ISO 6892: Ensayos de tracción de materiales metálicos

Cómo realizar un ensayo de tracción en metales según la norma ISO 6892

Evolución de la norma

Una de las mayores evoluciones de la norma ISO 6892-1 se ha relacionado en gran medida con los métodos de control de los ensayos, que pueden suponer un reto importante en los ensayos de tracción de metales. Esta evolución fue liderada principalmente por el trabajo realizado como parte del proyecto TENSTAND, donde se identificó que las velocidades de ensayo entre diferentes máquinas que ensayan bajo la misma norma producirán resultados diferentes debido a la sensibilidad de los materiales a la velocidad de deformación. La versión de 2009 introdujo velocidades de ensayo basadas en la velocidad de deformación (Método A), que se convirtió en el método preferido. El método de ensayo tradicional heredado de la norma EN10002:2001 se basaba en mantener una velocidad de tensión durante la región elástica, lo cual era necesario para las máquinas de accionamiento manual. Este método original también se mantuvo y se convirtió en el «Método B» en la versión de 2009 de la norma.

La introducción del Método A causó confusión, ya que muchos usuarios pensaron que el Método A solo era alcanzable mediante el uso de equipos capaces de realizar un control de deformación en bucle cerrado, cuando en su lugar también podía lograrse utilizando una velocidad de travesaño constante. Para aclarar esta situación, la norma ISO 6892-1 se revisó de nuevo en la segunda edición, ISO 6892-1:2016. La versión de 2016 incluye tres métodos de ensayo, A1, A2 y B, donde el antiguo Método A se divide en dos métodos de ensayo diferentes claramente definidos: el Método A1 (control de deformación en bucle cerrado) y el Método A2 (velocidad de travesaño constante), mientras que el Método B sigue basándose en el mantenimiento de una velocidad de tensión durante la región elástica. Se añadió una nota al Método B para aclarar el rango del ensayo en el que debe mantenerse un control de tensión. El siguiente vídeo analiza el Método A1 con mayor detalle.

¿Qué mide?

La norma ISO 6892-1 mide las propiedades de tracción de materiales metálicos en cualquier forma a temperatura ambiente. Las pruebas realizadas en condiciones controladas deben hacerse a una temperatura de 23 grados Celsius más o menos 5 grados. Para realizar pruebas a temperaturas elevadas, consulte la norma ISO 6892-2. La norma ISO 6892-1 mide muchas propiedades de tracción diferentes, siendo las siguientes las más comunes:

Límite elástico es la tensión a la que un material se deforma permanentemente. La norma ISO 6892-1 determina tanto el límite elástico superior como el inferior. Dependiendo de los fenómenos de fluencia, la norma ISO 6892-1 especifica los requisitos del límite elástico superior e inferior para materiales con fluencia discontinua y el método de límite elástico convencional para materiales con fluencia continua.

Alargamiento del punto de fluencia: solo adecuado para materiales con fluencia discontinua, el alargamiento del punto de fluencia es la diferencia entre el alargamiento de la probeta al inicio y al final de la fluencia discontinua (el área en la que se produce un aumento de la deformación sin un aumento de la tensión).

Resistencia a la tracción: la fuerza o tensión máxima que un material es capaz de soportar durante un ensayo de tracción.

Reducción de área: una medida de la ductilidad de un material. Es la diferencia entre el área de la sección transversal original de una probeta y el área de su sección transversal más pequeña después del ensayo, expresada normalmente como un porcentaje de disminución de la sección transversal original. La sección transversal más pequeña puede medirse durante o después de la fractura.

Especímenes

La norma ISO 6892-1 admite una gran variedad de tipos de probetas debido a la enorme gama de aplicaciones para las que se utilizan los materiales metálicos. Los tipos de probetas principales incluyen chapas, placas, alambres, barras y tubos. Los detalles completos sobre la preparación y medición de las probetas se encuentran en los anexos:

Anexo B: Tipos de probetas que deben utilizarse para productos delgados: chapas, flejes y planos de entre 0, 1 y 3 mm de espesor.

Anexo C: Tipos de probetas que deben utilizarse para alambres, barras y perfiles con un diámetro o espesor inferior a 4 mm.

Anexo D: Tipos de probetas que deben utilizarse para chapas y planos de espesor igual o superior a 3 mm, y alambres, barras y perfiles de diámetro o espesor igual o superior a 4 mm.

Sistema de ensayo de materiales

Debido a que los ensayos según la norma ISO 6892-1 se realizan en una gran variedad de metales, los requisitos de fuerza del sistema pueden variar enormemente. El sistema de medición de fuerza de la máquina de ensayos debe cumplir con la norma ISO 7500-1, clase 1 o superior. La serie 6800 de Instron ofrece bastidores de ensayo adecuados para probar desde chapas metálicas (10 kN) hasta placas de acero (600 kN). La serie 6800 proporciona un bastidor de carga superior que incluye rodamientos precargados, husillos de bolas de precisión, un travesaño y una viga de base extremadamente rígidos y correas de transmisión de bajo estiramiento. Estas características contribuyen a un rendimiento avanzado general, produciendo resultados de alta precisión. Las características también ayudan a minimizar la energía almacenada durante un ensayo, lo que es especialmente evidente cuando se prueban materiales metálicos de alta resistencia según la norma ISO 6892-1.

Mordazas

Existen muchas tecnologías de agarre diferentes adecuadas para los ensayos ISO 6892-1 (cuña, hidráulicas, neumáticas, etc.); todas ellas pueden clasificarse como proporcionales o no proporcionales según la forma en que ejercen la fuerza de sujeción sobre la probeta.

Con las mordazas proporcionales, la fuerza ejercida sobre la probeta es proporcional a la carga de tracción aplicada. A medida que la carga de tracción aumenta durante un ensayo, también lo hace la fuerza de agarre sobre la probeta. Las mordazas de cuña son una opción popular para el agarre proporcional y existen en variedades manuales, neumáticas e hidráulicas para adaptarse a una amplia gama de aplicaciones de ensayo. La forma de una mordaza de cuña es lo que le permite ejercer una presión proporcional: a medida que se aplica la fuerza de tracción a la probeta, esta es arrastrada 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 aplicada. Esto es típico de las mordazas de acción lateral y de las mordazas de cuña hidráulicas con clasificación de fatiga, donde la fuerza de sujeción se genera mediante una fuente de energía que no está directamente asociada con la carga de tracción de la probeta. Esta fuente suele ser un suministro hidráulico de alta presión (210 bar/3000 psi o superior). Una ventaja de las mordazas no proporcionales es que la fuerza de sujeción suele ser más ajustable, lo que ofrece más ventajas potenciales en las aplicaciones. Por ejemplo, al probar probetas no mecanizadas, los ajustes finos pueden ayudar a los usuarios a lograr una presión de agarre óptima al tiempo que se minimizan las concentraciones de tensión que podrían causar un fallo prematuro.

Extensómetros

Existen tres tipos diferentes de extensómetros que se utilizan habitualmente para los ensayos ISO 6892-1: dispositivos de clip, dispositivos sin contacto y extensómetros automáticos de contacto. Dependiendo de los cálculos necesarios, los extensómetros deben cumplir con la norma ISO 9513 clase 1 o 2. Los extensómetros de clip, como los de la serie 2630, son el tipo más común utilizado. Estos dispositivos pueden proporcionar datos de deformación increíblemente precisos y estables y suelen ser más económicos que otros tipos. Deben ser lo suficientemente robustos para sobrevivir en laboratorios de ensayos de alto rendimiento y absorber cualquier choque derivado de la rotura de probetas metálicas de alta capacidad si no se retiran durante el ensayo.

Los dispositivos automáticos de contacto, como el AutoX750, ofrecen la ventaja de fuerzas de sujeción y colocación repetibles, lo que puede reducir las variaciones entre diferentes operarios que colocan extensómetros de clip manualmente. Los dispositivos automáticos de contacto también pueden adaptarse a múltiples longitudes de calibre, lo que puede resultar rentable para los usuarios que necesitan probar una variedad de tipos de probetas. El AutoX está diseñado para ser lo suficientemente robusto como para permanecer colocado durante todo el ensayo hasta el fallo. Sin embargo, cuando se combina con el software Bluehill® Universal, el AutoX750 puede configurarse para retirarse automáticamente justo antes del fallo de la probeta con el fin de evitar cualquier desgaste excesivo en las cuchillas.

Los dispositivos sin contacto, como el AVE3 Automatic Video Extensometer, ofrecen la ventaja de eliminar cualquier influencia provocada por el contacto físico del extensómetro con la probeta. Por ejemplo, si una probeta de ensayo es muy delgada, como ocurre con los metales de embalaje, el peso de un dispositivo de clip puede alterar considerablemente los resultados. Las cuchillas utilizadas para fijar el dispositivo a una probeta frágil también pueden dañar la probeta y causar un fallo prematuro. Además, dado que el AVE no entra en contacto con el material, no hay posibilidad de que el extensómetro se dañe o se desgaste al probar materiales de alta capacidad.

Software de ensayo

Casi todas las máquinas de ensayo modernas vienen con software preinstalado, y es importante que los cálculos en el software de ensayo cumplan con la norma ISO 6892-1 y coincidan con los datos existentes. No todos los paquetes de software son iguales, y es importante saber que la plataforma que elija proporciona resultados fiables.

Miles de clientes en todo el mundo confían en Bluehill Universal para probar sus materiales según la norma ISO 6892-1. Todos los cálculos requeridos en los ensayos ISO 6892-1 ya están preconfigurados en Bluehill Universal, pero para aquellos que prefieren empezar de cero y crear su propio método, la interfaz facilita a los usuarios la introducción manual de sus propios cálculos. El paquete de métodos para metales también proporciona métodos predefinidos para todas las siguientes normas: ASTM E8 / E8M, ASTM A370, ASTM A615, ASTM E646, ASTM E517, EN10002, ISO10113 e ISO10275.

Rendimiento

La mayoría de los laboratorios que realizan ensayos según la norma ISO 6892-1 necesitan probar un gran volumen de probetas de forma regular. Por este motivo, cualquier medida que pueda tomarse para aumentar el rendimiento es ventajosa. Afortunadamente, existen muchas opciones para aumentar el rendimiento de los ensayos de un laboratorio. Pequeñas modificaciones en el software pueden reducir las tareas repetitivas, y algunas mordazas y extensómetros pueden reducir el tiempo de configuración y aumentar la repetibilidad, lo que reducirá la necesidad de realizar repeticiones de ensayos. Por último, existe la opción de automatizar completamente todo el proceso de ensayo, lo que permite que las pruebas se realicen durante varias horas sin necesidad de interacción por parte del operario.