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ISO 6892-1 Ensayo de tracción de metal a temperatura ambiente

La norma DIN EN ISO 6892-1 para ensayos de tracción en metales estandariza el ensayo de tracción de metal o acero a temperatura ambiente y define los valores característicos mecánicos.

Objetivo y campos de aplicación ISO 6892 por rango de temperatura Valores característicos Vídeo / ejecución del ensayo Medición de la fuerza / extensión Velocidad de ensayo Control de la velocidad de deformación Software de ensayos Sistemas de ensayos

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Objetivo y campos de aplicación de la norma ISO 6892-1

El ensayo de tracción es el más importante a nivel mundial y el ensayo mecánico tecnológico más común que determina, en aplicaciones del metal, las características de resistencia y deformación decisivas para el diseño y la construcción de componentes, objetos, máquinas, vehículos y edificaciones.

El ensayo consiste en determinar los valores característicos de forma segura y reproducible y conseguir la comparabilidad internacional.

El ensayo de tracción uniaxial es el método para determinar valores característicos para ellímite de fluencia o límite elástico, la resistencia a la tracción y el alargamiento de rotura. Además, también se determina el límite inferior de cedencia o fluencia, la extensión del escalón de cedencia y las extensiones bajo fuerza máxima.

Ensayo de tracción metal ISO 6892 - Diferencia por rango de temperatura

En el ensayo de tracción en metales, se diferencia según la norma entre cuatro rangos de temperatura para realizar los ensayos: la temperatura ambiente, alta temperatura, baja temperatura y temperatura de helio líquido. Los distintos rangos de temperatura y el helio líquido imponen unos requisitos totalmente distintos a los sistemas de ensayos y a los métodos de ensayo, incluso a la preparación de las probetas. Por ello, la norma internacional ISO se estructura en cuatro partes distintas, dirigidas a los rangos de temperatura mencionados arriba:

  • ISO 6892-1 Método de ensayo a temperatura ambiente
  • ISO 6892-2 Método de ensayo a alta temperatura
  • ISO 6892-3 Método de ensayo a baja temperatura
  • ISO 6892-4 Método de ensayo en helio líquido

Junto a estas normas ISO de validez internacional, también hay normas nacionales de aplicación internacional, como la americana, ASTM, la europea, EN, la japonesa, JIS, y la china, GB/T. Para campos de aplicación especiales, como p. ej. la Aeronáutica, pueden ser relevantes o necesarias otras normas específicas.

DIN EN ISO 6892-1: Valores característicos relevantes

Para el ensayo de tracción en metal o materiales metálicos, se emplean principalmente las normas DIN EN ISO 6892-1 y ASTM E8. Ambas normas especifican las formas y medidas de probeta y el ensayo. El objetivo de ambas normas es definir y especificar el método de ensayo de manera que, incluso con el uso de sistemas de ensayos distintos, los valores característicos a determinar sean comparables y correctos. Eso significa, también, que los requisitos de las normas se centren en factores de influencia importantes y que formulen los requerimientos de forma generalizada para que quede suficiente margen para la implementación técnica y la innovación.

Valores característicos relevantes del ensayo de tracción en según la norma ISO 6892-1:

  • El límite de fluencia; o límite superior o inferior de cedencia (ReH y ReL)
  • El límite elástico que generalmente se determina a un 0,2 % de la deformación plástica como «límite elástico convencional» (Rp0.2).
  • La extensión del escalón de cedencia; más concretamente, la deformación de fluencia en extensómetro, porque solamente se puede determinar con la ayuda de un extensómetro (Ae)
  • La Resistencia a la tracción (Rm)
  • La extensión plástica (Ag)
  • El alargamiento de rotura (A), en el que las especificaciones de la norma en relación a la longitud de medición son decisivas

La resistencia a tracción con diferente endurecimiento de material

Para los materiales metálicos con un límite de fluencia muy marcado, se define la resistencia a tracción (fuerza máxima de tracción) como la fuerza máxima alcanzada tras el límite superior de cedencia. En el caso de materiales de bajo endurecimiento, la fuerza máxima de tracción tras superar el límite de fluencia también puede estar por debajo del límite de fluencia, es decir, la resistencia a la tracción es, en este caso, inferior al límite de cedencia superior.

En el diagrama de tensión-deformación de la figura se muestra una curva con material de elevado endurecimiento (1) y de endurecimiento muy bajo (2) tras el límite de fluencia.

Para aquellos metales con punto de fluencia y consecuente caída de la tensión, por el contrario, la resistencia a la tracción corresponde a la tensión en el punto de fluencia.

Límite de fluencia (ReH y ReL), límite elástico (Rp y Rt) y resistencia a la fatiga (Rm)

Para la determinación del límite elástico y de la resistencia a la tracción solo es necesaria una medición precisa de la fuerza, mientras que para todos las demás valores característicos se requiere una medición de la deformación (automática) con un extensómetro durante el ensayo, o bien una medición manual de la deformación tras retirar la probeta o restos de probeta.

Alargamiento de rotura A o extensión de rotura At

El alargamiento de rotura A o At es una medida para la ductilidad, es decir, de la fluidez o conformabilidad de un material.

Los modernos algoritmos que analizan la curva de tensión-deformación de forma automática se encargan de establecer el punto de rotura de forma segura y de determinar la extensión de rotura de forma exacta. El lugar de fractura a lo largo de la probeta, más específicamente en la longitud paralela de la probeta, también es muy importante para determinar de forma segura y fiable la extensión de rotura. Si la fractura o falla se encuentra fuera de la longitud de medición, en extensómetros longitudinales táctiles, no se puede determinar correctamente la deformación plástica durante la estricción y la rotura del material. Existen modernos algoritmos de evaluación que hacen una estimación del lugar de la falla o rotura relativa a los puntos de medición del extensómetro y caracterizan un valor no seguro de extensión de rotura.

Con extensómetros ópticos sin contacto, que registran toda la longitud paralela de la probeta, se puede determinar el lugar de rotura. Si el lugar de rotura se encuentra fuera de la longitud inicial original, todavía se podrá determinar según la norma ISO 6892-1:2017 Anexo I la extensión de rotura, si durante el ensayo se han tenido en cuenta y medido muchas marcas de medición. Los modelos laserXtens Array y videoXtens Array pueden hacerse cargo de ello de forma opcional. De este modo, se podrán determinar las extensiones de rotura del 100% de las probetas, de forma automática y segura.

La norma JIS Z 2241 prevé una clasificación del lugar de rotura. Generalmente, se hace manualmente y mediante verificaciones visuales, en algún caso también con medición sin contacto independiente. Ambos métodos requieren personal y tiempo. Con los modernos extensómetros ópticos longitudinales y transversales sin contacto, puede realizar esta tarea de forma automática durante el ensayo de tracción; debe indicar la clase (según el lugar de rotura, A, B o C) para la determinación y trazabilidad en los resultados.

Vídeo: Ejecución del ensayo de tracción en metales ISO 6892-1

Ejecución del ensayo de tracción según la norma ISO 6892-1 método A1 y A2 con máquina de ensayos de tracción y extensómetro makroXtens

Requisitos de ensayo y en los equipos

A la hora de determinar los valores característicos definidos en la norma ISO 6892-1, la medición precisa de la fuerza y la medición de la extensión de la probeta bajo el efecto de la fuerza (medición de la deformación) desempeñan un papel decisivo. Igualmente decisiva es la velocidad de ensayo, que en la norma se especifica en dos procedimientos diferentes. Se distingue entre el método B (mediante el aumento de la tensión) y el método A (mediante la velocidad de deformación). Método A - y aquí el método A1 mediante el control automático de la velocidad de deformación utilizando la señal del extensómetro (control de bucle cerrado «closed loop») es el método más sencillo y preciso. Los equipos de ensayos de ZwickRoell están diseñados y especializados para este fin.

Requisitos para medición de fuerza y medición de la extensión

Los requisitos más relevantes y claramente descriptibles también afectan la medición de fuerza y la medición de la extensión de la probeta bajo el efecto de una fuerza.

  • Para la medición de fuerza, la serie ISO 6892 hace referencia a la norma y calibración ISO 7500-1 del dispositivo de medición de fuerza de máquinas de ensayos de tracción y compresión y exige, como mínimo, la clase 1.
  • Para la medición de la extensión la serie ISO 6892 hace referencia a la calibración ISO 9513 del dispositivos de medición de la extensión para el ensayo con carga uniaxial y exige para la determinación de los límites elásticos, al menos la clase 1; para la medición de otros valores característicos (con deformaciones superiores a 5%), puede emplearse la clase 2.

En las normas para la medición de fuerza y de la extensión longitudinal, se describen los procesos de calibración y, especialmente, los resultados y las definiciones de las clasificaciones. Estas últimas son de vital importancia para la aplicación práctica. A través de dicha clasificación, se pueden deducir las desviaciones y resoluciones máximas permitidas para el sistema de medición calibrado, que se emplearán para la incertidumbre del sistema de medición.

  • La norma ASTM E8 hace referencia a la norma ASTM E 74 para la medición de fuerza,
  • para la medición de la extensión longitudinal, a la ASTM E83.
  • Es cierto que, en algunos casos, los estándares aplicados a nivel internacional son diferentes en su contenido, pero en términos de definición y requisitos, sin embargo, están tan armonizadas, que los valores característicos más relevantes del ensayo de tracción no varían significativamente.

Una excepción a tener en cuenta es la evaluación y, con ello, la clasificación de los extensómetros longitudinales o extensómetros. Mientras que la norma ISO 9513, hace referencia a la desviación del valor nominal a alcanzar, la norma ASTM E83 considera también la relación con la longitud inicial entre puntos. Un extensómetro previsto para longitudes iniciales reducidas deberá cumplir requisitos más estrictos en términos de tecnología medición que los extensómetros para longitudes iniciales más elevadas.

Valores característicos para los que se requiere el uso de un extensómetro de, como mínimo, clase 1 según la norma ISO 9513 durante el ensayo de tracción en metales:

  • Gradiente inicial de la curva de tensión-deformación mE
  • Límites elásticos Rp y Rt

Valores característicos para los que se requiere el uso de un extensómetro de, como mínimo, clase 2 según la norma ISO 9513 durante el ensayo de tracción en metales:

  • Extensión del escalón de cedencia Ae
  • Extensión plástica Ag y extensión total Agt así como
  • La meseta alrededor de la resistencia a la tracción Rm y de la fuerza máxima de tracción Fm
  • Alargamientos de rotura A y At

Influencia de la velocidad de ensayo sobre los límites de fluencia (ReH y ReL) y los límites elásticos (Rp y Rt)

Para determinar correctamente los límites de fluencia (ReH y ReL) así como los límites elásticos (Rp y Rt), además de la precisión de fuerza y en la medición de la medición de la deformación, también son decisivas las velocidades de ensayo. La norma distingue entre dos métodos para el ajuste de la velocidad de ensayo: En el procedimiento B se controla por el aumento de tensión, en el procedimiento A por la velocidad de deformación. El procedimiento A, que tiene en cuenta la velocidad de deformación, se recomienda por las siguientes razones:

  • Los valores característicos de los materiales metálicos se modifican al variar las tasas o velocidades de deformación durante los ensayos.
  • Generalmente, unas tasas o velocidades de deformación mayores significan valores más altos de resistencias.
  • Según la aleación y la calidad del producto fabricado a partir del metal, la dependencia de la tasa o velocidad de deformación puede ser muy significativa, es decir, puede estar fuera de los límites especificados para las calidades correspondientes.
Velocidades de ensayo en la norma ISO 6892-1

 

Método A1:
Control de la velocidad de deformación en circuito de control cerrado "closed loop"
Método A2: Control de la velocidad de deformación en circuito abierto «open loop»
Método B: Velocidad de tensión
Requiere extensómetroRequiere extensómetroNo requiere extensómetro
No es necesario realizar pruebas/ajustes previos (controlador adaptativo)Requiere ensayo previo personalizado y configuración (determinación de la rigidez del sistema de ensayos y de la probeta)Requiere ensayo previo personalizado y configuración (determinación de la rigidez del sistema de ensayos y de la probeta)

El control de la velocidad de deformación «closed loop» es el método más sencillo y preciso

El control de la velocidad de deformación mejora significativamente la fiabilidad de los resultados cuando se determinan los límites de fluencia y límites elásticos. Para ello, la norma ISO 6892-1 ofrece dos métodos para la aplicación del control de la velocidad de deformación:

  • Método A1, un control automático de la velocidad de deformación utilizando la señal del extensómetro («bucle cerrado»).
  • Método A2 , un ajuste manual mediante una velocidad de travesaño predeterminada, a la que se alcanzará la tasa de deformación correcta para determinar el valor característico (circuito de control abierto, "open loop")

Este primer procedimiento utiliza el moderno potencial técnico de los reguladores de accionamiento, preferiblemente un regulador adaptativo, para mantener la velocidad del travesaño dentro de la tasa de deformación definida en la norma de forma automática. Este método requiere un sistema de ensayos equipado con tecnología de control, sin embargo simplificará notablemente el ensayo y evitará errores de ajuste de la velocidad del travesaño. Por ello, recomendamos este método de control.

En testXpert, la velocidad de deformación puede trazarse en cualquier momento. La línea roja (1) muestra la banda de tolerancia de la norma ISO 6892-1 (20% de la velocidad establecida). La línea verde discontinua indica la banda de tolerancia más estrecha del 5%, que es el estándar de los sistemas de ensayos de ZwickRoell para estar en el lado seguro incluso en caso de imprevistos.

Un buen control de la velocidad de deformación se caracteriza por (2) bajas fluctuaciones de entrada y (3) un control estable de la velocidad. Para ello se requiere un controlador adaptativo.

¿Cómo funciona el control de la velocidad de deformación «closed loop» en el sistema de ensayos?

Para el ajuste preciso de la velocidad de deformación, la electrónica testControll II regula la velocidad de la máquina de ensayos directamente a través de los valores medidos del extensómetro. Los parámetros para controlar la máquina de ensayos se calculan automáticamente y se ajustan de forma adaptativa en tiempo real. Este proceso se denomina «bucle cerrado» con control adaptativo y tiene lugar con máquinas de ensayos ZwickRoell con 1kHz. De esta forma, se cumplen de forma fiable los requisitos estándar para el cumplimiento de la velocidad de deformación.

Todo se ejecuta automáticamente,el usuario ahorra mucho tiempo y obtiene resultados fiables con poca dispersión.

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Ensayo según ISO 6892-1 con el software de ensayos testXpert de forma eficiente y fiable

Con testXpert, puede aumentar su eficiencia en los ensayos según la norma ISO 6892-1. Y testXpert le proporcionará resultados de ensayo fiables, la base para tomar decisiones fiables.

  • Todos los métodos de selección del programa de ensayo contienen todos los parámetros de la norma ISO 6892-1 , 100% conformes. En la pantalla, se puede ver la velocidad de deformación real alcanzada dentro de las tolerancias especificadas por la norma.
  • Ahórrese ensayos previos y cálculos manuales de la velocidad de deformación según ISO 6892-1. testXpert se encarga de realizar la configuración automáticamente de todos los parámetros de control. Las posiciones objetivo y los valores de deformación se aproximan con una precisión milimétrica. Los cambios en las propiedades de la probeta se compensan en tiempo real (online).
  • testXpert garantiza resultados de ensayo repetibles mediante unas condiciones de ensayo idénticas a través de una configuración predefinida de la máquina.
  • Para que los resultados de los ensayos sean comparables, se reduce la intervención del operador al mínimo, por ejemplo a través del administrador de usuarios.

Software de ensayos testXpert

Programa de ensayo estándar testXpert para ISO 6892-1

Validación de software TENSTAND

Fiabilidad del 100% en los resultados de ensayo con la validación de conformidad con la norma ISO 6892-1 / TENSTAND

Los resultados de ensayo, determinados por el software de ensayos según la norma ISO 6892-1, se pueden verificar y validar con un set de datos y resultados de ensayos coordinados internacionalmente.En el marco de un proyecto europeo, denominado "TENSTAND", se han generado y cualificado datos brutos procedentes de ensayos en metales.A partir de dichos datos, se han determinado y también cualificado resultados de ensayos y rangos de resultados.Con estos sets de datos y resultados de "TENSTAND" se puede verificar el software de ensayo de forma segura a través de la comparación de los resultados obtenidos.El "National Physical Laboratory" (NPL), instituto nacional de metrología, de Londres tiene todos estos sets de datos y resultados disponibles.

  • El National Physics Laboratory (NPL) es el homólogo del Instituto Federal de Física y Tecnología (PTB) de Alemania y del Centro Español de Metrología (CEM) y del Centro Nacional de Metrología de México (CENAM).Define los estándares nacionales vigentes en el ámbito de la física y la tecnología.
  • Entre sus cometidos está la determinación de constantes fundamentales y naturales, la representación, la preservación y transmisión de las unidades legales del Sistema internacional de Unidades (SI), complementa servicios como el de calibración UKAS (United Kingdom Accreditation Service) para el ámbito regulado por la ley.

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