Cómo realizar una prueba de resistencia a la Tracción en metales según ASTM E8 / E8M

September 24, 2021

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ASTM E8 / E8M es uno de los métodos de prueba más comunes para determinar las propiedades de tracción de materiales metálicos, siendo el otro ASTM A370. Lanzado por primera vez en 1924, originalmente se llamó ASTM E8-24T y es el estándar más antiguo utilizado activamente para la prueba de metales. Como ocurre con la mayoría de las normas, ASTM E8 a menudo ha sufrido cambios menores y frecuentes. Recientemente 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 una prueba de tracción ASTM E8 / E8M y proporcionará una descripción general del equipo de prueba de materiales, el software y las muestras de tracción necesarias. Sin embargo, cualquier persona que planee realizar pruebas ASTM E8 / E8M no debe considerar esta guía como un sustituto adecuado de la lectura de la norma completa .


¿Qué mide?

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

  • Resistencia a  la cedencia: la tensión a la que un material se deforma permanentemente.
  • Elongación del punto de cedencia : la fase durante la cual un material pasa de un comportamiento elástico a un comportamiento plástico.
  • 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.


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 enormemente. La serie Instron ® 5900 ofrece marcos de prueba adecuados para probar metales con espesor delgado(10 kN) hasta placas de acero (600 kN). El marco de carga de la serie 5900 incluye soporte, rodamientos precargados, tornillos de bolas de precisión, un cabezal, base de viga gruesa y bandas de transmisión de bajo estiramiento. Estas características contribuyen a un mejor rendimiento al producir resultados más precisos y minimizar la energía almacenada durante una prueba, lo que es especialmente evidente cuando se prueban materiales de alta resistencia como compuestos aeroespaciales, aleaciones metálicas y polímeros cristalinos.

Muestras para pruebas de tracción

ASTM E8 / E8M permite muchos tipos de muestras diferentes, define geometrías y dimensiones adecuadas para cada una de estas dos normas. Barras, tubos, láminas, probetas redondas y productos de metalurgia en polvo son algunas de las muchas opciones para realizar pruebas según este estándar. Sin embargo, la muestra más común es un rectángulo en forma de hueso de perro con un ancho de 12,5 mm (0,5 pulgadas) y una longitud calibrada de 50 mm (2 pulgadas).


Métodos de prueba

Al igual que con los estándares de prueba de metales más comunes, se describen tres tipos de controles de prueba: control del índice de tensión, control del índice de deformación y control de desplazamiento del cabezal. Para ASTM E8 / E8M, estos tipos de controles se denominan Métodos A, B y C. El video a continuación analiza las diferencias entre los métodos de control de prueba en mayor detalle.


Mordazas

Si bien existen diferentes tecnologías de sujeción adecuadas para las pruebas E8 / E8M (mordazas de acción lateral, hidráulica, neumática, etc.), todas pueden clasificarse como proporcionales o no proporcionales según la forma en que ejercen la fuerza de sujeción sobre la muestra.

Con mordazas proporcionales, la fuerza ejercida sobre la muestra es proporcional a la carga de tracción que se aplica. A medida que aumenta la carga de tracción durante una prueba, también lo hace la fuerza de sujeción en la muestra. Las mordazas de cuña son una opción popular para la sujeción proporcional y existe una amplia variedad de ellas : manuales, neumáticas e hidráulicas que se adaptan a una amplia gama de aplicaciones de prueba. La forma de una mordaza de cuña es lo que le permite ejercer una presión proporcional: a medida que se aplica fuerza de tracción a la muestra, la muestra se estira con más fuerza hacia el área más estrecha de la cuña, lo que aumenta la presión de sujeción.

Con mordazas no proporcionales, la fuerza de sujeción sobre la muestra permanece constante y es independiente de la carga de tracción que se aplica. Esto es típico de las mordazas de acción lateral y las mordazas de cuña hidráulicas 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 superior). Una ventaja de las mordazas no proporcionales es que la fuerza de sujeción suele ser ajustable, lo que ofrece más ventajas potenciales de aplicación.

Proteger la muestra

Cuando se inserta una muestra en las mordazas durante la configuración de la prueba, generalmente se producen fuerzas de compresión no deseadas. Esto se debe a que una pequeña cantidad de material se desplaza por la presión y se lleva de regreso al cuerpo de la muestra, empujando efectivamente contra la celda de carga. Estas fuerzas no deseadas pueden provocar deformaciones en la muestra y errores en los datos de prueba. Debido a que no aplican grandes fuerzas durante la configuración de 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 protección de muestra, que ajusta automáticamente la posición del cabezal durante la configuración de la prueba para eliminar automáticamente la carga de compresión, independientemente de la solución de sujeción elegida para la prueba.


Extensómetros para medir la resistencia a la tracción

La mayoría de los estándares de prueba de metales requieren un dispositivo de alta precisión para determinar las propiedades a valores de deformación más bajos, como el módulo o la cedencia, y un dispositivo de precisión ligeramente menor para valores de deformación altos, como elongación uniforme o elongación total. ASTM E8 / E8M requiere un dispositivo de Clase B2 o mejor (según ASTM E83 ) para determinar valores de rendimiento y alargamiento que sean inferiores al 5% de deformación. Para resultados superiores al 5% de deformación, se requiere un dispositivo de clase C o mejor.

Hay tres tipos diferentes de extensómetros que se usan típicamente para las pruebas ASTM E8: dispositivos con clip, dispositivos sin contacto y extensómetros de contacto automático. Los extensómetros con clip, como la serie 2630, son los más utilizados. Estos dispositivos pueden proporcionar datos de deformación increíblemente precisos y estables y, por lo general, son más baratos que comprar otros tipos. Deben ser lo suficientemente robustos para sobrevivir en laboratorios de pruebas de alto rendimiento y absorber cualquier impacto de la rotura de muestras metálicas de alta capacidad.

Los dispositivos de contacto automático como el AutoX750 ofrecen el beneficio de la colocación y las fuerzas de sujeción repetibles, que pueden eliminar las variaciones entre los diferentes operadores que colocan extensómetros de clip manualmente. Los dispositivos de contacto automático también pueden adaptarse a múltiples longitudes de calibre, lo que puede resultar rentable para los usuarios que necesitan probar una variedad de tipos de muestras. Combinado con el software Bluehill ® Universal , el AutoX750 se puede configurar para que se retire automáticamente justo antes de que falle la muestra, a fin de evitar un desgaste excesivo de los bordes de las cuchillas.

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

Cálculos y Resultados

Todos los cálculos requeridos en las pruebas ASTM E8 / E8M ya están preconfigurados en Buehill Universal. Para aquellos que prefieren comenzar desde cero y crear su propio método, los cálculos de entrada manual también se pueden configurar fácilmente para probar según ASTM E8. El paquete de métodos de metales también proporciona métodos prediseñados para todas las siguientes normas: ASTM E8 / E8M, ASTM A370 , ASTM 615 , ASTM E646 , ASTM E517 , ISO 6892-1 , EN10002 , ISO 10113 e ISO 10275.

Rendimiento

La mayoría de los laboratorios que realizan pruebas según ASTM E8 / E8M necesitan analizar un gran volumen de muestras de forma regular. Por esta razón, todo lo que se pueda hacer para aumentar el rendimiento es ventajoso. Afortunadamente, existen muchas opciones para aumentar el rendimiento de las pruebas ASTM E8 / E8M. Pequeñas modificaciones de 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 ejecutar nuevas pruebas. Finalmente, existe la opción de automatizar completamente todo el proceso de prueba, donde las pruebas pueden ejecutarse durante varias horas sin la necesidad de la interacción del operador.


Adaptación de nota "How to Perform a Tension Strength Test on Metals According to ASTM E8 / E8M" escrita por Matthew Spiret

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