Ensayo de tracción en metal según las normas ISO 6892-1 y ASTM E8/E8M: Cómo entender las diferencias y beneficiarse de ellas
Los fabricantes de acero y aluminio, los OEM y los laboratorios de ensayo suelen realizar ensayos de tracción en metales como parte del aseguramiento de la calidad. En estos ensayos se determinan propiedades de los materiales que son decisivas para la resistencia, la seguridad y la fiabilidad de los componentes. Al mismo tiempo, debe garantizarse que cada ensayo se realice de conformidad con la norma correspondiente: en función de los requisitos del cliente o del acceso al mercado, según ISO 6892-1, ASTM E8/E8M o ambas normas. Y es que ambas normas tienen relevancia a nivel mundial y, por ello, se utilizan en paralelo en muchos laboratorios.
El objetivo es el mismo en todos los casos: El ensayo de tracción debe proporcionar resultados coherentes y fiables, trazables y comparables. Sin embargo, es precisamente aquí donde comienza el desafío, especialmente para los laboratorios que realizan ensayos periódicamente según ambas normas. La pregunta es: ¿Pueden compararse los resultados obtenidos según ISO 6892-1 y ASTM E8/E8M? Y, en caso afirmativo, ¿en qué condiciones?
Dos normas, un mismo objetivo de ensayo, aunque no siempre los mismos resultados
Algunos laboratorios que ensayan según ambas normas aprovechan conscientemente sus puntos en común: Definen los mismos parámetros siempre que ambas normas lo permiten y crean así una base más sólida para obtener resultados comparables y unos procedimientos más eficientes.
Porque conocer las principales diferencias permite obtener ventajas reales en el trabajo diario del laboratorio. Los resultados pueden interpretarse mejor, las posibles desviaciones resultan más comprensibles y los procedimientos de ensayo pueden definirse de forma más específica. Pero, sobre todo, permite identificar en qué aspectos pueden definirse los mismos parámetros para mejorar la comparabilidad y en cuáles es necesario actuar con precaución, ya que las normas utilizan procedimientos o definiciones diferentes.
Dos sistemas normativos Diferencias Soluciones para ensayos
¿De qué dos normas estamos hablando?
Este artículo trata sobre el ensayo de tracción en metales a temperatura ambiente según dos normas fundamentales:
- ISO 6892-1: Metallic materials – Tensile testing – Part 1: Method of test at room temperature
- ASTM E8/E8M: Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials
En este artículo no se abordan las partes de las normas relativas a temperaturas elevadas o bajas.
Nuestros expertos forman parte de los comités de normalización correspondientes de ISO y ASTM.
¿Por qué existe la norma ISO y la norma ASTM?
Las diferencias entre ISO 6892-1 y ASTM E8/E8M también están relacionadas con las organizaciones de las que proceden las normas. ISO es una organización internacional con sede en Suiza, en la que están representados los organismos nacionales de normalización de los países miembros. ASTM tiene su sede en EE. UU., históricamente ha tenido una fuerte influencia estadounidense, pero actualmente también se utiliza a escala mundial y reúne a miembros de la industria, la ciencia y las administraciones públicas.
Por razones históricas, ambas organizaciones cuentan con estructuras, métodos de trabajo, procesos de actualización y especializaciones distintos. Esto también se refleja en las normas: Ambas ofrecen una norma para el ensayo de tracción en metales, pero establecen en algunos aspectos distintos enfoques y niveles de detalle.
Dado que ambas normas tienen importancia a nivel mundial, su armonización ha sido y sigue siendo un objetivo claro. Ya existen numerosos puntos en común: El procedimiento básico del ensayo de tracción en metales es el mismo en ambas normas, las dos utilizan sistemas de ensayos y equipos comparables, como portaprobetas, y la ASTM E8M establece la variante métrica con unidades SI. La geometría común de las probetas planas también es fruto de esta armonización.
El propio proceso de ensayo sigue la misma lógica en ambas normas: A partir del producto semielaborado se prepara una probeta, se mide su geometría, se realiza el ensayo de tracción y se registran y evalúan los datos. Precisamente esta estructura básica común constituye un buen punto de partida para seguir avanzando en la armonización.
Resumen de las principales diferencias
Aunque el proceso de ensayo básico es similar, las normas ISO 6892-1 y ASTM E8/E8M difieren en varios aspectos relevantes para el trabajo diario del laboratorio. Entre ellos se encuentran, en particular, las geometrías de las probetas, la medición de sus dimensiones o la determinación de la sección transversal inicial, los requisitos del sistema de ensayos, las definiciones de los resultados, así como las velocidades de ensayo y los métodos de control.
No todas estas diferencias tienen la misma importancia. Algunas afectan principalmente a la denominación, mientras que otras influyen directamente en los valores obtenidos. Por ello, lo importante no es únicamente que exista una diferencia, sino qué repercusión tiene dicha diferencia sobre el resultado.
Geometrías de probeta Medición de la sección transversal Requisitos del sistema de ensayos Resultados de ensayo Velocidad de ensayo
1. Geometrías de probeta
Para las probetas planas hay una geometría predefinida que coincide en ISO 6892-1 y ASTM E8/E8M. Esta geometría común formó parte del proceso de armonización y permite comparar mejor los ensayos bajo determinadas condiciones.
| Parámetros | ISO 6892-1 | ASTM E8/E8M |
|---|---|---|
| Tipo de probeta | B1 | Probeta plana (sheet type) |
| Ancho | 12,5 mm | 12,5 mm |
| Longitud de medición | 50 mm | 50 mm |
| Espesor | hasta 3 mm | de 0,13 a 5 mm |
Por tanto, el intervalo coincidente corresponde a espesores de chapa de 0,13 mm a 3 mm. Dentro de este intervalo puede utilizarse la geometría común de probeta plana para que las condiciones de ensayo sean lo más similares posible. Sin embargo, esto no significa automáticamente que todos los resultados sean directamente comparables, aunque sí reduce una importante variable de influencia.
En el caso de probeta redondas, la situación es diferente. Ambas normas definen probetas cilíndricas redondas y, en ambos casos, la longitud de medición se establece en relación con el diámetro. Sin embargo, ASTM E8 distingue en función del diámetro, mientras que ISO 6892-1 tiene en cuenta los grupos de materiales. No existe una geometría común predefinida para las probetas redondas. Para crear condiciones comparables, la longitud de medición y el diámetro deben coordinarse expresamente.
En el caso de productos especiales, como tornillos, tubos o productos similares, deben tenerse en cuenta los apartados o anexos específicos correspondientes.
En cuanto se utilizan geometrías de probeta diferentes, los resultados dejan de ser comparables, incluso si los valores se expresan en relación con la sección transversal. Por este motivo: Para obtener un comportamiento tensión-deformación comparable, la longitud de medición y la sección transversal deben ser idénticas.
2. 2. Medición de las dimensiones de la probeta / determinación de la sección transversal inicial
En la práctica, a menudo se subestima la influencia de la medición de la sección transversal. Sin embargo, la sección transversal inicial influye directamente en todos los valores de tensión calculados. Si la sección transversal se determina de forma diferente, los resultados también pueden diferir, incluso si el ensayo propiamente dicho se ha realizado correctamente.
Según ISO 6892-1, la sección transversal se determina realizando mediciones en varios puntos de la longitud paralela de la probeta. A continuación, se calculan los valores medios de la sección transversal. Para la medición del espesor se exige una precisión de ±2 %.
ASTM E8/E8M procede de forma distinta. La medición se realiza en el punto más estrecho de la longitud paralela de la probeta. Además, para la precisión de la medición del espesor se especifican valores absolutos: 2 µm para espesores de chapa inferiores a 2,5 mm, 10 µm para espesores de 2,5 mm a 5 mm y 20 µm para espesores superiores a 5 mm.
| ISO 6892-1 | ASTM E8/E8M | |
|---|---|---|
| Determinación | Medición en varios puntos de la longitud paralela de la probeta y cálculo de los valores medios de la sección transversal | Medición en el punto más estrecho de la longitud paralela de la probeta |
| Precisión de la medición del espesor | ±2 % | En función del espesor de la chapa (< 2,5 mm, 2,5 - 5mm / > 5 mm): 2 µm / 10 µm / 20 µm |
La diferencia entre los requisitos porcentuales y absolutos para la medición del espesor puede ser considerable en función del espesor de la chapa. Ejemplo: Con un espesor de chapa de 3 mm, ISO 6892-1 permite una desviación de hasta 60 µm, mientras que ASTM E8M solo permite 10 µm. Estas diferencias pueden resultar relevantes en auditorías, consultas de clientes o cuando los resultados se encuentran próximos a los valores límite.
3. Requisitos del sistema de ensayos
La configuración básica del ensayo es comparable según ISO 6892-1 y ASTM E8/E8M: Se necesita un bastidor de carga adecuado, incluida la electrónica de medición y control, portaprobetas, captador de fuerza, extensómetro y un software para la evaluación, almacenamiento y análisis de datos. Por tanto, la base técnica para realizar ensayos según ambas normas es básicamente similar y no es necesario utilizar en el laboratorio dos sistemas de ensayo completamente diferentes.
Sin embargo, existen diferencias en las clases de precisión exigidas para los captadores de fuerza y los extensómetros. Además, las clases de precisión se definen de forma diferente, ya que se basan, a su vez, en normas distintas: Para ISO 6892-1, ISO 7500-1 (medición de fuerza) e ISO 9513 (extensómetros), y para ASTM E8, ASTM E4 (medición de fuerza) y ASTM E83 (extensómetros).
En nuestros servicios de asesoramiento analizamos las aplicaciones concretas y comprobamos qué requisitos de ISO 6892-1 y ASTM E8/E8M son más exigentes en cada caso. Sobre esta base se diseña el equipo de ensayo de modo que un único sistema de ensayos pueda cumplir de forma fiable, siempre que sea posible, los requisitos de ambas normas.
4. Resultados de ensayo
Existen diferencias en la terminología y en el método de determinación de los resultados de ensayo. Muchos valores son muy similares y únicamente difieren en su denominación.
Sin embargo, es necesario prestar especial atención a la deformación a fuerza máxima y al alargamiento en rotura. Estos valores se determinan de forma diferente.
| ISO 6892-1 | ASTM E8 | |
|---|---|---|
| Pendiente de la parte elástica | mE | - |
| Límite de fluencia (elástico) para una deformación plástica del 0,2 % | Rp0,2 | Límite de fluencia (offset = 0,2 %) |
| Límite de fluencia superior | ReH | UYS |
| Límite de fluencia inferior | ReL | LYS |
| Alargamiento del límite de fluencia | AL | YPE |
| Resistencia a la tracción | Rm | TS |
| Deformación plástica medida con extensómetro a fuerza máxima | Ag | - |
| Deformación total medida con extensómetro a fuerza máxima | Agt | Elu - alargamiento uniforme |
| Alargamiento a rotura | A - manual y mediante software | Alargamiento en rotura (manual) |
| Deformación total medida con extensómetro en el momento de la rotura | At | Alargamiento a rotura |
Alargamiento uniforme o deformación a fuerza máxima
La denominación es prácticamente idéntica y se trata también de la misma propiedad mecánica; sin embargo, los resultados no son directamente comparables. Esto se debe a que la deformación a fuerza máxima, también denominada alargamiento uniforme, se determina de forma diferente según ISO y ASTM.
Según ISO 6892-1, la deformación total medida con extensómetro a fuerza máxima Agt se determina en el punto de fuerza máxima.
En ASTM E8, el alargamiento total a fuerza máxima Elu se determina de forma diferente: Se traza una línea horizontal un 0,5 % por debajo de la fuerza máxima y se lee la deformación en el punto medio de dicha línea.
En función del material, este procedimiento puede dar lugar a diferencias relevantes en los resultados.
Otra diferencia: ISO 6892-1 define además la deformación plástica medida con extensómetro a fuerza máxima (Ag), en la que la deformación elástica se resta del valor total. ASTM no contempla esta propiedad mecánica.
Alargamiento a rotura
La deformación total en el momento de la rotura se determina en el último punto de medición antes de la caída de la fuerza, ya que esta indica la rotura. En ISO 6892-1, esta propiedad se denomina «deformación total medida con extensómetro en rotura At»; ASTM E8 la denomina alargamiento en rotura (Elongation at Break).
Para determinar el alargamiento en rotura A según ISO 6892-1, se resta el alargamiento elástico, de modo que únicamente se obtiene el alargamiento permanente. Aquí ASTM E8 establece una diferencia fundamental, ya que el «alargamiento después de la rotura» se determina manualmente, volviendo a unir los dos fragmentos de la probeta después de la rotura y realizando la medición. Para ello, antes del ensayo se aplican marcas sobre la probeta.
Dado que los resultados de la medición manual y automática suelen variar considerablemente, para mejorar la comparabilidad también podría recurrirse al cálculo manual según ISO. Este procedimiento también está permitido por la ISO 6892-1, aunque se utiliza cada vez menos al ser más complejo y tener una mayor dispersión de los valores.
Hay otro aspecto a tener en cuenta al comparar los valores de alargamiento en rotura: La definición de la velocidad de ensayo en la zona de deformación plástica es distinta en ambas normas y, por tanto, puede variar. Sin embargo, la velocidad de ensayo influye de forma determinante en los resultados, como se verá con mayor claridad en el siguiente apartado.
5. Velocidad de ensayo y métodos de control
Ambas normas definen tres métodos de control diferentes para la velocidad de ensayo hasta alcanzar el límite de fluencia. Los métodos son funcionalmente comparables, pero sus denominaciones son diferentes, y precisamente esto suele generar confusión en el trabajo diario del laboratorio.
Los resultados obtenidos mediante distintos métodos de control no son comparables, lo que constituye un aspecto crítico.
| ISO 6892-1:2020 | Descripción del método de ensayo | ASTM E8/E8M-22 | |
|---|---|---|---|
| Método A1 | Control de la velocidad de deformación en circuito cerrado «closed loop» p. ej. 0,00025 s-1 ±20 % | Método B | Control de la velocidad de deformación en circuito cerrado «closed loop» p. ej. 0,00025 s-1 ±40 % |
| Método A2 | Control de la velocidad de deformación en circuito abierto «open loop» p. ej. 0.00025 s-1 ±20 % | Método C | Velocidad de del travesaño p. ej. 0,00025 s-1 ±20 % |
| Método B | Velocidad de la tensión, p. ej., 6/60 MPa/s para acero o 2/20 MPa/s para aluminio | Método A | Velocidad de la tensión 1,15 … 11,5 MPa/s |
| Velocidad de ensayo (tras superar el límite de fluencia) p. ej. para determinar la resistencia a la tracción | p. ej. 0.0067 s-1 ±20 % (o 0,00025 s-1 o 0,002 s-1) | Velocidad de ensayo (tras superar el límite de fluencia) p. ej. para determinar la resistencia a la tracción | p. ej. 0.00083 … 0.0083 s-1 |
Los requisitos para el control mediante la velocidad de incremento de la tensión son distintos. Mientras que en ISO 6892-1 la velocidad de incremento de la tensión depende del módulo de elasticidad del material, en ASTM E8 es independiente de este.
En cambio, los métodos con control de la velocidad de deformación hasta alcanzar el límite de fluencia sí son comparables. En ambas normas se han definido las mismas velocidades de ensayo. Únicamente en la variante en circuito cerrado (closed loop) ASTM E8 permite una tolerancia mayor.
Los materiales metálicos son sensibles a la velocidad de deformación. Una velocidad de ensayo más elevada provoca, por ejemplo, límites de fluencia más altos y, por tanto, influye considerablemente en los resultados de ensayo.
La mejor comparabilidad de los valores de ensayo se consigue mediante el método en circuito cerrado (closed loop). Este método garantiza velocidades de deformación idénticas al determinar el límite de fluencia. Este método plantea mayores exigencias al equipo, pero puede resultar ventajoso gracias a unos resultados más fiables y una menor dispersión.
Conclusión: conocer las diferencias y aprovechar eficazmente los puntos en común
ISO 6892-1 y ASTM E8/E8M son normas reconocidas a nivel mundial y consolidadas en la práctica. Conocer sus diferencias permite interpretar correctamente los resultados, evitar interpretaciones erróneas y trabajar de forma más eficiente. Dado que ambas normas están armonizadas en algunos ámbitos, es posible aprovechar específicamente sus puntos en común, por ejemplo, mediante las mismas geometrías de probeta, configuraciones, procedimientos y, en general, condiciones de ensayo comparables.
En el trabajo diario del laboratorio, disponer de un sistema de ensayos que permita cumplir ambas normas sin necesidad de realizar complejas modificaciones facilita considerablemente el cambio entre ISO 6892-1 y ASTM E8/E8M. Además del equipo de ensayos adecuado, el software desempeña un papel fundamental: Los programas de ensayo estándar de testXpert ya incluyen todos los requisitos relevantes de las normas y garantizan la realización de ensayos conformes a las mismas.
Además, en el software de ensayo pueden guardarse los ajustes de la máquina y reproducirse automáticamente. De este modo, es posible alternar entre ensayos según ISO 6892-1 y ASTM E8/E8M de forma segura, reproducible y con un esfuerzo mínimo.
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