Introducción

Esta lección cierra la preparación geométrica de la probeta de tensión. El contenido explica el uso de probetas tipo placa, tipo lámina y redondas, así como el marcado de la longitud de calibración para medir elongación después de la fractura.

La geometría de la probeta no es un elemento intercambiable. El tipo de probeta, sus extremos, sus dimensiones y sus marcas de calibre deben corresponder al producto, al sistema de sujeción y al parámetro que se desea medir. Una probeta correctamente seleccionada, pero mal marcada o mal adaptada al sistema de agarre, puede afectar la medición de elongación, la transmisión de carga y la validez del resultado.

El objetivo de esta lección es que el estudiante distinga cuándo se emplean probetas tipo placa, tipo lámina y redondas, por qué existen tamaños proporcionales, qué función cumplen los extremos de sujeción y cómo deben aplicarse las marcas de calibre antes del ensayo.

Desarrollo

Las probetas tipo placa se emplean para ensayar materiales metálicos en forma de placa, perfiles estructurales, formas de tamaño equivalente a barra y material plano con espesor nominal suficiente. Su uso corresponde a materiales con espesor nominal de 3/16 in. (5 mm) o mayor. Esta geometría permite preparar una zona reducida y una longitud de calibración adecuadas para el ensayo de tensión.

La figura de probetas rectangulares muestra las dimensiones, radios, secciones de agarre, zona reducida y longitudes de calibración aplicables a probetas tipo placa. Su función es apoyar la preparación geométrica y dimensional de la probeta. No debe usarse de manera aislada para sustituir la especificación de producto, ya que el producto evaluado puede requerir una geometría o condición particular.

Cuando la especificación de producto lo permite, pueden usarse otros tipos de probeta. Esto significa que la figura estándar no debe interpretarse como la única forma posible en todos los casos, pero cualquier alternativa debe conservar trazabilidad con la especificación aplicable y con la finalidad del ensayo.

La probeta tipo lámina se utiliza para materiales metálicos planos más delgados. Aplica a formas como lámina, placa delgada, alambre plano, tira, banda y fleje. El intervalo de espesor nominal indicado para esta geometría va de 0.005 in. a 1 in. (0.13 mm a 25 mm). Su selección debe responder a la forma física y al espesor real del material, no a la conveniencia de preparación.

Cuando la especificación de producto lo permite, también pueden usarse otros tipos de probeta para materiales tipo lámina. En ciertos casos, una probeta con longitud de calibración de 8 in. (200 mm), asociada a la geometría rectangular, puede usarse para material de lámina o tira cuando así se requiera. Esta posibilidad debe entenderse como una condición permitida por especificación, no como sustitución automática de la probeta tipo lámina.

Las probetas redondas se emplean con frecuencia para ensayar materiales metálicos cuando puede prepararse una sección circular controlada. La probeta redonda estándar tiene diámetro de 0.500 in. (12.5 mm) y longitud de calibración de 2 in. (50 mm). Esta relación dimensional permite obtener una geometría estable para medir propiedades de tensión y elongación.

La figura de probetas redondas también muestra tamaños menores proporcionales al estándar. Entre los tamaños nominales mostrados se incluyen 0.350 in. (8.75 mm), 0.250 in. (6.25 mm), 0.160 in. (4.00 mm) y 0.113 in. (2.50 mm). Estos tamaños proporcionales pueden utilizarse cuando no es posible preparar la probeta estándar o las probetas rectangulares aplicables a partir del material disponible.

En probetas redondas pequeñas proporcionales, la relación importante para comparar elongación es que La longitud de calibración debe ser cuatro veces el diámetro. Esta relación mantiene la proporcionalidad geométrica entre tamaños. Si no se conserva dentro de las tolerancias dimensionales aplicables, los valores de elongación pueden no ser comparables con los obtenidos en la probeta estándar.

El uso de probetas menores de 0.250 in. (6.25 mm) de diámetro debe restringirse a casos en los que el material disponible no permite obtener probetas mayores o cuando las partes involucradas acuerdan su uso para ensayos de aceptación. Estas probetas pequeñas requieren equipo adecuado y mayor habilidad tanto en el maquinado como en la ejecución del ensayo.

Algunas dimensiones nominales de probetas redondas se usan porque facilitan el cálculo de esfuerzos a partir de cargas. Cuando los diámetros reales coinciden con esos valores, las áreas transversales resultan iguales o cercanas a valores convenientes, lo que permite emplear factores simples de cálculo. Sin embargo, esa conveniencia no elimina la necesidad de medir el diámetro real de la probeta ni de confirmar que la geometría cumple con la tolerancia aplicable.

Los extremos de las probetas redondas, ubicados fuera de la longitud de calibración, deben adaptarse a la forma del producto ensayado y ajustarse correctamente a los sujetadores o mordazas de la máquina. La finalidad es que la carga se aplique axialmente con mínima excentricidad y con el menor deslizamiento posible.

Los extremos no son la zona donde se mide la elongación, pero son críticos para la validez del ensayo. Si no ajustan correctamente en las mordazas, pueden introducir flexión, torsión, deslizamiento o concentración de esfuerzo fuera de la zona prevista. Por ello, la forma del extremo debe seleccionarse considerando el producto, el sistema de agarre y la necesidad de carga axial.

La figura de extremos sugeridos para probetas redondas muestra diferentes configuraciones que han dado resultados satisfactorios. En probetas de materiales frágiles de alta resistencia, pueden emplearse roscas finas de la serie UNF, como 3/4-16, 1/2-20, 3/8-24 y 1/4-28, para reducir el riesgo de fractura en la zona roscada. Esta recomendación se relaciona con la forma de sujeción, no con una modificación del resultado de tensión.

La figura de probetas estándar para hierro fundido muestra geometrías específicas para ese material. Su utilidad dentro de esta lección es recordar que la forma de la probeta debe corresponder al material y al sistema de agarre. Los extremos pueden adoptar una forma que ajuste a los sujetadores de la máquina, siempre que la carga pueda aplicarse axialmente.

Las marcas de calibre se aplican antes del ensayo para poder determinar el porcentaje de elongación después de la fractura. Estas marcas pueden realizarse mediante punzón, rayado, dispositivo múltiple o tinta. Su función es definir puntos de referencia para medir el incremento de longitud una vez que la probeta se rompe.

Las marcas de punzón deben ser ligeras, nítidas y estar espaciadas con precisión. Si se aplican de forma excesiva, pueden actuar como concentradores de esfuerzo. En especímenes duros, la localización de esfuerzo en las marcas puede favorecer el inicio de fractura en esos puntos, lo cual afectaría la representatividad de la medición.

En probetas planas, las marcas para medir elongación después de la fractura deben colocarse sobre la cara plana o sobre el borde de la probeta, dentro de la sección paralela. Para probetas rectangulares con longitud de calibración de 8 in., pueden usarse uno o más conjuntos de marcas de 8 in., y las marcas intermedias dentro de la longitud de calibración son opcionales.

Las probetas rectangulares con longitud de calibración de 2 in. y las probetas redondas deben marcarse mediante punzón de doble punta o marcas trazadas. Puede usarse uno o más conjuntos de marcas, pero al menos un conjunto debe quedar aproximadamente centrado en la sección reducida. Esta ubicación ayuda a que la medición posterior de elongación corresponda a la zona útil de la probeta.

Las mismas precauciones de marcado aplican cuando se ensaya una probeta de sección completa. Aunque la probeta no tenga una zona reducida maquinada, las marcas deben permitir una medición válida de elongación y no deben introducir un daño que afecte el comportamiento del material durante el ensayo.

La aplicación real consiste en verificar que la geometría seleccionada corresponde al producto, que las dimensiones están dentro de tolerancia, que los extremos permiten carga axial, que no existe riesgo evidente de deslizamiento o excentricidad y que las marcas de calibre están correctamente ubicadas para la medición de elongación después de la fractura.

Referencias a tablas, notas y figuras

FIG. 3 – Rectangular Tension Test Specimens funciona como apoyo visual para probetas tipo placa y tipo lámina. Permite ubicar longitud de calibración, ancho, espesor, radio de filete, longitud total, sección reducida y zona de agarre. Su uso debe limitarse a comprender la geometría y las dimensiones de referencia sin sustituir la especificación de producto.

FIG. 4 – Standard 0.500-in. (12.5 mm) Round Tension Test Specimen With 2-in. (50 mm) Gauge Length and Examples of Small-size Specimens Proportional to Standard Specimens funciona como apoyo visual para probetas redondas estándar y proporcionales. Refuerza la relación entre diámetro nominal y longitud de calibración, especialmente la relación 4:1 para tamaños proporcionales.

FIG. 5 – Suggested Types of Ends for Standard Round Tension Test Specimens muestra configuraciones de extremos para probetas redondas. Su función es apoyar la selección de extremos compatibles con las mordazas o sujetadores de la máquina, de modo que la carga se aplique axialmente y con bajo deslizamiento.

FIG. 6 – Standard Tension Test Specimens for Cast Iron muestra probetas estándar para hierro fundido. Su función es recordar que ciertas formas de material requieren geometrías específicas y extremos adecuados para transmitir carga axial.

Conclusión

La preparación geométrica de la probeta es parte esencial del ensayo de tensión. Una probeta con geometría incorrecta, extremos incompatibles con el sistema de agarre o marcas de calibre mal colocadas puede afectar la medición de elongación y la validez del resultado.

Las probetas tipo placa, tipo lámina y redondas responden a formas, espesores y condiciones diferentes del material. La probeta redonda estándar y sus tamaños proporcionales requieren conservar relaciones dimensionales precisas, especialmente cuando se compara elongación.

Las marcas de calibre deben permitir medir elongación después de la fractura sin introducir concentraciones de esfuerzo indebidas. Esta lección prepara la transición hacia el cálculo de propiedades mecánicas, porque los valores posteriores dependen de que la probeta haya sido correctamente seleccionada, dimensionada, sujetada y marcada.

Pregunta Reflexiva

¿Qué consecuencias podría tener marcar una probeta de forma excesiva, fuera de la zona de medición prevista o sin centrar adecuadamente al menos un conjunto de marcas en la sección reducida antes de realizar el ensayo de tensión?