ENSAYO DE TENSIÓN DE BARRAS Y ALAMBRES DE ACERO I.N.V. E

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1 ENSAYO DE TENSIÓN DE BARRAS Y ALAMBRES DE ACERO I.N.V. E OBJETO 1.1 Esta nrma describe el prcedimient que debe seguirse para la determinación de la resistencia a la tensión de barras y alambres de acer. 1.2 El ensay de tensión cnsiste en smeter un espécimen prismátic a fuerzas de tracción capaces de llevarl a la rtura cn el fin de determinar algunas prpiedades mecánicas del espécimen. 1.3 Ls valres establecids en unidades SI deben ser cnsiderads cm la nrma. 1.4 Esta nrma n pretende dar directrices sbre aspects de seguridad asciads cn su us. Es respnsabilidad de quien la emplee, establecer las medidas de seguridad y salubridad aprpiadas y determinar la aplicación de las limitacines regulatrias antes de su emple. 2. DEFINICIONES 2.1 Lngitud entre marcas Es la lngitud de la parte cilíndrica de la muestra en cualquier mment del ensay, sbre la cual se mide el alargamient. Se deben distinguir las siguientes lngitudes: a) Lngitud inicial entre marcas (L ) Distancia entre marcas antes de la aplicación de la carga. b) Lngitud final entre marcas (L u ) Distancia entre marcas después de la rtura, al juntar y ajustar cuidadsamente ls ds fragments de manera que el un sea la cntinuación del tr. 2.2 Prcentaje de alargamient permanente Es la variación de la lngitud entre marcas de la muestra de ensay, cuand se smete a un prces de carga y descarga durante el cual se alcanza un esfuerz prescrit de tracción. Esta variación se expresa en prcentaje de la lngitud inicial entre marcas. El símbl de este alargamient se cmplementa cn un subíndice que indica el esfuerz prescrit. 2.3 Prcentaje de alargamient después de la rtura (A) Es el alargamient permanente (L u - L ) de la lngitud entre marcas después de la rtura, expresad cm prcentaje de la lngitud inicial entre marcas, L. (Ver Figura 1). 2.4 Prcentaje de reducción del área pr cnstricción (Z) Es la máxima disminución del área de la sección transversal, que se prduce durante el

2 ensay (S - S u ), expresada cm prcentaje del área de la sección transversal inicial, S. 2.5 Carga máxima (F m ) Es la mayr carga sprtada pr el element durante el ensay. 2.6 Carga final última (F u ) Es la carga que sprta la prbeta en el mment de la rtura. 2.7 Carga en el límite de fluencia (F f ) Es la carga para la cual se prduce un alargamient en la prbeta, sin que se presente variación de la carga. 2.8 Esfuerz de tracción (T) Es el cciente, en cualquier instante del ensay, entre la carga y el área de la sección transversal inicial de la muestra. 2.9 Esfuerz máxim de tracción (T m ) Es el cciente entre la carga máxima y el área de la sección transversal inicial de la muestra Límite de fluencia (T f ) Si durante el ensay se bserva una caída estabilización de la carga, el esfuerz crrespndiente al valr más alt de dicha carga, se denmina "límite superir de fluencia" y el esfuerz crrespndiente a la mayr carga subsiguiente bservada se denmina "límite inferir de fluencia" Límite de elasticidad cnvenci nal (T e ) Esfuerz al cual crrespnde el alargamient permanente prescrit, expresad en prcentaje de la lngitud entre marcas. (Ver Figura 1) Símbls y terminlgía En la Tabla 1 se incluyen ls símbls y terminlgía aplicables. 3. EQUIPOS 3.1 Siste ma de carga Existen ds tips generales de sistemas de carga: el mecánic (cn trnill) y el hidráulic. Ests difieren principalmente en la variabilidad de la relación de aplicación de carga-cabeza transversal. Las máquinas mdernas tant de trnill cm hidráulicas permiten una variación ilimitada a l larg del rang de velcidades. 3.2 Máquina de Ensay La máquina para el ensay de tensión debe mantenerse en excelentes cndicines de peración y utilizarse slamente en el rang de carga aprpiad. Debe, además, calibrarse periódicamente para asegurar en td mment la exactitud especificada, cn un errr máxim permisible del 1% de la carga indicada en la máquina. E 501-2

3 Tabla 1. Símbls y terminlgías Símbl Designación Unidad d Diámetr de la sección de barra mm a Espesr de la prbeta mm b Anch de la prbeta mm L Lngitud inicial entre marcas mm L c Lngitud de la parte paralela calibrada de la prbeta mm Lt Lngitud ttal de la prbeta mm L u Lngitud final entre marcas mm S Área de la sección transversal de la parte calibrada de la mm² prbeta Su Área de la sección transversal mínima después de la rtura mm² F f Carga en el límite de fluencia kgf F u Carga final carga en el mment de la rtura. kgf F m Carga máxima kgf T m Esfuerz máxim de tracción kgf/mm² T f Límite de fluencia kgf/mm² T e Límite de elasticidad cnvencinal kgf/mm² Lu -L Alargamient permanente después de la rtura mm Prcentaje de a largamient después de la rtura A Z L u L L 100 Prcentaje de reducción del área pr cnstricción S S S u 100 % % Las máquinas que vienen equipadas cn registradres gráfics de esfuerzdefrmación, tienen un cmpnente medidr de carga, el cual debe ser calibrad separadamente del calibradr de la máquina de ensay. 3.3 Sistema de agarre del espécimen La función del element de sprte de agarre de la máquina de ensay, es transmitir la carga de las cabezas de la máquina, al espécimen que se está ensayand. El requerimient esencial, es que la carga sea transmitida axialmente. Est implica que ls centrs de acción de las abrazaderas estén alineads cn el eje del espécimen durante td el ensay de manera que sean minimizads ls dblamients girs en el element. El agarre del espécimen se restringirá a la lngitud entre mrdazas. 3.4 Velcidad del ensay La velcidad del ensay n debe ser mayr de aquélla a la cual las lecturas de carga y defrmación puedan realizarse cn exactitud. En ls ensays de prducción, la velcidad de ensay cmúnmente se expresa cm: (1) En términs de velcidad libre de recrrid de la cabeza transversal (rata de mvimient de la cabeza de la máquina de ensay, cuand n está baj carga); (2) En términs de la rata de separación de las ds cabezas de la máquina de ensay baj carga; (3) en términs de la rata de esfuerz del espécimen. La velcidad del ensay se puede también expresar en términs de E 501-3

4 la rata de defrmación del espécimen. Sin embarg, n es práctic cntrlar la rata de defrmación en las máquinas que actualmente se utilizan. Las siguientes limitacines de la velcidad del ensay sn las más adecuadas para la mayría de ls prducts de acer: a) Cualquier velcidad de ensay se puede usar hasta la mitad del límite elástic de resistencia a la defr mación. Cuand se alcance este punt, la rata de separación de las cabezas baj carga se debe ajustar, para que n exceda de 1.6 mm pr minut para 25.4 mm de lngitud entre marcas, la distancia entre las abrazaderas de ls especímenes de ensay que n tengan sección reducida. Esta velcidad se debe mantener hasta el límite elástic de resistencia a la defrmación. En la determinación de la resistencia a la tensión, la rata de separación en las cabezas baj carga, n debe exceder de 12.7 mm pr minut para 25.4 mm de lngitud entre marcas. En ningún cas, la velcidad del ensay será menr a 1/10 de la rata máxima especificada para determinar el límite elástic la resistencia a la defrmación y la resistencia a la tracción. b) Se permite fijar la velcidad de la máquina de ensay, ajustand la velcidad libre de las cabezas a ls valres antes especificads, ya que la rata de separación de las cabezas baj carga en estas clcacines de la máquina, es menr que ls valres especificads de velcidad de mvimient libre de las cabezas. c) Cm alternativa, si la máquina está equipada cn un element que indica la rata de carga, la velcidad de la máquina entre el valr medi y el valr máxim del límite elástic resistencia a la defrmación, se puede ajustar para que la rata de esfuerz n exceda de 690 MPa/min ( psi/min). Sin embarg la rata mínima de esfuerz n debe ser menr de 70 MPa/min ( psi/min). 4. MUESTREO 4.1 Zna calibrada a) La sección de la prbeta debe ser preferiblemente circular. b) El diámetr de la prbeta es el diámetr de la sección circular medid en la zna calibrada. c) Las prbetas extraídas de cuerps cilíndrics n se deben enderezar a glpes pr calentamient. E 501-4

5 Figura 1. Diagrama esfuerz-defrmación. E 501-5

6 Figura 2. Área de la sección transversal de la parte calibrada para diferentes tips de prbetas. d) Las prbetas de alambre se deben enderezar a man. Si est n fuere psible, se hará mediante un martill de madera de material similar a la prbeta, siempre y cuand se clque el alambre sbre una superficie plana de madera de un material similar al alambre. e) La lngitud de la parte calibrada (L c ), será igual a L + 2d. Si n es psible btener esta lngitud, se pueden usar tras siempre que ella s n sean inferires a L + d/2. f) Las prbetas de alambre se marcarán a través de la lngitud entre mrdazas, dejand sin marcar, a partir de cada mrdaza, una distancia pr l mens igual a 2d (d = diámetr del alambre), cn marcas a intervals iguales a la mitad de la lngitud de calibración cn una aprximación de 1%. g) Las marcas que se hagan en la muestra para la determinación del alargamient deben ser superficiales. E 501-6

7 4.2 Cabezas de la muestra La parte calibrada se debe unir cn una superficie curva suave y cntinua a las cabezas de la muestra, para permitir una distribución unifrme de tensines. Las cabezas tendrán frma adaptable a ls dispsitivs de fijación de la máquina de ensay. 4.3 Lngitud inicial entre marcas a) Prbeta prprcinal nrmal Es una prbeta para la cual la relación L / (S ) 1/2 es igual a b) Prbetas nrmales En muchs cass se emplean prbetas prprcinales para las cuales la relación L /(S ) 1/2 es diferente de 5.65 (tales cm 4, 8, 16 y 11.3) prbetas cn lngitud inicial entre marcas independientes de la sección. 4.4 Tlerancias de maquinad y frma Las tlerancias admisibles en la preparación de las prbetas estarán indicadas en las figuras y tablas que aparecen a cntinuación. Varillas (ver la Figura 3). Alambres (ver la Figura 4). Prbeta nrmal Prbetas pequeñas prprcinales a la nrmal L 50 ± ± ± 0.2 b 12 ± ± ± 0.4 L c Mín 57 Mín 45 Mín 32 D 20;2.5 (3/4,10)* 12;1.75 (1/2,13)* 10;1.5 (3/8,16)* R Min 10 Min 10 Min 7 * Las cantidades fuera del paréntesis indican el diámetr y el pas de la.rsca en unidades métricas (mm). Las cantidades dentr del paréntesis indican el diámetr y el númer de hils de rsca en magnitudes inglesas. Figura 3. Dimensines de las muestras para el ensay de varillas E 501-7

8 Figura 4. Muestras de alambre y trnes para el ensay de tensión a) La muestra será un trz de alambre de sección riginal, cn una lngitud tal, que la distancia entre las mrdazas de la máquina n sea menr de 150 mm. b) Cuand se usan muestras diferentes a las prbetas prprcinales (L =11.3(S ) 1/2 ), la lngitud de calibración será igual a 100 mm. Sin embarg, para acers que tengan pequeñs alargamients (menres de 5%) se puede emplear una lngitud de calibración de 200 mm. 4.5 Ensay sin elabración de muestra El ensay de tracción se pdrá realizar sin elabración de muestras en ls siguientes cass: a) Pr especificación. b) Para prducts de sección circular plignal cuand el diámetr (del círcul circunscrit en el segund cas) es inferir a 10 mm. 4.6 Selección La selección de las muestras se hará de acuerd cn las especificacines crrespndientes de cada material. 4.7 Tamañs y tlerancias Ls especímenes de ensay deben tener un espesr cmplet, pueden ser maquinads para btener la frma y dimensines que se muestran en las Figuras 3 y 4. La selección del tamañ y tip del espécimen la señalan las especificacines aplicables del prduct ensayad. Ls especímenes de sección cmpleta se deben ensayar en una máquina de 200 mm (8") de lngitud, a mens que se especifique alg diferente. 4.8 Obtención de ls especímenes de ensay Ls especímenes se deben crtar cn segueta, trepanarse crtarse cn xígen directamente de la prción del E 501-8

9 material. Generalmente se maquinan para tener una sección transversal reducida en la mitad de la lngitud, btener una distribución de ls esfuerzs sbre la sección transversal y lcalizar la zna de fractura. Cuand se hayan btenid las muestras para el ensay se debe tener cuidad de remver pr medi de maquinad tda distrsión, áreas afectadas pr el trabaj en frí pr el calr de ls brdes de la sección usada en el ensay de evaluación. 4.9 Añejamient de ls especímenes de ensay A mens que se especifique l cntrari, se permite el añejamient de ls especímenes para el ensay de tensión. El cicl tiemp-temperatura emplead debe ser tal que ls efects de ls prcess previs n se cambien materialmente. Est se puede lgrar pr un añejamient a temperatura ambiente durante 24 a 48 hras, durante un tiemp más crt a una temperatura mderadamente elevada mediante ebullición en agua, calentamient en aceite dentr de un hrn Medida de las dimensines de ls especímenes de ensay Para la determinación del área de la sección transversal en especímenes circulares, nrmalizads para el ensay a tensión cm se muestra en la Figura 3, el diámetr se debe medir en el centr de la lngitud de la muestra cn una precisión de mm (0.001") Generalidades El ensay de ls especímenes se debe realizar en la frma señalada en las especificacines del prduct que está siend ensayad. Especímenes preparads en frma inaprpiada frecuentemente causan resultads insatisfactris. Es imprtante, pr l tant, tener extrem cuidad en la preparación de ls especímenes, particularmente en el maquinad. Es deseable que el área de la sección transversal del espécimen sea más pequeña en el centr de éste para asegurar la fractura en dich sectr Especimenes rednds Se usan, generalmente, especimenes rednds nrmalizads, cn diámetr de 12.5 mm (Figura 3) en el ensay de tensión de materiales metálics, tant fundids cm frjads. La frma de ls extrems del espécimen fuera de la lngitud del medidr debe ser aprpiada para el material de manera que se adapten a las abrazaderas de la máquina de ensay permitiend una aplicación axial de la carga Marcas del espécimen Ls especímenes que se muestran en las Figuras 3 y 4 se deben marcar cn un sell, marcadr, cn tinta. El prpósit de esta marca es determinar el prcentaje de elngación. Las marcas deben ser ligeramente angstas y exactamente espaciadas. La lcalización de esfuerzs en las marcas hace que un espécimen dur, sea susceptible de iniciar una fractura en el lugar de la marca. La marca de la muestra para la medición de la elngación después de la fractura se debe hacer en la parte plana en el brde del espécimen plan y dentr de la sección paralela. Para especímenes cn una lngitud de 200 mm, se puede usar un más juegs de marcas. Marcas intermedias dentr de la lngitud de la muestra sn pcinales. E 501-9

10 Ls especímenes de 50 mm de lngitud y ls rednds, se marcan cn una dble perfración centrada a una marca cntrneada. En ambs cass, ls punts deberán estar aprximadamente equidistantes del centr de la lngitud de la sección reducida. Se deben bservar las mismas precaucines cuand ls especímenes de ensay tengan sección cmpleta. 5. PROCEDIMIENTO 5.1 Calibración de la muestra Antes de clcar la muestra en la máquina, se determina su lngitud cn una precisión mínima de 0.1 mm y, las dimensines de la sección cn una precisión mínima de mm. 5.2 Psición del defrmímetr El defrmímetr se fija en la muestra dentr de la zna calibrada. Previamente a su clcación, se debe efectuar una precarga inferir al 1% previsible del límite elástic, valr que es suficiente para el crrect ajuste del defrmímetr. 5.3 Velcidad de la máquina: a) Para alambres, la velcidad de aplicación de carga, en ningún cas será mayr de 10 kgf/mm² pr segund. b) Cuand se determina el límite elástic límite de elasticidad cnvencinal, la velcidad de aplicación de la carga n deberá prducir un increment de esfuerz mayr de 1 kgf/mm² pr segund, desde el cmienz del ensay hasta que alcance el límite de elasticidad. En el cas de muestras de alambre; y para ls demás tips de muestras, la velcidad de aplicación de la carga n deberá prducir un increment de esfuerz mayr de 1 kgf/mm² pr segund a partir de 5 kgf/mm² pr segund hasta que alcance el límite de elasticidad. c) Zna plástica : En esta zna, la velcidad de la máquina n debe ser superir al 40% de la lngitud entre marcas, pr minut. Cuand se ensayan acers de resistencia nminal inferir a 110 kgf/mm² y n se intenta determinar su límite elástic, la velcidad puede alcanzar, en la zna elástica, el límite que se ha fijad para la zna plástica. d) En ambs znas, la velcidad se debe mantener ls más cnstante psible. 5.4 Determinación del límite de fluencia La tracción en el límite de fluencia se determina de la siguiente frma: Para materiales que presenten este límite en frma ntria, el valr escgid es aquel en que la aguja indicadra de las cargas retrcede pe rmanece quieta después de iniciad el ensay, sin imprtar que la muestra sigue alargándse. En el cas de máquinas de cntrapes deslizante, este valr vendrá dad pr la carga crrespndiente a la primera caída del braz de palanca, a pesar de que cntinúa la defrmación de la prbeta. Este métd crrespnde cn el de la detención del punter indicadr del dial. E

11 Existen, además, ls métds del diagrama autgráfic, cuand se dispne de un dispsitiv de este tip, y el de extensión ttal baj carga cuand el material n puede exhibir una defrmación bien definida. 5.5 Determinación del límite de elasticidad cnvencinal Es necesari btener dats (gráfics numérics) cn ls cuales se pueda dibujar un diagrama esfuerz-defrmación. Lueg, sbre este diagrama (Figura 5) se dibuja una línea "Om" igual al valr especificad del desplazamient, se traza una paralela a OA, y se lcaliza r, punt dad cm la intersección de "mn" cn la curva esfuerz-defrmación crrespndiente a la carga R, la cual es la carga de resistencia a la fluencia. En el reprte de ls valres de la resistencia a la fluencia btenids pr este métd, se especifica el valr de "desplazamient" usad en el paréntesis después del términ resistencia a la fluencia. Ejempl: Resistencia a la fluencia (0.2% desplazamient) = 360 MPa ( Psi). 5.6 Resistencia a la tensión Se calcula la resistencia a la tensión dividiend la carga máxima que el espécimen resiste durante el ensay de tensión, pr el área riginal de la sección transversal del espécimen. 5.7 Determinación del alargamient en muestras prprcinales Después de la rtura, ls ds fragments de la muestra se deben ajustar prcurand que sus ejes de simetría estén un en prlngación del tr. El aument de lngitud se debe medir cn una aprximación de 0.25 mm. Este tip de determinación n es válid en principi, si la distancia de la sección de rtura a la marca más cercana es inferir a 1/3 de la lngitud entre marcas después de la rtura para prbetas en que L = 5.65(S ) 1/2 ; 1/4 de la lngitud entre marcas después de la rtura para prbetas en que L = 8.15(S ) 1/2 y 1/5 de la lngitud entre marcas después de la rtura para prbetas en que L = 11.3(S ) 1/2 La determinación de alargamient para prbetas de alambre es válida slamente si la distancia entre la fractura y la mrdaza más cercana es mayr de 5d. Para las demás prbetas es válida para cualquier psición de la sección de rtura, si el alargamient alcanza el valr mínim indicad en la especificación del material. E

12 Figura 5. Límite de Elasticidad Cnvencinal. 5.8 Determinación del alargamient en el cas general Después de la rtura ls ds fragments de la prbeta se deben juntar prcurand que sus ejes de simetría se ajusten un en prlngación del tr. El aument de lngitud se debe medir cn una aprximación de 0.25 mm. Este tip de determinación n es válid en principi, si la distancia de la sección de rtura a la marca más cercana es inferir a 1/3 de la lngitud entre marcas después de la rtura, para prbetas en que la distancia entre marcas es de 50 mm; 1/4 de la lngitud entre marcas después de la rtura, para prbetas en que la distancia entre marcas es mayr de 50 mm. Sin embarg, el ensay es válid, cualquiera que sea la psición de la sección de rtura, si el alargamient alcanza el valr mínim indicad en la especificación del material. 5.9 Métd de la subdivisión de la lngitud inicial entre marcas Para evitar el rechaz de las prbetas a que hace referencia la Sección 5.7, se puede utilizar el siguiente prcedimient que cnsiste en dividir la lngitud entre marcas en N partes iguales y después del ensay se designa cn la letra A la marca extrema del fragment más crt. A partir de la rtura en el fragment más larg se mide una distancia igua l a la dada entre A y la rtura, siend B la marca más cercana. Si n es el númer de interval entre A y B, el alargamient de rtura se determina cm sigue: E

13 a) Si N n es un númer par, se miden las distancias entre A y B y la distancia de B a la división C, situada a (N-n)/2 intervals de B. El alargamient de rtura resulta aplicand la fórmula: A = A B + 2 B C L L 100 A B C n N n 2 b) Si N n es un númer impar, se mide la distancia entre A y B y la distancia de B a las divisines C y D, situadas a (N n-1)/2 y (N n+1)/2 intervals de B respectivamente. El alargamient de rtura resulta aplicand la fórmula: A = A B + BC + L D L 100 A B C D n N n Medida de la carga La carga se debe medir cn una precisión cmpatible cn la especificación del material que se ensaye Reducción de área Se unen ls extrems del espécimen fracturad y se mide el diámetr prmedi cn la misma precisión de las medidas riginales. La diferencia entre el área así encntrada y el de la sección transversal riginal, expresad cm prcentaje de esta última, es la reducción de área. E

14 6. RESULTADOS De acuerd cn las especificacines del prduct se indicarán un varis de ls siguientes valres: 6.1 Esfuerz de tracción. 6.2 Límite de fluencia. 6.3 Tracción en el límite de alargamient permanente tracción en el límite de elasticidad cnvencinal. 6.4 Prcentaje de alargamient de la rtura. 6.5 Prcentaje de reducción del área pr cnstricción. 6.6 Tip de fractura. 6.7 Lcalización de la sección de rtura. 6.8 Grad de exactitud de la prbeta. 6.9 Temperatura de ensay Dats referentes al rigen, frma de btención y preparación de la prbeta. 7. NORMAS DE REFERENCIA COPANT R2 ASTM A 370 ISO R 89 AASHTO T 244 AASHTO T 68 EN :2001 E