Métodos de ensayo y definiciones para ensayos mecánicos en acero según ASTM A370
La ASTM A370 es una norma de referencia internacionalmente reconocida y de carácter recopilatorio, que trata de forma general los ensayos mecánicos de productos de acero y se aplica en diversos sectores como el de la construcción, la ingeniería mecánica, la automoción y la aeronáutica. Esta norma garantiza que los productos de acero cumplen los exigentes requisitos de resistencia, ductilidad y seguridad, y constituye una base fiable para la industria, la investigación y el aseguramiento de la calidad.
Para determinar las propiedades del material requeridas de acuerdo con las especificaciones del producto, la norma ASTM A370 describe diversos métodos de ensayo como el ensayo de tracción, el ensayo de flexión , el ensayo de dureza según Brinell, Rockwell y el ensayo de dureza con durómetros portátiles, así como el ensayo de flexión por impacto según Charpy. La norma ASTM A370 se centra principalmente en los ensayos de tracción.
A continuación, explicamos los aspectos clave. No obstante, para realizar ensayos según la norma ASTM A370, es imprescindible adquirir la norma íntegra.
Referencias a norma Ensayo de tracción Ensayo de flexión Ensayo de dureza Ensayo de flexión por impacto Anexos Preguntas frecuentes Proyectos de clientes
Referencias a otras normas en la ASTM A370
La ASTM A370 define los principales métodos de ensayo mecánico para productos de acero y remite a otras normas del catálogo ASTM . Cabe destacar que en el catálogo de normas ASTM, las «normas A», como la ASTM A370, hacen referencia a materiales de hierro y acero («A» de “Ferrous Metals”). En cambio, las «normas E», como la ASTM E8, se refieren generalmente a los métodos y prácticas de ensayo („E“ de “Test Methods and Practices”).
Entre las diferencias entre la ASTM A370 y otras normas ASTM específicas destacan, entre otras, las geometrías de las probetas.
Además de las normas ASTM pertinentes, la siguiente tabla también incluye las normas ISO, que pueden ser relevantes en combinación con la ASTM A370.
| Métodos de ensayo en ASTM A370 | Referencia a la norma ASTM | Equivalente en la norma ISO |
|---|---|---|
| Ensayo de tracción a temperatura ambiente | ||
| Ensayo de flexión | ASTM E290 ASTM E190 | |
Dureza Rockwell Dureza Brinell Dureza Vickers | ||
| Ensayo de flexión por impacto Charpy |
Ensayo de tracción según ASTM A370
El ensayo de tracción es un método fundamental para determinar las propiedades mecánicas del acero y de otros materiales. Durante el ensayo, se somete una probeta normalizada a una carga de tracción creciente hasta su rotura.
En el ensayo de tracción conforme a ASTM A370, se determinan principalmente las siguientes propiedades del material:
- Módulo de elasticidad E: Grado de resistencia de un material a la deformación elástica
- Límite elástico Re o convencional Rp0,2: Deformación plástica permanente o plastificación.
- Resistencia a la tracción Rm: Máximo esfuerzo de tracción mecánica al que puede someterse a carga el material. Además, el punto de fuerza máxima.
Los principales valores característicos que se determinan en el ensayo son el límite elástico, la resistencia a tracción y el alargamiento a rotura. Estos parámetros permiten evaluar el comportamiento del material bajo carga y son decisivos para la selección de materiales en sectores como la automoción, la ingeniería mecánica o la industria aeroespacial.
La realización del ensayo de tracción a temperatura ambiente se basa en normas reconocidas internacionalmente como la ASTM E8 o la ISO 6892-1. Durante el ensayo, la probeta se somete a una solicitación cuasiestática de tracción, mientras se miden de forma continua la fuerza aplicada y la deformación. El límite elástico señala el punto en que comienza la deformación plástica del material, la resistencia a tracción indica la máxima carga que este puede soportar. El alargamiento en rotura describe la capacidad del material de deformarse plásticamente antes de romperse.
Además de estas propiedades a temperatura ambiente, el ensayo de tracción puede realizarse en variantes específicas, por ejemplo a temperaturas elevadas, como establece la ASTM E21 o la ISO 6892-2, para evaluar el comportamiento del material en condiciones de servicio particulares. Estos ensayos son esenciales para la garantía de calidad de productos de acero y ayudan a verificar la idoneidad del material para distintas aplicaciones industriales.
Las máquinas de ensayos de ZwickRoell utilizan sistemas de carga electromecánicos que permiten un control preciso de la velocidad de ensayo.
Probetas y dimensiones para el ensayo de tracción según ASTM A370
Para el ensayo de tracción, la norma ASTM A370 establece el uso de probetas planas o redondas. A continuación, una comparación de las dimensiones de probeta con la norma ASTM E8. La siguiente tabla muestra las dimensiones normalizadas de las probetas planas según ASTM A370. La norma describe tres tipos de probetas distintos, que se diferencian principalmente por el espesor de la chapa. Se trata de las probetas de tracción planas («Sheet Type»), las probetas de chapa («Plate Type»), por ejemplo de chapa gruesa, y las probetas de tamaño reducido («Subsize Specimen»).
Se puede observar que, en comparación con la ASTM E8, solo presentan una ligera diferencia las probetas de tamaño reducido en el ancho cuando se utilizan unidades del sistema métrico. La ASTM E8 incluye además otras geometrías de probeta con diferentes longitudes de medición que no se contemplan en la ASTM A370.
En general, podemos deducir que la geometría de las probetas planas y redondas para ensayo de tracción es muy similar entre la ASTM A370 y la ASTM E8 (M). No obstante, existen diferencias sutiles –especialmente en el sistema métrico– que deben tenerse en cuenta al aplicar estas normas.
Probetas planas
| Categoría | Espesor de la chapa | Tipo de medición | ASTM A370 | ASTM E8 |
|---|---|---|---|---|
| Probeta de tracción plana «Sheet Type» | 1 pulg. (máx. 25 mm) | Longitud de medición (G) | 2,0 pulg. (50 mm) | 2,0 pulg. (50 mm) |
| Ancho (W) | 0,5 pulg. (12,5 mm) | 0,5 pulg. (12,5 mm) | ||
| Probeta de chapa gruesa «Plate Type I» | 3⁄16 pulg. (mín. 5 mm) | Longitud de medición (G) | 8,0 pulg. (200 mm) | 8,0 pulg. (200 mm) |
| Ancho (W) | 1,5 pulg. (40 mm) | 1,5 pulg. (40 mm) | ||
| Probeta de chapa gruesa «Plate Type II» | 3⁄16 pulg. (mín. 5 mm) | Longitud de medición (G) | 2,0 pulg. (50 mm) | 2,0 pulg. (50 mm) |
| Ancho (W) | 1,5 pulg. (40 mm) | 1,5 pulg. (40 mm) | ||
| Probeta de tamaño reducido «Subsize Specimen» | 1⁄4 pulg. (máx. 6 mm) | Longitud de medición (G) | 1,0 pulg. (25 mm) | 1,0 pulg. (25 mm) |
| Ancho (W) | 0,25 pulg. (6,25 mm) | 0,25 pulg. (6,0 mm) |
Probetas redondas
La ASTM A370 también especifica geometrías normalizadas para las probetas redondas: La siguiente tabla muestra las dimensiones estandarizadas para probetas redondas según ASTM A370. Según la norma, se describen varios tipos de probetas, que se diferencian en su radio o diámetro. También varía la longitud paralela («Length of reduced section»). Las diferencias exactas pueden consultarse en la tabla siguiente. En comparación con la ASTM E8, las diferencias más notables se encuentran principalmente en la conversión al sistema métrico, y también en la longitud de medición. Los casos más afectados son la probeta estándar 2 (Standard Specimen 2) y la probeta de tamaño reducido 1 (Small-size Specimen 1).
| Categoría | Tipo de medición | ASTM A370 (in) | ASTM A370 (mm) | ASTM E8 (mm) |
|---|---|---|---|---|
| Probeta estándar «Standard Specimen 1» | Longitud de medición G | 2,0 | 50,0 | 50,0 |
| Radio de transición R (fillet radius) | 3/8 | 10,0 | 10,0 | |
| Longitud paralela A (reduced section length) | 2.25 | 60,0 | 56,0 | |
| Probeta estándar «Standard Specimen 2» | Longitud de medición G | 1,4 | 35,0 | 36,0 |
| Radio de transición R (fillet radius) | 0,25 | 6,0 | 8,0 | |
| Longitud paralela A (reduced section length) | 1,75 | 45,0 | 45,0 | |
| Probeta de tamaño reducido «Small-size Specimen 1» | Longitud de medición G | 1,0 | 25,0 | 24,0 |
| Radio de transición R (fillet radius) | 3/16 | 5,0 | 6,0 | |
| Longitud paralela A (reduced section length) | 1.25 | 32,0 | 30,0 | |
| Probeta de tamaño reducido «Small-size Specimen 2» | Longitud de medición G | 0,64 | 16,0 | 16,0 |
| Radio de transición R (fillet radius) | 5/32 | 4,0 | 4,0 | |
| Longitud paralela A (reduced section length) | 0,75 | 20,0 | 20,0 |
Mordazas y extensómetros para ensayos de tracción según ASTM A370
Para realizar ensayos de tracción conforme a ASTM, es fundamental contar con una medición precisa y una fijación estable de las probetas. Nuestras probetas especialmente desarrolladas garantizan una sujeción segura y fiable de las probetas de acero, lo que permite reproducir condiciones realistas de ensayo. Esto asegura que la probeta permanezca estable durante todo el ensayo, sin que sus propiedades mecánicas se vean alteradas.
Además, nuestros extensómetros de alta precisión permiten una medición exacta de la deformación, y permiten determinar valores clave como el límite elástico, el módulo de elasticidad y el alargamiento en rotura. Especialmente los extensómetros sin contacto detectan incluso las deformaciones más pequeñas con la máxima precisión.
Gracias a nuestras soluciones innovadoras, garantizamos que sus ensayos cumplan con los estándares más exigentes, y proporcionen resultados precisos y reproducibles. Esto contribuye de manera decisiva a la garantía de calidad y a una evaluación fundamentada de las propiedades del material en productos de acero.
Ensayo de flexión según ASTM A370
El ensayo de flexión es un método consolidado para evaluar la ductilidad del acero y otros metales. Durante el ensayo, la probeta se dobla hasta un ángulo definido alrededor de un diámetro interno específico. El ensayo depende de factores como el ángulo de flexión, la sección transversal, la composición química, la resistencia a tracción y la dureza del acero.
Los métodos de ensayo se basan en las normas ASTM E190 y ASTM E290. El ensayo suele realizarse a temperatura ambiente, y la velocidad de flexión, si es lo suficientemente lenta (cuasiestática), no influye significativamente.
Otras normas aplicables al ensayo de flexión son la ISO 7438 y la ISO 8491.
Gracias a las máquinas de ensayos de última generación de ZwickRoell y a un riguroso control de calidad, garantizamos unos resultados fiables y de conformidad con las normas para sus productos de acero.
Ensayo de dureza según ASTM A370
El ensayo de dureza mide, en general, la resistencia de los materiales frente a la penetración de un cuerpo geométrico, y se utiliza como un método rápido y sencillo para estimar la resistencia de un material. Además, la dureza se utiliza como aproximación a la resistencia a tracción, ya que entre ambas propiedades existe una correlación. Esta relación está muy bien estudiada en el caso del acero y permite estimar la resistencia a la tracción si no se puede realizar un ensayo de tracción directo. La norma ASTM A370 hace referencia específicamente al ensayo de dureza en acero.
En función de los requisitos específicos, la norma ASTM A370 contempla distintos métodos para calcular la dureza:
- Rockwell (según ASTM E18): Ideal para aceros templados, con medición relativamente rápida
- Brinell (según ASTM E10): Adecuado para metales blandos a medianamente duros, genera huellas más grandes
- Durómetros portátiles: Flexibles, especialmente útiles para piezas grandes o inmóviles
Los resultados obtenidos pueden convertirse a otras escalas de dureza o incluso a valores de resistencia, mediante tablas de conversión. En la documentación, debe indicarse siempre el valor de dureza medido junto con la escala utilizada, por ejemplo: 353 HBW o 38 HRC.
Los equipos de dureza de alta precisión de ZwickRoell garantizan mediciones fiables y conforme a norma en diversos productos de acero.
Ensayo de impacto Charpy según ASTM A370
El ensayo de flexión por impacto Charpy (también según ASTM E23 es un ensayo dinámico que permite determinar la ductilidad de un material bajo carga de impacto. Durante el ensayo, se somete una probeta entallada a un impacto en un péndulo de impacto. Los parámetros obtenidos incluyen, entre otros:
- La energía absorbida por la probeta,como medida de la resistencia del material frente a cargas bruscas, y para clasificar su comportamiento como frágil o dúctil
- Porcentaje de rotura por cizallamiento: para evaluar el tipo de fractura (frágil o dúctil)
- La expansión lateral en la zona entallada, como medida de la capacidad de deformación del material
El ensayo de impacto Charpy está ampliamente descrito también en la ISO 148-1.
El ensayo Izod, también descrito en la ASTM E23, se menciona brevemente en la ASTM A370, pero no se trata en detalle. No hay una explicación detallada sobre el método de ensayo, ni la aplicación o los requisitos específicos que deben observarse.
Anexo 1: Productos de sección circular (“Steel Bar Products”)
La calidad de barras y varillas se garantiza mediante métodos específicos que van más allá de las especificaciones generales. En barras de acero con diámetro inferior a 13 mm, no es necesario realizar ensayos de tracción, pero pueden hacerse si es necesario. Los ensayos de flexión varían en función del proceso de fabricación (laminado en caliente o acabado en frío). Para ensayos de dureza, puede ser necesario eliminar una capa superficial del material para garantizar resultados precisos. Estos ensayos garantizan que las barras de acero cumplen con los requisitos mecánicos exigidos y que su calidad se verifica de forma fiable.
Anexo 2: Productos tubulares de acero (“Steel Tubular Products”)
El ensayo de tubos de acero abarca distintas formas de sección: redonda, cuadrada, rectangular y perfiles especiales. Los ensayos de tracción pueden realizarse sobre: secciones completas del tubo,probetas extraídas longitudinalmente o anillos cortados de la pared del tubo (ensayo de tracción en anillo). Las probetas pueden someterse a carga axial o radial, evaluando así propiedades como resistencia a tracción, límite elástico y alargamiento en rotura.
Los ensayos de dureza se realizan en el interior o el exterior de los tubos, así como en la sección transversal. En tubos de pared delgada se utilizan fuerzas reducidas para evitar deformaciones. Para determinar la ductilidad se realizan ensayos adicionales, como el ensayo de compresión en anillo (ensayo de aplastamiento), el ensayo de compresión en plano, el ensayo de compresión en plano inverso, el ensayo de compresión , el ensayo de doblado de collarín, el ensayo de abocardado y el ensayo de aplastamiento de tubos, que simulan diversos escenarios de carga. Adicionalmente, se utiliza el ensayo hidráulico de expansión del anillo para determinar el límite de expansión transversal y verificar el cumplimiento de las exigencias mecánicas del tubo.
Anexo 3: Elementos de fijación de acero («Steel Fasteners»)
Para el ensayo de elementos de fijación, como pernos, tornillos y tuercas, se realizan ensayos de tracción que verifican la carga mínima de rotura y la carga de ensayo. Los pernos pueden acortarse a una longitud estándar si es necesario para el ensayo. Los ensayos de dureza se realizan mediante métodos Brinell o Rockwell, según el tamaño y especificaciones del elemento. En tuercas grandes, se lleva a cabo un ensayo de dureza en la sección transversal para asegurar la resistencia de elementos de fijación incluso bajo cargas extremas y su cumplimiento normativo.
Anexo 4: Productos de alambre de acero («Steel Round Wire Products»)
En el caso de los alambres de acero, se incluyen ensayos de tracción, con el uso de mordazas tipo cuña o de rodillo, para asegurar una correcta alineación. El diámetro del alambre se mide en el punto de rotura con una precisión de 0,025 mm. La deformación se evalúa midiendo la distancia entre los puntos de rotura. Para diámetros a partir de 2,5 mm, se realiza adicionalmente un ensayo de dureza. Ensayos de ductilidad como el ensayo de enrollamiento o espiral ayudan a detectar defectos del material y a garantizar su fiabilidad bajo carga.
Anexo 5: Ensayos de flexión por impacto
Los ensayos de flexión por impacto Charpy e Izod permiten analizar el comportamiento de los metales bajo impacto, evaluando su fragilidad o ductilidad ante cargas dinámicas. Estos ensayos proporcionan valores cuantitativos que permiten comparar materiales y procesos de fabricación. Sirven para determinar la temperatura de transición del material de dúctil a frágil, información clave para seleccionar materiales en aplicaciones específicas. En aceros de alta resistencia, es crucial ajustar correctamente las condiciones de ensayo, ya que influyen considerablemente en el resultado. A pesar de sus limitaciones, estos ensayos son herramientas importante para la selección de materiales y el control de calidad.
SOBRE EL AUTOR:
Dr. Harald Schmid
Global Industry Manager (Metal) | ZwickRoell GmbH & Co. KG
Como Global Industry Manager, es responsable de la estrategia del sector metalúrgico, centrado en el análisis del mercado, el desarrollo continuo de soluciones para el ensayo de metales y el apoyo comercial a escala internacional.
Posee una dilatada experiencia en la normalización y participa activamente en varios comités, entre ellos el comité internacional ISO «ISO/TC 164 Mechanical Testing of Metals» así como en grupos de normalización DIN, como NA 062-01-42 AA «Ensayos de tracción y ductilidad de metales» y NA 062-01-47 AA «Ensayos de resistencia al impacto de metales y ensayos mecánicos y tecnológicos de tubos metálicos».
Su trayectoria académica comenzó con una licenciatura en Ingeniería Mecánica (B.Sc. y M.Sc.) en el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT). Tras realizar estancias internacionales en ingeniería mecánica, trabajó como investigador en la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Nuremberg, centrándose en la caracterización de materiales y el conformado de chapa metálica. Dedicó su tesis doctoral al tema de los procesos de embutición profunda con nervaduras de embutición.
Preguntas frecuentes sobre la ASTM A370
La ASTM A370 describe métodos de ensayo normalizados para la caracterización mecánica de productos de acero, incluyendo ensayos de tracción, flexión, dureza y de flexión por impacto para determinar sus propiedades mecánicas. Esta norma garantiza que los productos de acero cumplen los exigentes requisitos de resistencia, ductilidad y seguridad, y constituye una base fiable para la industria, la investigación y el aseguramiento de la calidad.
La ASTM A370 abarca diversos métodos de ensayo mecánicos para productos de acero, entre ellos ensayos de tracción, flexión, dureza y de flexión por impacto para determinar sus propiedades mecánicas. En cambio, la ASTM E8 se centra exclusivamente en el ensayo de tracción de materiales metálicos, definiendo las condiciones de ensayo, las geometrías de las probetas y los métodos de evaluación para determinar la resistencia a tracción y el límite elástico.