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ASTM E21: Pruebas de tracción en metales a temperatura elevada

ASTM E21: Pruebas de tracción en metales a temperatura elevada

ASTM E21 es una prueba a temperatura elevada realizada en tensión sobre materiales metálicos. Aunque esta prueba se utiliza en muchas industrias, así como en la investigación académica, las pruebas de temperatura elevada se usan más comúnmente en aplicaciones aeroespaciales para la evaluación de propiedades mecánicas de materiales metálicos de alta resistencia.

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ASTM E21: Pruebas de tracción en metales a temperatura elevada

ASTM E21 es una prueba a temperatura elevada realizada en tensión sobre materiales metálicos. Aunque esta prueba se utiliza en muchas industrias, así como en la investigación académica, las pruebas de temperatura elevada se usan más comúnmente en aplicaciones aeroespaciales para la evaluación de propiedades mecánicas de materiales metálicos de alta resistencia. Los requisitos de los motores y las temperaturas de funcionamiento de los aviones siguen aumentando, al igual que los parámetros de diseño de los materiales estructurales, incluidos los elementos de fijación. ASTM E21 describe meticulosamente cada paso de las pruebas de alta temperatura; desde la definición del aparato de prueba hasta la conexión del termopar. Las propiedades mecánicas como el alargamiento, la reducción de área, la resistencia a la tracción y el límite elástico se registran para estimar la capacidad del material para resistir las fuerzas aplicadas.

Debido a que ASTM E21 requiere múltiples transductores (extensómetros y termopares), se recomienda un sistema con un módulo de canal de expansión para garantizar la recopilación y sincronización de datos adecuadas. La norma exige que cualquier sistema de prueba utilizado cumpla con ASTM E4. La preparación del sistema y de la muestra es crucial para E21, y se debe hacer todo lo posible para garantizar que cualquier fuerza aplicada a la muestra permanezca en la dirección axial. La deformación por flexión no puede exceder el 10% de la deformación axial en la muestra, por lo que es imperativo garantizar que se seleccione el equipo de prueba adecuado.
Se fijan varillas de tracción de Inconel a los portamuestras y se extienden hasta el interior del horno. Las placas de cerámica que se encuentran en la parte superior e inferior del horno abrazan las varillas de tracción una vez en su lugar, lo que garantiza que no sea necesario colocar aislamiento adicional donde la cadena de carga ingresa al horno. Apretar demasiado el aislamiento puede causar que las varillas de tracción o los brazos del extensómetro se desplacen. Las varillas de tracción se asientan en soportes autoalineantes para garantizar la máxima carga axial. Además, ASTM E21 requiere el control de la temperatura indicada en la muestra. Se recomiendan termopares tipo K calibrados utilizando la Práctica E220 y deben seguir las pautas descritas en las secciones 5.3 y 9.4. Desde el inicio de la prueba hasta la determinación del límite elástico, la temperatura indicada no debe exceder lo siguiente:
Hasta 1800F +-5 (+-3C) inclusive
Más de 1800F (980C) +- 10F (+-6C)
**Pueden ser necesarios requisitos más restrictivos si lo indica el laboratorio o el cliente.
Se requiere un extensómetro que cumpla con los requisitos de la Práctica E83 si se necesita determinar el límite elástico. Hay dos tipos principales de extensómetros que se pueden utilizar para pruebas de alta temperatura. El primero es un extensómetro montado en frío que se fija a la sección reducida a temperatura ambiente y se empapa con el resto de la sarta de carga antes de que comience la prueba. Otra opción es un extensómetro montado en caliente, que generalmente se coloca sobre un riel y se puede deslizar dentro del horno para fijarlo una vez que la muestra haya completado su período de remojo. Los brazos del extensómetro deben fijarse en la sección reducida de la muestra.

En los casos en que la muestra sea demasiado pequeña para que el extensómetro entre en contacto con su sección reducida, la separación de las crucetas o portamuestras se puede utilizar para determinar las deformaciones correspondientes al límite elástico compensado del 0,2%. Este valor debe marcarse como "límite elástico aproximado". Al probar una muestra con una longitud reducida de menos de 2 pulgadas, se deben conectar un mínimo de 2 termopares en cada extremo de la sección reducida. Estos termopares deben hacer y mantener un contacto íntimo con la muestra durante toda la prueba. Al probar muestras con una sección reducida mayor o igual a 2 pulgadas, se debe conectar un tercer termopar al centro de la muestra.

Una prueba típica de metales a alta temperatura puede exceder una hora por muestra. Para cumplir con la norma, se debe remojar una muestra a la temperatura especificada hasta que alcance el equilibrio. Una vez en equilibrio, las muestras deben mantenerse a esta temperatura durante al menos 20 minutos a menos que se indique lo contrario. Si se realizan varias pruebas al día, el tiempo de inmersión puede retrasar rápidamente el rendimiento del laboratorio. Para minimizar el tiempo de inactividad del sistema, se puede equipar un sistema de prueba universal con una configuración de hornos múltiples, que permite que una segunda muestra se remoje durante la prueba.

Terminología:
Temperatura indicada: temperatura indicada por el dispositivo de medición de temperatura mediante práctica pirométrica de buena calidad.
Temperatura especificada: la temperatura de prueba solicitada e informada al cliente.

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