ASTM E345 y DIN 50154: Ensayo de tracción en láminas metálicas

Originalmente, la norma DIN 50154 se desarrolló para láminas de aluminio en la industria del embalaje. Este sector sigue siendo uno de los principales ámbitos de aplicación, ya que las láminas de embalaje deben cumplir estrictos requisitos de calidad constante, elevada ductilidad y estabilidad mecánica.
Actualmente, sin embargo, la norma tiene , junto con la ASTM E345, un campo de aplicación mucho más amplio: todo tipo de láminas técnicas de metales que van desde aluminio y cobre hasta titanio y litio metálico. De este modo, el ensayo de tracción conforme a estas normas no solo es relevante en aplicaciones clásicas, sino que se ha consolidado también en tecnologías clave como la electromovilidad y el hidrógeno:

• Industria del embalaje: Láminas de aluminio para embalajes de alimentos y productos farmacéuticos
• Investigación y producción de baterías: En las baterías de iones de litio se utilizan láminas metálicas muy delgadas: láminas de cobre en la cara del ánodo (aprox. 4,5–12 µm) y láminas de aluminio en la cara del cátodo (aprox. 8–20 µm). Estas sirven como colectores de corriente y sustrato para las capas activas en baterías de ion de litio. El ensayo de tracción garantiza que los materiales soportan las cargas durante el proceso de producción y toda la vida útil de la batería. Incluso los electrodos recubiertos pueden ensayarse conforme a norma.
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• Tecnología del hidrógeno y de energías verdes: Láminas de titanio se emplean en placas bipolares para pilas de combustible, donde la resistencia a tracción determina la vida útil y la seguridad de los componentes.
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• Ensayos automoción: Ensayo de láminas en radiadores de vehículos, donde las láminas y bandas metálicas deben resistir cargas mecánicas de forma fiable.

A nivel europeo, se está trabajando actualmente para seguir desarrollando la normalización (CEN, EN) con el fin de adaptar mejor los métodos de ensayo a nuevos materiales y aplicaciones. Gracias a la participación activa en el desarrollo de normas, especialmente para los materiales de baterías en el ensayo de baterías, garantizamos que los métodos de ensayo de ZwickRoell sigan cumpliendo todos los requisitos en un futuro.

Las láminas metálicas delgadas son sensibles e imponen requisitos especiales al sistema de ensayos. Desde la preparación de las probetas hasta la sujeción y el ensayo propiamente dicho:

• Máquina de ensayos: Debido a las bajas fuerzas implicadas en el ensayo de láminas, se recomienda la máquina universal de una columna zwickiLine con fuerzas de ensayo hasta 1 kN. Gracias a la calibración de alta precisión de nuestras células de carga, también se pueden utilizar máquinas de ensayos con capacidades de carga más elevadas, siempre que cumplan plenamente con las normas ISO 7500-1 y ASTM E4 (clase 1 o superior).
• Preparación de la probeta: Las láminas metálicas finas son extremadamente sensibles a pliegues, muescas y abolladuras. Para evitar muescas y obtener un corte limpio y reproducible, ZwickRoell recomienda el uso de la cortadora de tiras para láminas, que garantiza dimensiones precisas con un solo corte.
• Manipulación y colocación de la probeta: Para evitar daños y garantizar una alineación vertical, especialmente en probetas de menos de 0,1 mm de espesor, el dispositivo Easy Insertion Tool ayuda al usuario a introducir la probeta sin tensiones. Una placa de alineación garantiza la posición correcta antes de insertar la probeta en la mordaza mediante una guía.
• Sujeción de probetas y transmisión de fuerza: Se puede conseguir una sujeción segura sin dañar ni deslizar la lámina, por ejemplo, con mordazas neumáticas y mandíbulas con recubrimiento de goma, que garantizan una presión constante. ZwickRoell ofrece una amplia gama de mordazas y mandíbulas para adaptar el sistema de ensayos a cada aplicación.
  El control automático de puesta a cero de fuerza a través del software testXpert protege adicionalmente la probeta de una precarga no deseada durante la sujeción. El deslizamiento o la deformación plástica de la probeta en las mandíbulas provocarían la medición de valores erróneos de alargamiento en rotura.
• Medición de deformación: Si además de la resistencia a tracción R_m y el alargamiento en rotura A₅₀ o A₁₀₀ también se desea determinar el límite elástico Rp_p0,2, es necesaria la medición de la deformación mediante extensómetro. Para obtener resultados de alta precisión y medir con fiabilidad el módulo de elasticidad, se recomienda el videoextensómetro videoXtens biax, que funciona sin contacto y no requiere el marcado en la probeta. Además del tiempo que se ahorra al eliminar el marcado de probetas, los extensómetros sin contacto ofrecen claras ventajas frente a los extensómetros de medición por contacto o con brazos sensores, ya que se evitan posibles daños en las probetas delgadas causados por las cuchillas, así como la influencia de la fuerza de arrastre sobre los resultados del ensayo.
• Realización del ensayo: Las normas ASTM E345 y DIN 50154 se derivaron de la normalización para ensayos de tracción en metales como la ASTM E8 y la ISO 6892-1 y se adaptaron al ensayo de láminas delgadas, por lo que, en lo que respecta a la ejecución, los parámetros y los valores característicos de los ensayos, se remiten en gran parte a estas normas.
• Registro de datos y evaluación: El software de ensayo testXpert guía al usuario, siguiendo la norma durante todo el proceso. Los programas de ensayo estándar incluyen los requisitos definidos en las normas ASTM E345 y DIN 50154. Además, con el videoXtens se puede realizar un análisis DIC 2D: Se pueden establecer longitudes de medición virtuales, verificar la calidad de la alineación y cuantificar las heterogeneidades, sin necesidad de hardware adicional.