracción, algunos materiales de barra (particularmente el tipo utilizado para fabricar muelles) pueden causar daños graves en las caras de las mordazas de una mordaza de cuña estándar al encontrar deslizamiento durante un ensayo de tracción. En estos casos, recomendamos una mordaza de acción lateral no proporcional para sujetar el material de forma más segura durante el ensayo y tras la rotura de la probeta.
Todas las probetas de barra laminadas en caliente requieren un instrumento con una longitud calibrada de 8” para la medición de la deformación, ya que son de sección completa y no mecanizadas. Las opciones adecuadas para la extensometría son un Instron AUTOX750 con longitud calibrada ajustable, o un dispositivo manual de clip con una longitud calibrada dedicada de 8” como los Instron E-series W-6280-8 y W-6280-200. Lamentablemente, el material laminado en caliente no se puede ensayar utilizando un extensómetro sin contacto como el Instron AVE3, ya que los residuos de escamas durante el ensayo harán que las marcas de calibración se caigan de la probeta o que el instrumento pierda la visión de las marcas de calibración.
Las probetas de material acabado en frío tienen una sección reducida por mecanizado y, como tales, utilizan un extensómetro con una longitud calibrada adecuada de 2” como el AUTOX750, AVE2 o un dispositivo manual de clip. La extensometría de Clase B2 es adecuada para un límite elástico de compensación del 0,2%, pero se recomienda un dispositivo de Clase B1 si se requiere un cálculo de límite elástico de porcentaje inferior.
El Anexo 1 también cubre los requisitos de ensayo de flexión para barras laminadas en caliente y acabadas en frío. Los ensayos se realizan en material de sección completa cuando las dimensiones del material lo permiten, y el anexo especifica las dimensiones para probetas mecanizadas cuando es necesario. Los ensayos de flexión se realizan con el propósito de inspeccionar visualmente el material en busca de grietas superficiales y requieren las fijaciones de ensayo de flexión W-6810 y W-6812 de Instron.
Anexo 2 - Tubos y tuberías
Al ensayar productos tubulares como tubos de sección completa o probetas tipo hueso de perro cortadas de tubos o tuberías, una mordaza de cuña proporcional es una solución adecuada y económica. Si no se desea el aplanamiento de los extremos de las probetas tipo hueso de perro, recomendamos el uso de juegos de mordazas curvas, que son particularmente útiles para ensayar probetas con paredes gruesas y mayor resistencia a la tracción porque eliminan el deslizamiento y aumentan la precisión de la deformación al inicio del ensayo.
Las soluciones de medición de deformación para tubos y tuberías pueden ser extensómetros automáticos de contacto como el AUTOX750 o un dispositivo manual de clip como la Serie W-6280 de Instron. Para ensayar productos tubulares de sección completa, el AUTOX750 puede aceptar un diámetro máximo de probeta de 100 mm con una longitud calibrada de 2”. La extensometría de Clase B2 es adecuada para un límite elástico de compensación del 0,2%, pero se recomienda un dispositivo de Clase B1 si se requiere un cálculo de límite elástico de porcentaje inferior.
El Anexo 2 también describe varios ensayos de compresión para probar la ductilidad de ciertos productos tubulares, incluyendo ensayos de aplanamiento, aplanamiento inverso, aplastamiento, brida, abocardado, flexión y flexión guiada transversal. Los yunques y matrices de compresión básicos pueden satisfacer fácilmente muchos de estos ensayos, con la excepción del ensayo de flexión guiada, para el cual Instron ofrece la fijación W-6810.
Anexo 3 - Elementos de fijación
El ensayo de elementos de fijación requiere accesorios de sujeción especializados que soporten la cabeza del elemento de fijación y concentren la tensión de tracción en la parte roscada de la probeta. Consisten en soportes de pernos y arandelas de varios diámetros, ángulos, roscas y pasos para adaptarse a cada tamaño específico de elemento de fijación. En caso de que un elemento de fijación sea demasiado grande para ser ensayado en un sistema de ensayo dado, se permite mecanizar una probeta tradicional de 0,505” con una longitud calibrada estándar de 2” para el ensayo. Además de los ensayos axiales, dos tipos de ensayos de cizallamiento (doble y simple) también son importantes y requeridos por ASTM F-606 y MIL-STD 1312, junto con el ensayo de prueba de tuercas con un mandril de prueba de tuercas.
Generalmente no se requiere extensometría al ensayar elementos de fijación, aunque puede ser útil para determinar si el material demuestra alguna deformación. Una opción adecuada es el W-E439 de Instron.
Anexo 4 - Alambre redondo
El Anexo 4 se centra principalmente en dos tipos de mordazas para productos de alambre redondo: una mordaza de cuña secundaria y una mordaza de sujeción tipo leva. Ambas soluciones se consideran adecuadas para ensayar alambres de menor capacidad que también son maleables por naturaleza. La longitud calibrada para ensayar probetas de alambre redondo de sección completa es de 10”. Las roturas de mordaza pueden ser un desafío común al ensayar este tipo de probeta, ya que cuando la rotura de la probeta ocurre cerca de las mordazas, los resultados del ensayo no se consideran reportables. Por esta razón, la alineación de las mordazas es importante. Si se requiere la medición de la deformación, un dispositivo de clip con una longitud calibrada de 10” es apropiado, al igual que una solución automática como el AUTOX750.
| Fijación para alambre redondo ASTM A370 | |
|---|---|
| Mordaza para cordón de neumático 2714-107 | |
Anexo A5 - Impacto Charpy
El ensayo de impacto Charpy para la energía total absorbida se discute ampliamente tanto en la sección general de A370 como en el anexo A5. Este es un ensayo requerido en la producción de la mayoría de los aceros descritos en la norma. Las dimensiones de las probetas están bien definidas y se incluyen ejemplos gráficos de los diferentes tipos de rotura. Para mayor detalle, ASTM A370 hace referencia a la norma de impacto Charpy ASTM E-23. Instron ofrece soluciones adecuadas de 300 a 900 julios, como el sistema MPX con el software Bluehill Impact.
Antiguos anexos
En la actualización más reciente de ASTM A370, el anexo A7 (cables de múltiples hilos) y el anexo A9 (barras de refuerzo de acero) se han trasladado a sus respectivas normas de producto ASTM A1061/A1061M y ASTM A615. Debido a su larga inclusión en versiones anteriores de ASTM A370, seguiremos abordando esas aplicaciones en esta guía.
El cable trenzado de 7 hilos se utiliza normalmente en la producción de hormigón pretensado. Es difícil ensayar alambre trenzado sin el equipo adecuado, y aunque una mordaza de cuña proporcional es aceptable, una mordaza de acción lateral no proporcional es una opción mucho mejor tanto para la consistencia como para los resultados. Según la norma ASTM A1061/A1061M, las longitudes de las probetas son de 48 pulgadas y requieren un dispositivo de deformación con una longitud calibrada de 24” para una medición adecuada del cambio de longitud.
La barra de refuerzo, o «rebar», es otro material cuyas probetas no incluyen una sección reducida y, por lo tanto, requiere un extensómetro con una longitud de calibre de 8”/200 mm. Una mordaza de cuña proporcional es adecuada para esta prueba. En Norteamérica, la convención de tamaño se basa en que la barra de refuerzo n.º 8 tiene un diámetro nominal de 1”, o 8/8 de pulgada. El material de mayor diámetro incluido en la norma de producto en los últimos años es la barra roscada n.º 20, que también presenta una resistencia a la tracción de 100 ksi. Las pruebas del producto más grande producen cargas de prueba máximas de 720.000 lbs. Una prueba adicional bajo la norma AC133 es una prueba de acoplamiento de barra de refuerzo que se ejecuta de forma cíclica a través de cero utilizando una mordaza no proporcional de doble acción lateral o de acción lateral única.
Cálculos y resultados
Todos los cálculos requeridos en los ensayos ASTM A370 ya están preconfigurados en Bluehill Universal. Para aquellos que prefieren empezar de cero y construir su propio método, los cálculos introducidos manualmente también pueden configurarse fácilmente para ensayar según ASTM A370. El paquete de métodos para metales también proporciona métodos preconstruidos para todas las siguientes normas: ASTM E8 / E8M, ASTM 615, ASTM E646, ASTM E517, ISO 6892-1, EN10002, ISO 10113 e ISO 1027.
Folleto de máquinas universales de ensayo de alta fuerza
Los sistemas de alta fuerza de Instron incluyen sistemas de ensayo electromecánicos e hidráulicos de alta capacidad para aplicaciones de tracción y compresión. Las capacidades de fuerza oscilan entre 100 kN y 2000 kN.
Folleto de sistemas de ensayo Premier serie 6800
Los sistemas de ensayo universales Instron Serie 6800 ofrecen una precisión y fiabilidad inigualables. Construida sobre una arquitectura de sistema Operator Protect con patente en trámite, con un nuevo kit de aire Smart-Close y funciones de mitigación de colisiones, la Serie 6800 hace que los ensayos de materiales sean más sencillos, inteligentes y seguros que nunca.
Hydraulic Side-Acting Grips (DuraSync)
Instron hydraulic side-action grips are designed for high-capacity testing and maintain a constant clamping force on the specimen that acts perpendicular to the direction of testing and is independent of tensile loading.
Mordazas de cuña hidráulicas 2743‑401
Las mordazas de cuña hidráulicas de 100 kN de Instron proporcionan una solución innovadora para realizar ensayos de alta capacidad y mejorar el rendimiento del agarre, la facilidad de uso y la seguridad del operario.
Industrial Series DX Models
Designed for high-capacity tensile, compression, bend/flex, and shear testing, DX Series testing systems feature a dual test space and single footprint. Understanding the critical importance of operator safety, these frames incorporate high-quality materials, components, and craftsmanship and are ideal for testing metals, wire rod, fasteners, concrete, and wood.
Motorized Impact Testing System (MPX)
The Instron® MPX Series of motorized pendulum impact testers are preferred for metals impact testing to Charpy and Izod standards.