NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 3353 (Primera actualización) 5. DESCRIPCIÓN 5.1 El ensayo de tensión relacionado con el ensayo mecánico de los productos de acero Somete una probeta maquinada o una de sección completa del material en examen, a una carga medida, suficiente para causar ruptura. Las propiedades resultantes que se observan se definen en la norma ASTM E6. 5.2 En general el equipo y los métodos de ensayo se indican en la norma ASTM E8. Sin Embargo hay ciertas excepciones a las prácticas de dicha norma en el ensayo del acero, las cuales están cubiertas por la presente norma. 6. PARÁMETROS DE LAS PROBETAS DE ENSAYO 6.1 SELECCIÓN Las muestras de acero para ensayo se deben elegir de acuerdo con las especificaciones Aplicables para el producto. 6.1.1 Aceros fraguados Los productos de acero fraguados se ensayan usualmente en dirección longitudinal, pero en algunos casos, cuando el tamaño lo permite y el servicio lo justifica, el ensayo se hace en dirección transversal, radial o tangencial (véanse las Figuras 1 y 2) . 6.1.2 Aceros forjados Para forjas de dado abierto el metal para ensayo de tensión se hace dejando extensiones o prolongaciones en uno o ambos extremos de las forjas, sea en todas o en un número Representativo, como indiquen las especificaciones aplicables del producto. Las probetas Normalmente se toman en el radio medio. Ciertas especificaciones de producto permiten el uso de una barra representativa o la destrucción de una parte de la producción con propósitos de ensayo. Para forjas de anillo o con forma de disco, el metal de ensayo se hace aumentando el diámetro, espesor o longitud de la forja. Las forjas de discos recalcados o anulares, que se trabajan o extienden forjando en una dirección perpendicular a su eje, suelen tener su extensión principal a lo largo de círculos concéntricos y para ellas, las probetas de ensayo de tensión tangencial se obtienen de metal extra en la periferia o extremo de la forja. Para algunas forjas, como los rotores, se requieren ensayos de tensión radial. En tales casos, las probetas se cortan de sitios especiales. 6.1.3 Aceros fundidos Las muestras de acero para fundiciones a partir de las cuales se preparan probetas deben ser conforme indican las normas ASTM A 703/ A 703 M o ASTM A 718/ A 718 M, según sea aplicable. 6.2 TAMAÑOS Y TOLERANCIAS Las probetas deben tener el espesor completo o su parte del material tal como se lámina, o pueden maquinarse a la forma y dimensiones que indican las Figuras 3 a 6 inclusive. La Selección del tamaño y tipo de probeta se prescribe en la especificación aplicable del producto. Las probetas de secciones completas se deben ensayar en una longitud de 8 pulgadas (200 mm) a menos que se indique algo diferente en la especificación del producto.
6.3 OBTENCIÓN DE LAS PROBETAS Las probetas se cortan con sierra o soplete de porciones del material. Generalmente, se Maquinan de forma que tengan una sección transversal reducida en la mitad de su longitud para obtener una distribución uniforme del esfuerzo sobre la sección transversal y localizar la zona de fractura. Cuando las muestras de acero se cortan se debe tener cuidado de retirar, mediante maquinado, todas las áreas distorsionadas, trabajadas en frío o afectadas por el calor, de los bordes de la sección que se usa en la evaluación del ensayo. 6.4 ENVEJECIMIENTO DE LAS PROBETAS A menos que se especifique algo diferente, se debe permitir el envejecimiento de las probetas para ensayo de tensión. El ciclo de tiempo-temperatura que se emplee debe ser tal que los efectos de procesamientos previos no generen cambios en el material. Esto se puede lograr envejeciendo a temperatura ambiente por 24 h a 48 h ó en menor tiempo a temperaturas moderadamente más elevadas, hirviendo en agua, calentando en aceite o en un horno. 6.5 Medición DE LAS DIMENSIONES DE LAS PROBETAS 6.5.1 Probetas normalizadas de sección rectangular para ensayo de tensión Estas formas de probeta se ilustran en la Figura 3. Para determinar el área de la sección Transversal, la dimensión del ancho en el centro se mide con aproximación a 0,005 pulgadas (0,13 mm) para las probetas de 8 pulgadas (200 mm) de longitud calibrada y 0,001 pulgadas (0,025 mm) para las probetas de 2 pulgadas (50 mm) de espesor, de la Figura 3. La dimensión del espesor en el centro se mide con aproximación a 0,001 pulgadas para ambas probetas. 6.5.2 Probetas normalizadas de sección redonda para ensayo de tensión Estas formas se ilustran en las Figuras 4 y 5. Para determinar el área de la sección transversal, el diámetro se mide en el centro de la longitud calibrada con aproximación a 0,001 pulgadas (0,025 mm), (véase la Tabla 1). 6.6 GENERALIDADES Las probetas deben ser de tamaño sustancialmente completo o maquinadas, como indique la especificación del producto para el material que se está ensayando. 6.6.1 Las probetas preparadas de forma inadecuada con frecuencia dan resultados de Ensayo no satisfactorios. Es importante tener cuidado en la preparación de las probetas, en especial en el maquinado, para garantizar una buena manufactura. 6.6.2 Se recomienda que el área de la sección transversal de la probeta esté en el centro de la longitud calibrada para garantizar la fractura dentro de esta longitud. Esto se logra con el ahusamiento en la longitud calibrada, permitido para cada probeta que se describe en las siguientes secciones: 6.6.3 Para materiales frágiles se recomiendan las aristas de radio amplio en los extremos de la longitud calibrada.
7. PROBETAS TIPO PLACA En la Figura 3 se muestra la probeta normalizada. Ésta se usa para ensayar materiales Metálicos en forma de plancha, formas estructurales y tipo barra y materiales planos con un espesor nominal de 3/16 de pulgada (5 mm) o más. Cuando las especificaciones del producto lo permiten, se pueden usar otros tipos de probetas. Nota 1. Cuando la especificación del producto lo prescribe, se puede usar la probeta con una longitud calibrada de 8 Pulgadas que se ilustra en la Figura 3, para materiales en láminas y flejes. 8. PROBETAS TIPO LÁMINA En la Figura 3 se ilustra la probeta normal tipo lámina. Ésta se usa para ensayar materiales metálicos en forma de plancha, lámina, alambre plano, flejes, bandas y anillos con un espesor nominal que oscila entre 0,005 pulgada y 3/4 de pulgada (0,13 mm a 19 mm). Cuando las especificaciones del producto lo permiten, se pueden usar otros tipos de probeta, como se indica en la sección 7 (Véase la nota 1). 9. PROBETAS REDONDAS 9.1 Las probeta normalizada de sección redonda de 0,500 pulgadas (12,5 mm) de diámetro que se muestra en la Figura 5 se usa generalmente para ensayar materiales metálicos tanto fundidos como forjados. 9.2 La Figura 4 también muestra probetas de tamaño pequeño proporcionales a las Normalizadas. Éstas se pueden usar cuando es necesario ensayar materiales a partir de los cuales no se pueden preparar probetas normalizadas o las que se ilustran en la Figura 3. Se pueden usar otros tamaños de probetas redondas pequeñas. En ellas es importante que la longitud calibrada para medir la elongación sea cuatro veces el diámetro de la probeta (véanse la nota 4 y la Figura 4). 9.3 La forma de los extremos de las probetas fuera de la longitud calibrada debe ser Adecuada para el material y de una sección que ajuste a los soportes o mordazas de la Máquina de ensayo, de manera que las cargas se apliquen axialmente. En la Figura 5 se Ilustran probetas con varios tipos de extremos que han dado resultados satisfactorios. 10. MARCAS DE CALIBRACIÓN Las probetas que aparecen en las Figuras 3 a 6 deben tener marcas de calibración hechas con un centro punto, gramil, con un dispositivo múltiple o dibujadas con tinta. El propósito de estas marcas es determinar el porcentaje de elongación. Las marcas hechas con punzón deben ser claras, agudas y adecuadamente espaciadas. La localización del esfuerzo en las marcas hace que las probetas duras sean susceptibles de empezar a fracturarse en ellas. Las marcas para medir la elongación después de la fractura deben hacerse en la parte plana o en el borde de la extensión plana de la probeta y dentro de la sección paralela: para las probetas de 8 pulgadas de longitud calibrada, véase la Figura 3, se pueden usar uno o más conjuntos de marcas, con la opción de usar marcas intermedias dentro de esta longitud. Las probetas rectangulares de 2 pulgadas de longitud calibrada, véase la Figura 3, y las probetas redondas, véase la Figura 4, se marcan con un punzón de doble punta, o se graban. Se puede usar uno o más conjuntos de Marcas, pero un conjunto debe estar aproximadamente en el centro de la sección reducida. Las mismas precauciones se deben observar cuando la probeta es de sección completa.
11. OPERACIONES Y APARATOS DE ENSAYO 11.1 SISTEMAS DE CARGA Hay dos tipos generales de sistemas de carga mecánico (tornillo de potencia) o hidráulico. Difieren principalmente en la variabilidad de la tasa de aplicación de la carga. Las máquinas antiguas se limitan a un pequeño número de velocidades fijas. Algunas máquinas modernas, y todas las hidráulicas permiten variaciones progresivas en todo el rango de velocidades. 11.2 La máquina para el ensayo de tensión se debe mantener en buenas condiciones de Operación, usarse sólo en el rango correcto de carga y calibrarse periódicamente de acuerdo con lo establecido en la última actualización de la norma ASTM E4. Nota 2. Muchas máquinas están equipadas con registradores de deformación/esfuerzo, para graficar automáticamente las curvas de dicha deformación. Hay que anotar que algunas tienen un componente medidor de carga completamente separado del indicador de la máquina de ensayo. Estos registradores se deben calibrar porseparado. 11.3 CARGA La función de la mordaza o dispositivo de fijación de la máquina de ensayo es transmitir la Carga desde los cabezales de la máquina a la probeta. El requisito esencial es que la carga se transmita axialmente. Esto implica que los centros de la acción de las mordazas deben estar alineados en lo posible, con el eje de la probeta al comienzo y durante el ensayo y que el doblamiento o torsión se debe reducir al mínimo. Para probetas de sección reducida, la fijación se debe limitar al área de las mordazas. En el caso de ciertas secciones ensayadas en tamaño completo, la carga no axial es inevitable y se debe admitir. 11.4 VELOCIDAD DE ENSAYO La velocidad de ensayo no debe ser mayor que aquélla a la que las lecturas de carga y Deformación se pueden tomar con precisión. En ensayos de producción, la velocidad de Ensayo se expresa generalmente (1) en términos de velocidad autónoma de la cruceta (tasa de movimiento de la cruceta cuando no está bajo carga) ó (2) en términos de tasa de separación de los dos cabezales de la máquina de ensayo bajo carga, ó (3) en términos de tasa de deformación de la probeta. Se recomiendan como adecuadas para la mayoría de los productos de acero las siguientes limitaciones en la velocidad de ensayo Nota 3. Los ensayos de tensión en que se usan máquinas de anillo cerrado (con control de retroalimentación de la tasa), no se deben realizar con control de carga, ya que este modo de ensayo causa aceleración de cruceta sobre la fluencia y elevación de la resistencia medida a la fluencia. 11.4.1 Se puede emplear cualquier velocidad conveniente hasta la mitad del punto de fluencia o de la resistencia a la fluencia. Cuando se alcanza este punto, la tasa autónoma de separación de las crucetas se debe ajustar para que no exceda 1/16 de pulgada por min por pulgada de la sección reducida, o la distancia entre las mordazas, para probetas que no tengan sección reducida. En cualquier caso, la velocidad mínima de ensayo no debe ser menor que 1/10 de las velocidades máximas especificadas para determinar el punto de fluencia o la resistencia a la fluencia y la resistencia a la tracción. 11.4.2 Se permite fijar la velocidad de la máquina de ensayo ajustando la velocidad autónoma de la cruceta a los valores especificados, ya que la tasa de separación de las cabezas bajo carga en estas posiciones es menor que los valores especificados de velocidad de la cruceta en vacío. 11.4.3 Como alternativa, si la máquina tiene un dispositivo para indicar la velocidad de carga, se puede ajustar la velocidad de la máquina desde la mitad del punto de fluencia especificado o de la resistencia a la fluencia, hasta el punto de fluencia o la resistencia a
la fluencia, de forma que la tasa de esfuerzo no exceda los 100 000 psi/min (690 MPa/min). Sin embargo, la tasa mínima de esfuerzo no debe ser menor que 10000psi. 12. TERMINOLOGÍA Para las definiciones de términos relacionados con los ensayos de tensión, incluyendo Resistencia a la tracción, punto de fluencia, resistencia a la fluencia, elongación y reducción de área, se debe consultar la norma ASTM E6. 13. DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE TENSIÓN 13.1 PUNTO DE FLUENCIA El punto de fluencia es el primer esfuerzo en un material, menor que el máximo esfuerzo Obtenible, en el cual ocurre un aumento de la deformación sin aumento en el esfuerzo. El punto de fluencia está destinado para aplicación sólo con materiales que puedan presentar la característica particular de un incremento en la deformación sin aumento en el esfuerzo. El diagrama de esfuerzo - deformación se caracteriza por una inflexión rápida o discontinuidad. El punto de fluencia se determina por uno de los siguientes métodos: 13.1.1 Método de desnivelación del brazo o detención del indicador En este método se aplica una carga creciente a la probeta a una tasa uniforme. Cuando se usa una máquina de palanca y contrapeso, se mantiene el brazo en equilibrio corriendo el contrapeso a una tasa aproximadamente uniforme. Cuando se alcanza el punto de fluencia del material, cesa el aumento de carga, pero se corre el contrapeso un poco más allá de la posición de equilibrio y el brazo de la máquina se desnivela por un intervalo corto, pero apreciable. Cuando se usa una máquina con indicador de carga, hay una detención o "duda" del puntero indicador de carga, que corresponde a la desnivelación del brazo. Se anota la carga en los momentos de desnivelación del brazo o detención del puntero y se registran los correspondientes esfuerzos como el punto de fluencia. 13.1.2 Método de diagrama autográfico Cuando se obtiene un diagrama de esfuerzo - deformación en forma de codo agudo, mediante el dispositivo de registro autográfico, se toma el esfuerzo correspondiente a la parte más alta del codo (véase la Figura 7) ó el esfuerzo con el cual la curva desciende al punto de fluencia. 13.1.3 Método de extensión total bajo carga Cuando se somete un material a ensayo para determinar el punto de fluencia, y las probetas pueden no presentar una deformación desproporcionado bien definida que caracteriza un punto de fluencia tal como se mide por la caída del brazo, la detención del puntero o el diagrama autográfico, se puede determinar un valor equivalente al punto de fluencia en su significado práctico con el método que se indica a continuación y se puede registrar como el punto de fluencia: se une un extensómetro clase C ó uno mejor (véanse las notas 4 y 5) a la probeta. Cuando se alcanza la carga que produce una extensión especificada (véase la nota 6) se registra el esfuerzo correspondiente a la carga como punto de fluencia y se retira el extensómetro (véase la Figura 8). Notas: 4) Existen dispositivos automáticos que determinan la carga en la extensión total especificada sin representar una curva de esfuerzo - deformación. Éstos se pueden usar si se ha demostrado su exactitud. Se acepta el uso de calibradores multiplicadores y otros dispositivos similares, si se ha demostrado que su exactitud es equivalente a la de un extensómetro Clase C. 5) Se recomienda consultar la norma ASTM E 83. 6) Para acero con un punto de fluencia especificado no mayor de 80 000 psi (550 MPa), un valor apropiado es una longitud calibrada de 0,005 pulgadas/pulgada. Para valores mayores, este método no es válido a menos que se aumente la extensión total del límite. 13.2 ESFUERZO DE FLUENCIA El esfuerzo de fluencia es aquél con el cual un material presenta una desviación límite Especificada con respecto a la proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación. La
Desviación se expresa en términos de deformación, porcentaje de deformación, extensión total bajo carga, etc. El punto de fluencia se determina por uno de los siguientes métodos. 13.2.1 Método del desplazamiento Para determinar la resistencia a la fluencia por este método es necesario tener datos seguros (autográficos o numéricos) a partir de los cuales se pueda dibujar un diagrama de esfuerzo - deformación (véase la Figura 9). Luego, en el diagrama se traza Om igual al valor específico del desplazamiento, se traza "mn" paralela a "OA” y así se ubica "r”, la intersección de "mn" con la curva de esfuerzo - deformación correspondiente a la carga "R", que es la carga de resistencia a la fluencia. Al registrar los valores de la resistencia a la fluencia obtenidos por este método, el valor específico de "desplazamiento" que se use se anota entre paréntesis después del término resistencia a la fluencia, así: Resistencia a la fluencia (desplazamiento de 0,2 %) = 52 000 psi (360 MPa). Con este método se requiere un extensómetro con aumento mínimo de 250 a 1. Un extensómetro clase B1 cumple este requisito (véanse las notas 5 y 7). Véase también la nota 8 para dispositivos automáticos. 13.2.2 Método de extensión bajo carga En los ensayos que se realizan para determinar la aceptación o rechazo de material cuyas Características de esfuerzo - deformación se conozcan bien por ensayos previos en materiales similares en los que se haya graficado un diagrama de esfuerzo - deformación, se conocerá la deformación total correspondiente al esfuerzo con el cual ocurre el desplazamiento especificado (véanse las notas 8 y 9), dentro de límites satisfactorios. El esfuerzo sobre la probeta, cuando se alcanza esta deformación total, es el valor de la resistencia a la fluencia. La deformación total se puede obtener satisfactoriamente con un extensómetro clase B1 (véanse las Notas 4, 5 y 7). Notas: 7) La forma de una curva de esfuerzo - deformación determinada de manera autográfica, puede verse afectada por numerosos factores como la fijación de la probeta en las mordazas, la rectificación de una probeta doblada debido a esfuerzos residuales y la carga rápida permitida en el numeral 11.4.1. Por lo general, los errores en esta parte de la curva se deberían ignorar y aproximar por una línea, como la que se usa para determinar la extensión bajo carga. 8) Existen dispositivos automáticos que determinan el desplazamiento de la resistencia a la fluencia sin representar una curva de esfuerzo - deformación. Estos dispositivos se pueden usar si se ha demostrado su exactitud. 9) La magnitud apropiada de la extensión bajo carga varía obviamente con el rango de resistencia del acero particular que se ensaye. En general, el valor de la extensión bajo carga aplicable al acero a cualquier nivel de resistencia se puede determinar con base en la suma de la deformación proporcional y la deformación plástica esperada con la resistencia especificada a la fluencia. Se utiliza la siguiente ecuación: Extensión bajo carga, pulgadas por pulgada de longitud calibrada = (RF/ E) + r Donde: R F = resistencia especificada a la fluencia, psi ó MPa E = módulo de elasticidad, psi ó MPa r = límite de deformación plástica, pulgadas/pulgada
13.3 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN La resistencia a la tracción se calcula dividiendo la carga máxima que la probeta sostiene Durante un ensayo de tensión por el área original de la sección transversal de la probeta. 13.4 ELONGACIÓN 13.4.1 Se juntan los extremos de la probeta fracturada cuidadosamente y se mide la distancia entre las marcas de calibración con aproximación a 0,01 pulgadas (0,25 mm) para longitudes calibradas de hasta 2 pulgadas y con aproximación a 0,5 % de la longitud calibrada para longitudes calibradas de más de 2 pulgadas. Se puede emplear una escala de lectura de 0,5 % de la longitud calibrada. La elongación es el aumento en la longitud, expresado como un porcentaje de la longitud original calibrada. Al registrar los valores de elongación, se da tanto el aumento del porcentaje como la longitud original. 13.4.2 Si alguna parte de la fractura ocurre fuera de la mitad de la longitud calibrada o en una marca grabada o hecha con punzón, el valor de elongación obtenido puede no ser Representativo del material. Si la elongación así medida cumple los requisitos mínimos Especificados, no se hacen más ensayos, pero si no los cumple, se descarta el ensayo y se debe repetir. 13.5 REDUCCIÓN DEL ÁREA Los extremos de la probeta fracturada se unen y se mide el diámetro promedio o el ancho y espesor en la sección transversal más pequeña con la misma exactitud que con las Dimensiones originales. La diferencia entre el área encontrada de esta forma y el área de la sección transversal original expresada como un porcentaje del área original es la reducción del área.
