Introducción
Esta lección completa el bloque de propiedades calculadas en el ensayo de tensión. El contenido se enfoca en la resistencia a la tensión, la elongación, la elongación a la fractura y la reducción de área. Estos valores dependen tanto del cálculo como de la forma en que se midieron la carga, las dimensiones iniciales, la deformación y la sección posterior a la fractura.
El resultado de tensión no depende solo de la carga aplicada. Requiere una medición correcta del área original, una identificación clara de la carga máxima aplicable, una medición confiable de la elongación y una revisión adecuada de la zona donde ocurrió la fractura.
El objetivo de esta lección es que el estudiante distinga entre las propiedades calculadas a partir de la carga máxima, las propiedades obtenidas por medición de longitud después de la ruptura, las mediciones automatizadas con extensómetros y la reducción de sección posterior a la fractura.
Desarrollo
Las propiedades de tensión se calculan a partir de datos obtenidos durante y después del ensayo. Para que esos valores sean técnicamente útiles, deben conservar trazabilidad con la carga medida, el área original de la probeta, la longitud de calibración, la ubicación de la fractura, el método de medición de elongación y la sección mínima observada después de la ruptura.
La resistencia a la tensión se calcula Dividiendo la carga máxima sostenida por el área original de la sección transversal. Esta relación exige conocer la carga máxima registrada durante el ensayo y el área original de la probeta antes de la ruptura. Si el área original se asumió incorrectamente, el resultado de resistencia también quedará afectado.
La carga máxima usada para calcular la resistencia a la tensión debe interpretarse con atención cuando el material presenta fluencia discontinua. En algunos casos, el esfuerzo superior de fluencia puede aparecer como el valor máximo registrado. Cuando la curva esfuerzo-deformación presenta ese tipo de comportamiento y se reconoce la condición indicada por el método de referencia, el valor que debe reportarse como resistencia a la tensión es el esfuerzo máximo posterior a la fluencia discontinua, salvo que el comprador haya establecido otra indicación.
La referencia a E8/E8M – Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials, específicamente a la figura relacionada con fluencia discontinua, debe entenderse como apoyo controlado para identificar ese comportamiento de curva. No se desarrolla aquí el método completo de E8/E8M ni se convierte esa referencia en un tema independiente.
La elongación manual se determina después de la fractura. Para ello, los extremos de la probeta fracturada deben juntarse cuidadosamente y medirse la distancia entre las marcas de calibre. Esta medición permite determinar cuánto aumentó la longitud calibrada respecto a la longitud original.
Cuando la longitud de calibración es de 2 in. o menor, la distancia entre marcas debe medirse a la aproximación de 0.01 in. (0.25 mm). Cuando la longitud de calibración es mayor de 2 in., la medición debe realizarse a la aproximación de 0.5 % de la longitud de calibración. También puede utilizarse una escala porcentual con lectura a 0.5 % de la longitud de calibración.
La elongación se expresa como el incremento de longitud de la longitud calibrada, en porcentaje de la longitud original. Al registrar elongación, debe reportarse El incremento porcentual y la longitud de calibración original. Omitir la longitud de calibración impide interpretar correctamente el porcentaje reportado, porque no todas las probetas tienen la misma longitud de referencia.
La ubicación de la fractura es crítica para interpretar la elongación. Si cualquier parte de la fractura ocurre fuera de la mitad central de la longitud de calibración, o si ocurre en una marca de punzón o rayado dentro de la sección reducida, el valor de elongación obtenido puede no representar adecuadamente al material.
Cuando la elongación medida en esa condición cumple el mínimo especificado, no se requiere una nueva prueba por ese solo motivo. En cambio, si la elongación medida es menor que el mínimo especificado, corresponde Descartar el ensayo y repetir. Esta regla evita aceptar como representativo un valor bajo de elongación que pudo estar afectado por una fractura fuera de la zona adecuada o por una marca dentro de la sección reducida.
La medición automatizada con extensómetros permite determinar elongación mediante otro enfoque. En este caso, la elongación puede medirse y reportarse con extensómetro o mediante el método manual de unir los extremos fracturados. Ambos resultados pueden ser válidos, pero no deben tratarse como si fueran el mismo parámetro sin revisar cómo fueron obtenidos.
La elongación a la fractura se define como la elongación medida justo antes de la disminución repentina de fuerza asociada con la ruptura. En muchos materiales dúctiles que no muestran una caída repentina de fuerza, la elongación a la fractura puede tomarse como la deformación medida justo antes de que la fuerza caiga por debajo del 10 % de la fuerza máxima encontrada durante el ensayo.
La elongación a la fractura incluye elongación elástica y elongación plástica. Puede determinarse mediante métodos autográficos o automatizados usando extensómetros verificados dentro del intervalo de deformación de interés. Esta verificación es importante porque el extensómetro debe ser adecuado para la magnitud de deformación que se espera medir.
Para materiales con elongación menor de 5 %, debe usarse un extensómetro clase B2 o mejor. Para materiales con elongación mayor o igual a 5 % y menor de 50 %, debe usarse un extensómetro clase C o mejor. Para materiales con elongación de 50 % o mayor, debe usarse un extensómetro clase D o mejor. En todos los casos, la longitud de calibración del extensómetro debe corresponder a la longitud nominal de calibración requerida para la probeta ensayada.
La elongación después de fractura obtenida por ajuste manual de los extremos puede diferir de la elongación a la fractura determinada con extensómetros. Esta diferencia se debe a la falta de precisión inherente al ajuste manual de las partes fracturadas. Por ello, ambos valores deben identificarse correctamente en el reporte y no mezclarse sin aclarar el método usado.
El porcentaje de elongación a la fractura puede calcularse directamente a partir de los datos de elongación a la fractura y reportarse en lugar del porcentaje de elongación calculado mediante el método manual. Sin embargo, estos dos parámetros no son intercambiables. El método de elongación a la fractura generalmente proporciona resultados más repetibles, pero debe declararse como tal para evitar confusión con la elongación manual posterior a la ruptura.
La reducción de área se determina después de la fractura. Para ello, se juntan los extremos de la probeta fracturada y se mide el diámetro medio, o el ancho y espesor, en la sección transversal más pequeña. Esta medición debe realizarse con la misma exactitud usada para las dimensiones originales.
La reducción de área mide La diferencia entre el área original y el área mínima después de fractura, expresada como porcentaje del área original. El cálculo compara el área inicial de la probeta con el área obtenida en la sección más reducida después de la ruptura. Si se usan dimensiones nominales en lugar de mediciones reales, el porcentaje puede no representar correctamente la deformación localizada de la probeta.
Para reportar estas propiedades de forma trazable, deben conservarse los datos que justifican cada resultado: carga máxima, área original, longitud de calibración, método de medición de elongación, ubicación de la fractura, clase de extensómetro cuando aplique, área mínima posterior a la fractura y criterio usado para aceptar o repetir el ensayo.
Conclusión
La resistencia a la tensión, la elongación y la reducción de área son propiedades calculadas a partir de mediciones controladas. La confiabilidad del resultado depende de usar el área original correcta, identificar la carga máxima aplicable, medir la elongación con el método correspondiente y determinar la sección mínima real después de la fractura.
La elongación manual y la elongación a la fractura no deben mezclarse como si fueran equivalentes. La primera depende de juntar los extremos fracturados y medir entre marcas de calibre; la segunda depende de datos medidos con extensómetro antes de la caída de fuerza asociada con la fractura.
La lección establece que los valores reportados no deben interpretarse sin revisar cómo se obtuvieron las mediciones, dónde ocurrió la fractura, qué equipo o método se utilizó y qué criterio se aplicó para aceptar o repetir el ensayo.
Pregunta Reflexiva
Si una probeta cumple con la carga requerida, pero la fractura ocurre fuera de la zona representativa y la elongación queda por debajo del mínimo especificado, ¿por qué sería necesario repetir el ensayo antes de emitir una conclusión sobre el material?