ASTM A370: Ensaios Mecânicos de Produtos de Aço
Ensaios de Tração de Metais
A ASTM A370 é uma das normas mais amplamente reconhecidas e abrangentes para medir a resistência à tração de metais. Ela é utilizada por diversas indústrias, como a construção civil e a fabricação automotiva, onde a segurança depende da qualidade dos materiais. Além dos ensaios de tração, a norma também descreve ensaios de impacto Charpy, dobramento e dureza Brinell e Rockwell em metais, que são discutidos detalhadamente pelas normas ASTM E-23, ASTM E190, ASTM E10 e ASTM E18.
Este guia foi elaborado para apresentar os elementos básicos de um ensaio de tração ASTM A370 e fornecer uma visão geral dos equipamentos de ensaio, software e corpos de prova necessários. Este guia não é considerado um substituto adequado para a leitura e o cumprimento da norma completa.
Diferenças entre a ASTM A370 e a ASTM E8
A ASTM A370 compartilha os mesmos equipamentos e métodos de ensaio que outra importante norma de ensaio de metais, a ASTM E8. A A370 difere da E8 por definir melhor as características dos corpos de prova de aços específicos para diversos tipos de produtos. Esses produtos abordam o ensaio de barras, tubos, fixadores e fios redondos, e estão incluídos nos anexos da ASTM A370, juntamente com alguns esclarecimentos processuais. É importante notar que, embora as seções anexas sejam suplementares à seção geral da norma, a norma do produto geralmente prevalece em caso de conflito.
O que ele mede?
Embora a ASTM A370 mencione diferentes tipos de ensaios, o foco principal são os ensaios de tração. As propriedades medidas com mais frequência são as seguintes:
- Módulo de Elasticidade – Uma medida da resistência de um material à deformação elástica
- Limite de Escoamento — A tensão na qual um material se deforma permanentemente
- Resistência à Tração — A força ou tensão máxima que um material é capaz de suportar
- Redução de Área — Uma medida da ductilidade de um material
- Alongamento Total — Uma medida do aumento percentual no comprimento após a ruptura
Sistema de teste de materiais
Como os ensaios da ASTM A370 são realizados em uma grande variedade de produtos de aço e geometrias de corpos de prova, os requisitos de força do sistema podem variar muito. A Série Industrial da Instron oferece estruturas de ensaio adequadas para testar desde redondos de aço inoxidável usinados (300 kN) até produtos tubulares de parede espessa (2.000 kN). As estruturas de carga da Série Industrial incluem fusos de esferas e colunas de alta rigidez, medição de carga por extensômetro e eliminação de folga para maior durabilidade. Esses recursos contribuem para um melhor desempenho, produzindo resultados mais precisos e minimizando a energia armazenada durante um ensaio, o que é especialmente evidente ao testar materiais de alta resistência, como fios de mola e fixadores de grande diâmetro.
Métodos de Ensaio
Assim como nas normas de ensaio de metais mais comuns, a ASTM A370 descreve três tipos de controles de ensaio: Controle de Taxa de Tensão, Controle de Taxa de Deformação e Controle de Deslocamento da Travessa. Para a ASTM E8 / E8M, esses tipos de controles são referidos como Métodos A, B e C. Na ASTM A370, o controle do ensaio de tração remete aos métodos da ASTM E8/E8M com a adição de certos cálculos específicos para os diferentes materiais e aplicações dentro da norma ASTM A370. Os fabricantes geralmente executam ensaios usando o deslocamento da travessa durante toda a duração do ensaio, ou dependem do controle da taxa de tensão por meio do cálculo do módulo de elasticidade e, em seguida, mudam para o controle de deslocamento da travessa para o restante do ensaio. O vídeo abaixo discute o método de Controle de Taxa de Deformação em mais detalhes.
Garras e Extensômetros
Embora existam muitas tecnologias de garras diferentes adequadas para ensaiar materiais redondos e planos, as garras hidráulicas de cunha ou de ação lateral são opções populares e versáteis, embora alguns dos materiais dentro da ASTM A370 (tubos e fixadores, por exemplo) exijam soluções mais específicas.
Anexo 1 - Barra
Este anexo cobre as dimensões dos corpos de prova e os requisitos de comprimento de base do extensômetro para materiais de barra laminados a quente e com acabamento a frio para formas de corpos de prova planos, redondos, quadrados, hexagonais e octogonais. Garras de cunha proporcionais são geralmente recomendadas ao ensaiar materiais em barra. No entanto, devido à sua resistência à tração extremamente alta, alguns materiais de barra (particularmente o tipo usado para fabricar molas) podem causar danos sérios às faces das mandíbulas de uma garra de cunha padrão ao encontrar deslizamento durante um ensaio de tração. Nesses casos, recomendamos uma garra de ação lateral não proporcional para segurar o material com mais segurança durante o ensaio e na ruptura do corpo de prova.
Todos os corpos de prova de barras laminadas a quente requerem um instrumento de comprimento de base de 8” para medição de deformação, pois são de seção completa e não usinados. Opções adequadas para extensometria são o Instron AUTOX750 com comprimento de base ajustável ou um dispositivo manual clip-on com um comprimento de base dedicado de 8”, como a série E da Instron, W-6280-8 e W-6280-200. Infelizmente, o material laminado a quente não pode ser ensaiado usando um extensômetro sem contato, como o AVE3 da Instron, pois os detritos de carepa durante o ensaio farão com que as marcações de base caiam do corpo de prova ou farão com que o instrumento perca a visão das marcações de base.
Os corpos de prova de material com acabamento a frio possuem uma seção reduzida por usinagem e, como tal, utilizam um extensômetro de comprimento de base de 2” apropriado, como o AUTOX750, AVE2 ou um dispositivo manual clip-on. A extensometria de Classe B2 é adequada para um escoamento de compensação (offset) de 0,2 %, mas um dispositivo de classe B1 é recomendado caso seja necessário um cálculo de escoamento percentual inferior.
O Anexo 1 também cobre os requisitos de ensaio de dobramento para barras laminadas a quente e com acabamento a frio. Os ensaios são executados em material de seção completa quando as dimensões do material permitem, e o anexo especifica as dimensões para corpos de prova usinados quando necessário. Os ensaios de dobramento são realizados com o objetivo de inspecionar visualmente o material em busca de trincas superficiais e requerem os dispositivos de ensaio de dobramento W-6810 e W-6812 da Instron.
Anexo 2 - Cano e Tubo
Ao ensaiar produtos tubulares, como tubos de seção completa ou corpos de prova tipo "osso de cachorro" (dogbone) cortados de canos ou tubos, uma garra de cunha proporcional é uma solução adequada e econômica. Se o achatamento das extremidades dos corpos de prova dogbone não for desejado, recomendamos o uso de conjuntos de mandíbulas curvas, que são particularmente úteis para ensaiar corpos de prova com paredes espessas e maior resistência à tração, pois eliminam o deslizamento e aumentam a precisão da deformação no início do ensaio.
As soluções de medição de deformação para canos e tubos podem ser extensômetros de contato automáticos como o AUTOX750 ou um dispositivo manual clip-on, como a Série W-6280 da Instron. Para ensaiar produtos tubulares de seção completa, o AUTOX750 pode aceitar um diâmetro máximo de corpo de prova de 100 mm com um comprimento de base de 2". A extensometria de Classe B2 é adequada para um escoamento de compensação (offset) de 0,2 %, mas um dispositivo de classe B1 é recomendado caso seja necessário um cálculo de escoamento percentual inferior.
O Anexo 2 também descreve diversos ensaios de compressão para comprovar a ductilidade de certos produtos tubulares, incluindo ensaios de achatamento, achatamento reverso, esmagamento, flangeamento, alargamento, dobramento e dobramento guiado transversal. Bigornas e matrizes de compressão básicas podem satisfazer facilmente muitos desses ensaios, com exceção do ensaio de dobramento guiado, para o qual a Instron oferece o dispositivo W-6810.
Anexo 3 - Fixadores
O ensaio de fixadores requer acessórios de garra especializados que suportem a cabeça do fixador e concentrem a tensão de tração na parte rosqueada do corpo de prova. Eles consistem em suportes de parafusos e arruelas de vários diâmetros, ângulos, roscas e passos para corresponder a cada tamanho específico de fixador. Caso um fixador seja grande demais para ser ensaiado em um determinado sistema de ensaio, é permitido usinar um corpo de prova tradicional de 0,505” com comprimento de base padrão de 2” para o ensaio. Além dos ensaios axiais, dois tipos de ensaios de cisalhamento (duplo e simples) também são importantes e exigidos pela ASTM F-606 e MIL-STD 1312, juntamente com o ensaio de carga de prova de porcas com um mandril de prova de porca.
A extensometria geralmente não é necessária ao ensaiar fixadores, embora possa ser útil para determinar se o material demonstra alguma deformação. Uma escolha apropriada é o W-E439 da Instron.
Anexo 4 - Fio Redondo
O Anexo 4 foca principalmente em dois tipos de garras para produtos de fios redondos: uma garra de cunha secundária e uma garra de amarração tipo excêntrico (cam-type). Ambas as soluções são consideradas apropriadas para ensaiar fios de menor capacidade que também sejam de natureza maleável. O comprimento de base para ensaiar corpos de prova de fios redondos de seção completa é de 10". As rupturas na mandíbula podem ser um desafio comum ao ensaiar este tipo de corpo de prova, pois quando a falha do corpo de prova ocorre perto das garras, os resultados do ensaio não são considerados relatáveis. Por causa disso, o alinhamento da garra é importante. Caso a medição de deformação seja necessária, um dispositivo clip-on de comprimento de base de 10” é apropriado, assim como uma solução automática como o AUTOX750.
| Dispositivo para Fios Redondos ASTM A370 | |
|---|---|
| Garra para Cordonéis de Pneus 2714-107 | |
Anexo A5 - Impacto Charpy
O ensaio de impacto Charpy para energia total absorvida é discutido detalhadamente tanto na seção geral da A370 quanto no anexo A5. Este é um ensaio obrigatório na produção da maioria dos aços descritos na norma. As dimensões dos corpos de prova são bem definidas e exemplos pictóricos dos diferentes tipos de falha estão incluídos. Para mais detalhes, a ASTM A370 faz referência à norma de impacto Charpy ASTM E-23. A Instron oferece soluções adequadas de 300 joules a 900 joules, como o sistema MPX com o software Bluehill Impact.
Antigos Anexos
Na atualização mais recente da ASTM A370, o anexo A7 (cordoalha de fios múltiplos) e o anexo A9 (barra de reforço de aço) foram movidos para suas respectivas normas de produto ASTM A1061/A1061M e ASTM A615. Devido à sua longa inclusão em versões anteriores da ASTM A370, ainda abordaremos essas aplicações neste guia.
A cordoalha de 7 fios é normalmente usada na produção de concreto protendido. É difícil ensaiar fios trançados sem o equipamento certo e, embora uma garra de cunha proporcional seja aceitável, uma garra de ação lateral não proporcional é uma escolha muito melhor tanto para consistência quanto para resultados. De acordo com a norma ASTM A1061/A1061M, os comprimentos dos corpos de prova são de 48 polegadas e requerem um dispositivo de deformação com comprimento de base de 24” para a medição adequada da variação no comprimento.
A barra de reforço, ou “vergalhão”, é outro material onde os corpos de prova não incluem uma seção reduzida e, portanto, requerem um extensômetro de comprimento de base de 8”/200 mm. Uma garra de cunha proporcional é apropriada para este ensaio. Na América do Norte, a convenção de dimensionamento é baseada no vergalhão nº 8 sendo um nominal de 1”, ou 8/8 avos. O material de maior diâmetro incluído na norma do produto nos últimos anos é a barra roscada nº 20, que também inclui uma resistência à tração de 100 ksi. O ensaio do maior produto gera cargas de pico de ensaio de 720.000 lbs. Um ensaio adicional sob a norma AC133 é um ensaio de acoplamento de vergalhão que é executado de maneira cíclica através do zero usando uma garra não proporcional de ação lateral dupla ou ação lateral simples.
Cálculos e resultados
Todos os cálculos exigidos nos ensaios ASTM A370 já estão pré-configurados no Bluehill Universal. Para aqueles que preferem começar do zero e construir seu próprio método, cálculos inseridos manualmente também podem ser facilmente configurados para ensaiar de acordo com a ASTM A370. O pacote de métodos de metais também fornece métodos pré-construídos para todas as seguintes normas: ASTM E8 / E8M, ASTM 615, ASTM E646, ASTM E517, ISO 6892-1, EN10002, ISO 10113 & ISO 1027.
High Force Universal Testing Machines Brochure
Instron’s high force systems include electromechanical and high-capacity hydraulic testing systems for tension and compression applications. Force capacities range from 100 kN to 2000kN.
6800 Series Premier Testing Systems Brochure
Instron 6800 Series Universal Testing Systems provide unparalleled accuracy and reliability. Built on a patent-pending Operator Protect system architecture with an all-new Smart-Close Air Kit and Collision Mitigation features, the 6800 Series makes materials testing simpler, smarter, and safer than ever before.
Hydraulic Side-Action 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.
±100 kN Universal Hydraulic Wedge Action Grips Data Sheet
Instron’s 100 kN hydraulic wedge grips (catalog no. 2743-401) provide an innovative solution for high-capacity testing and deliver enhanced gripping performance, usability, and operator safety.
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.
