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NMX-B-172-CANACERO-2013

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NORMA MEXICANA NMX-B-172-CANACERO-2013
INDUSTRIA SIDERÚRGICA – MÉTODOS DE PRUEBA
MECÁNICOS PARA PRODUCTOS DE ACERO.
SIDERURGICAL INDUSTRY – MECHANICAL TESTS FOR
STEEL PRODUCTS
ESTA NORMA MEXICANA CANCELA A LA NMX-B-172-1988
Cámara Nacional de la Industria del Hierro y del Acero
Organismo Nacional de Normalización
NORMA MEXICANA
NMX-B-172-CANACERO-2013
INDUSTRIA SIDERÚRGICA - MÉTODOS DE PRUEBA MECÁNICOS PARA
PRODUCTOS DE ACERO
SIDERURGICAL INDUSTRY - MECHANICAL TESTS FOR STEEL PRODUCTS
ESTA NORMA MEXICANA CANCELA A LA NMX-B-172-1988
Amores 338, Col. Del Valle, Del. Benito Juárez, C.P. 03100, México D.F.
[email protected]
ESTÁ PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL SIN AUTORIZACIÓN DE CANACERO
NMX-B-172-CANACERO-2013
PRÓLOGO
NMX-B-172-CANACERO-2013
La Dirección General de Normas, con fundamento en lo establecido en los artículos 39 fracción IV,
65, 66 de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, 68 y 69 del Reglamento de la Ley Federal
sobre Metrología y Normalización y 19 fracción IV del Reglamento Interior de la Secretaría de
Economía, otorgó a la Cámara Nacional de la Industria del Hierro y del Acero (CANACERO) el
Certificado de Registro No. 0009 como Organismo Nacional de Normalización, para elaborar, revisar,
actualizar, expedir y cancelar normas mexicanas en el área del “Hierro y Acero”, como se indica en el
oficio con número DGN.312.01.2005.3002 de fecha 29 de julio de 2005.
Esta Norma Mexicana fue elaborada por el Comité Técnico de Normalización Nacional de la Industria
Siderúrgica (COTENNIS), en el seno de la Cámara Nacional de la Industria del Hierro y del Acero.
El aviso de Consulta Pública se publicó el 9 de diciembre de 2013 en el Diario Oficial de la
Federación a través de la Dirección General de Normas de la Secretaría de Economía.
La Declaratoria de Vigencia se publicó el 15 de abril de 2014 en el Diario Oficial de la Federación, a
través de la Dirección General de Normas de la Secretaría de Economía y entró en vigor el 14 de
junio de 2014.
NMX-B-172-CANACERO-2013
PREFACIO
En la elaboración de esta Norma participaron las siguientes empresas e instituciones:
-
ACEROS CAMESA, S.A. DE C.V.
-
ALTOS HORNOS DE MÉXICO, S.A.B. DE C.V.
-
CÁMARA NACIONAL DE LA INDUSTRIA DEL HIERRO Y DEL ACERO.
-
CENTRO NACIONAL DE PREVENCIÓN DE DESASTRES, CENAPRED.
-
COMITÉ TÉCNICO DE NORMALIZACIÓN NACIONAL DE LA INDUSTRIA SIDERÚRGICA.
-
DEACERO, S.A. DE C.V.
-
LANC, S.C.
-
LIAC CONSULTORES, S. DE R.L. DE C.V.
-
RESISTENCIA DE MATERIALES
-
RESISTENCIAS SAN MARINO, S.A. DE C.V.
-
SISTEMA DE TRANSPORTE COLECTIVO METRO
-
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO, FACULTAD DE QUÍMICA, DEPTO. DE
INGENIERÍA QUÍMICA METALÚRGICA
NMX-B-172-CANACERO-2013
ÍNDICE
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Apéndice
A
Apéndice
B
Objetivo y campo de aplicación
Referencias
Definiciones
Orientación de las probetas
Aparatos de prueba de tensión y procedimientos
Especificaciones de las probetas para prueba de tensión
Probetas tipo placa o plancha
Probetas tipo lámina
Probetas de sección circular
Marcas de calibración
Determinación de las propiedades de tensión
Prueba de doblado
Prueba de dureza
Prueba de impacto Charpy
Métodos de prueba para tubos
Métodos de prueba para tornillería de acero
Métodos de prueba para alambre redondo
Bibliografía
Concordancia con normas internacionales
Relación de referencias con normas extranjeras
Recomendaciones generales
Página
1
1
2
5
5
7
16
16
16
17
17
24
24
27
27
40
46
50
50
51
52
NMX-B-172-CANACERO-2013
INDUSTRIA SIDERÚRGICA – MÉTODOS DE PRUEBA MECÁNICOS PARA
PRODUCTOS DE ACERO Y HIERRO
SIDERURGICAL INDUSTRY - MECHANICAL TESTS FOR STEEL
PRODUCTS
1
OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN
Esta Norma Mexicana establece los procedimientos para las pruebas mecánicas de productos de
acero y hierro. Las pruebas que se describen se emplean para determinar las propiedades mecánicas
especificadas en las normas de producto.
En la determinación de las propiedades mecánicas deben evitarse variaciones en los métodos de
prueba y deben seguirse procedimientos normalizados, si se desea obtener resultados reproducibles
y comparables.
Se incluyen las siguientes pruebas mecánicas:
Tensión
Doblado
Dureza
Impacto
Capítulo
11
12
13
14
En los incisos que se citan a continuación, se proporcionan los métodos de prueba particulares para
algunos productos, por ejemplo:
Producto
Tubos
Tornillería
Alambre de sección redonda
2
Capítulo
15
16
17
REFERENCIAS
Para la correcta aplicación de esta norma se deben consultar las siguientes Normas Mexicanas
vigentes o las que las sustituyan:
NMX-B-051-1972
Método de prueba de doblado semiguiado para la ductilidad de
materiales metálicos.
NMX-B-081-1987
Productos siderúrgicos - Requisitos generales para piezas coladas de
acero al carbón o aleado para usarse en la industria en general.
NMX-B-113-1981
Acero - Método de prueba - doblado de productos terminados.
NMX-B-116 -1996
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2/52
Industria siderúrgica – Determinación de la dureza Brinell en materiales
metálicos – Método de prueba.
NMX-B-118-1974
Determinación de la dureza Vickers en materiales metálicos.
NMX-B-119-1983
Industria siderúrgica - Dureza Rockwell y Rockwell superficial en
productos de hierro y acero - Método de prueba.
NMX-B-120-1987
Prueba de impacto para materiales metálicos.
NMX-B-309-CANACERO-2011 Industria siderúrgica – Definiciones y expresiones empleadas en los
métodos de prueba mecánicos.
NMX-B-313-1970
Método de prueba para determinar por penetración la dureza de
materiales metálicos, usando aparatos portátiles.
NMX-B-464-1990
Requisitos generales para piezas coladas de acero para servicio a
presión.
3
DEFINICIONES
Para las definiciones de términos, tales como resistencia a la tensión, límite de fluencia, resistencia de
fluencia, alargamiento y reducción de área, y otros relacionados con esta norma, debe consultarse la NMXB-309-CANACERO (ver 2, Referencias), además de las siguientes:
3.1
Alargamiento en la fractura
Es el alargamiento medido antes de la disminución repentina en la fuerza asociada con la fractura. Para
muchos materiales dúctiles que no exhiben una disminución repentina, el alargamiento en la fractura puede
tomarse como la deformación medida antes de que disminuya la fuerza 10% de la fuerza máxima
encontrada durante la prueba.
3.2
Esfuerzo
Fuerza entre área.
3.3
Límite de fluencia o cedencia.
Término utilizado en materiales metálicos que presentan el fenómeno de fluencia.
Esfuerzo correspondiente al punto alcanzado durante la prueba en el cual se presenta la deformación
plástica sin incrementar la fuerza.
3.4
Límite o resistencia máxima
Es el esfuerzo máximo alcanzado en la prueba de tensión.
3.5
Prueba de tensión
Prueba que involucra la deformación longitudinal de una probeta de sección completa o maquinada
mediante una fuerza de tensión axial, generalmente hasta la fractura, con el propósito de determinar una o
más de sus propiedades mecánicas.
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3/52
3.6
Prueba longitudinal
A menos de que se defina específicamente de otra manera, significa que el eje longitudinal de la probeta es
paralelo a la dirección de mayor extensión del producto de acero durante el laminado o forjado. El esfuerzo
aplicado a una probeta para la prueba de tensión longitudinal es en dirección de su máxima extensión y el
eje del mandril de doblado para una probeta longitudinal es paralela a la dirección de máxima extensión,
ver figuras 1, 2a y 2b.
Probeta longitudinal
Probeta plana para la prueba de tensión longitudinal
Probeta redonda para la prueba de tensión longitudinal
Probeta para la prueba longitudinal de doblado.
Indica la dirección del laminado
Probeta para la prueba de impacto longitudinal
Muestra transversal
Probeta plana para la prueba de tensión transversal
Probeta para la prueba transversal
Probeta para la prueba de impacto transversal
FIGURA 1.- Orientación de la laminación del espécimen y de la probeta de prueba
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4/52
FIGURA 2.- Ubicación de las probetas de tensión en anillos cortados de productos tubulares.
3.7
Prueba radial
Significa que el eje longitudinal de la probeta es perpendicular al eje del producto y coincide con uno de los
radios de un círculo trazado, tomando como centro un punto del eje del producto (ver figura 2a).
3.8
Prueba tangencial
Significa que el eje longitudinal de la probeta es perpendicular a un plano que contenga los ejes del
producto y que sea tangente a un círculo trazado, tomando como centro el punto del eje del producto (ver
figuras 2a, 2b, 2c y 2d).
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3.9
Prueba transversal
A menos de que se defina específicamente de otra manera, significa que el eje longitudinal o de mayor
dimensión de la probeta es perpendicular a la dirección de máxima extensión del acero y hierro durante las
operaciones de laminado o forjado. El esfuerzo aplicado a una probeta de tensión transversal es
perpendicular a su máxima extensión y el eje del mandril de doblado para una probeta transversal es
paralelo a la dirección de máxima extensión (ver figura 1).
3.10
Resistencia de fluencia.
Término utilizado en materiales metálicos en los que no es visible el fenómeno de fluencia. Puede
determinarse por el método de extensión bajo carga o el método de deformación especificado (offset).
Es el esfuerzo al cual un material muestra una desviación especificada a partir de la proporcionalidad
esfuerzo-deformación. La desviación se expresa en términos de deformación o deformación permanente.
4
ORIENTACION DE LAS PROBETAS
4.1
Los términos “prueba longitudinal” y “prueba transversal”, se usan únicamente en las normas de
productos de hierro forjados, aceros forjados y laminados; no son aplicables a productos de piezas
fundidas, ver definiciones.
4.2
Los términos de prueba radial y prueba tangencial se usan en las normas de algunos productos
forjados cilíndricos y no se aplican a productos de acero colado. Cuando se hagan tales referencias con
respecto a una probeta, ver definiciones.
5
APARATOS DE PRUEBA DE TENSIÓN Y PROCEDIMIENTOS
5.1
Sistema de aplicación de la fuerza
5.1.1 Existen dos tipos de sistema de aplicación de la fuerza: mecánico (husillo) e hidráulico. Estos
sistemas difieren principalmente en la variabilidad de la velocidad de aplicación de la fuerza. El de husillo
motorizado está limitado a un pequeño intervalo de velocidades entre cabezales. Algunos mecanismos más
modernos de husillo y todas las máquinas hidráulicas permiten una variación continua a través de todo el
intervalo de velocidad.
5.1.2 La máquina para pruebas de tensión debe calibrarse periódicamente, mantenerse en condiciones
de operación y usarse únicamente en el intervalo conveniente de fuerza.
Para determinar las propiedades mecánicas en una máquina de prueba, la calibración de ésta, debe iniciar
con la fuerza mínima con la que se pretende usar.
5.1.3 Algunas máquinas están equipadas con registradores autográficos de fuerza-deformación que
permiten obtener curvas de esfuerzo-deformación. Debe hacerse notar que algunos registradores tienen un
dispositivo medidor de fuerza completamente independiente de la máquina de prueba, tales registradores
se calibran por separado.
5.1.4 Las gráficas esfuerzo-deformación deben determinarse midiendo el alargamiento de la probeta con
extensómetros.
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5.1.5
Los extensómetros utilizados deben estar calibrados de acuerdo con la norma que se menciona
en el inciso A.1 del apéndice “A” y utilizarse de acuerdo con la tabla 1 y la norma del producto.
TABLA 1.- Clases de extensómetro
Clasificación
Error relativo
de la medición
La resolución no
de
Valor fijo (in./in.
m/m)
0.00001
0.00005
0.0001
0.0005
0.005
0.05
debe ser mayor El error de la tensión no debe ser
mayor de
% de la lectura
Error fijo
Error relativo
(% de tension)
0.05
± 0.00002
± 0.1
0.25
± 0.0001
± 0.5
0.25
± 0.0002
± 0.5
0.5
± 0.001
±1
0.5
± 0.01
±1
0.5
± 0.1
±1
Clase A
± 0.1
Clase B-1
± 0.25
Clase B-2
± 0.5
Clase C
±1
Clase D
±1
Clase E
±1
NOTAS:
a) La clasificación Clase A, es muy difícil de lograr para longitudes calibradas cortas de 25.4 mm (1
in) o menores, por lo que la disponibilidad comercial de extensómetros que cumplan estos
requisitos puede ser muy limitada o inexistente.
b) La deformación de un extensómetro es la relación de su extensión respecto a la longitud
calibrada.
5.2
Aplicación de la fuerza
Una de las funciones de las mordazas o mecanismos de sujeción de la máquina de prueba, es la de
transmitir la fuerza por medio de los cabezales de la máquina a la probeta bajo prueba. El requisito esencial
es que la fuerza debe aplicarse axialmente. Esto implica que las mordazas estén alineadas con el eje de la
probeta, al principio y durante la prueba, tanto como sea posible y que se reduzca a un mínimo el peligro de
una aplicación no axial de la fuerza.
La sujeción de la probeta está restringida a la sección que queda fuera de la longitud calibrada; en el caso
de que algunos materiales se prueben en sección completa, es inevitable una acción no axial que, en tal
caso, es permisible.
5.3
Velocidad de prueba
5.3.1 La velocidad de prueba no debe ser mayor a aquella en la que puedan efectuarse con precisión las
lecturas de fuerza y deformación. La velocidad de prueba se expresa de alguna de las siguientes formas:
a) En términos de la velocidad de carrera libre del cabezal transversal (rapidez de movimiento del
cabezal transversal de la máquina de prueba cuando no está aplicando fuerza);
b) En términos del grado de separación de los dos cabezales de la máquina de prueba bajo fuerza;
c) En términos del grado de esfuerzo de la probeta;
d) En términos del grado de deformación de la probeta.
NOTA: No se deben realizar pruebas de tensión utilizando máquinas de circuito cerrado (control de
velocidad por retroalimentación) con control de fuerza, ya que este modo de prueba da como
resultado una aceleración del cabezal transversal al llegar a la fluencia y un valor mayor del
esfuerzo de fluencia.
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5.3.2 Se recomiendan las siguientes velocidades máximas para la mayoría de los productos de acero:
Puede usarse cualquier velocidad de prueba hasta la mitad del límite de fluencia especificado; cuando se
llega a este punto, la velocidad de separación del cabezal transversal debe ajustarse de manera que no
exceda de 1.57 mm (0.062 in) por minuto por cada 25.4 mm (1 in) de longitud calibrada, o bien de la
distancia entre mordazas para probetas a las que no se ha reducido su sección. Esta velocidad debe
mantenerse a través de la zona de fluencia. Para determinar la resistencia a la tensión, las velocidades de
separación bajo fuerza no deben exceder de 12.50 mm (0.500 in) por minuto por cada 25.40 mm (1 in) de
longitud calibrada.
En cualquier caso la velocidad mínima de prueba no debe ser menor que 1/10 el grado máximo
especificado para determinar el punto de fluencia o el esfuerzo de fluencia y el esfuerzo de tensión.
5.3.3 Se permite fijar la velocidad de la máquina de prueba ajustando la velocidad de carrera libre del
cabezal transversal a los valores arriba especificados, tanto como el régimen de separación de los
cabezales de los valores de estas máquinas sea menor que los valores especificados de la velocidad de
carrera libre del cabezal transversal.
5.3.4 Como alternativa, si la máquina está equipada con un dispositivo para indicar la velocidad de
aplicación del esfuerzo, se puede ajustar la velocidad de la máquina a partir de la mitad del límite de
fluencia especificado, el cual debe estar en el intervalo de 70 MPa/minuto a 690 MPa/minuto.
6
ESPECIFICACIONES DE LAS PROBETAS PARA PRUEBA DE TENSIÓN
6.1
Selección
Las probetas deben seleccionarse conforme a la norma o especificaciones particulares del producto.
6.1.1 Acero laminado
Los productos de acero laminado se prueban generalmente en dirección longitudinal, pero en algunos
casos, cuando el servicio lo justifica y el tamaño lo permite, la prueba se efectúa en dirección transversal,
radial o tangencial (ver figuras 1 y 2).
6.1.2 Acero forjado
En los aceros forjados de dado abierto, el metal requerido para la prueba de tensión generalmente es
suministrado por las extensiones o prolongaciones de uno o ambos extremos de las forjas, ya sea en todas
o en un número representativo indicado por las especificaciones del producto. Las probetas generalmente
son tomadas a la mitad del radio. Ciertas especificaciones del producto permiten el uso de una barra
representativa o la destrucción de una parte de la producción para propósitos de prueba. Para pruebas de
aros o discos, el metal es proporcionado por el incremento en el diámetro, espesor o longitud de la forja.
Los discos o anillos forjados, que se trabajan o extienden por forja en una dirección perpendicular al eje de
forja, generalmente tienen su extensión principal en círculos concéntricos y para estas muestras de tensión
tangencial, el metal extra requerido se obtiene de la periferia o del final de la pieza forjada. Para algunas
forjas, como rotores, se requieren pruebas de tensión radial. En estos casos las piezas son cortadas u
horadadas de locaciones especiales.
6.1.3 Acero colado
Las muestras, de las cuales se preparan las probetas para prueba de tensión, deben cumplir con los
requisitos de las normas mexicanas NMX-B-464 y NMX-B-081 (ver 2, Referencias).
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6.2
Tamaño y tolerancia
Las probetas deben ser de espesor completo o de una sección del material laminado o pueden ser
maquinadas a la forma y dimensiones de las figuras 3, 4, 5 y 6. La selección del tamaño y tipo se
especifican en la norma del producto aplicable. Las probetas de sección completa deben ser probadas en
200 mm (8 in) de longitud calibrada, a menos que se especifique de otra forma.
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DIMENSIONES
Probeta estándar
Tipo placa 40 mm (1 ½ in) de ancho
200 mm 8 in
50 mm (2 in)
Longitud
Longitud calibrada
calibrada
mm
in
mm
in
200 ±
8±
50 ±
2.00 ±
0.25
0.01
0.10
0.005
1½ +
40 + 3
40 + 3 1/8 ----6
6
1/4
Acotaciones
G-longitud calibrada (notas 1 y 2)
W – ancho (notas 3,5 y 6)
T – Espesor (nota 7)
Radio de reducción, mín. (nota 4)
Probeta subestándar
Tipo lámina
12.7 mm (½ in)
6 mm (1/4 in)
ancho
ancho
mm
50 ±
0.010
in
2±
0.005
125 ±
0.25
0.1
mm
in
25.0 ± 0.08
1.000 ± 0.003
6.25 ± 0.05
0.250 ± 0.002
Espesor del material
13
L – Longitud total. mín. (nota 2y 8)
A – Longitud de la sección reducida, mín.
B – Longitud de la sección de sujeción, mín.
(nota 9)
C – Ancho de la sección de sujeción.
Aproximada (nota 4, 10 y 11)
½
13
½
13
½
6
1/4
4
1¼
450
18
200
8
200
8
100
225
9
60
2¼
60
2¼
32
75
3
50
2
50
2
32
50
2
50
2
20
¾
10
1¼
3/8
NOTAS:
1)
Para la probeta de 40 mm de ancho, las marcas del punzón para medir el alargamiento después de la fractura, deben efectuarse en la parte plana (ancho) o
en la orilla (espesor) de la probeta y dentro de la sección reducida. Para la probeta de 200 mm (8 in) de longitud calibrada, pueden usarse, ya sea un juego de
nueve marcas de punzón separadas entre sí 25.4 mm (1 in), o bien uno o más pares de marcas espaciadas a 200 mm (8 in). Para l a probeta de 50 mm (2 in)
de longitud calibrada, pueden usarse, ya sea un juego de tres marcas de punzón separadas entre sí 25.4 mm (1 in) o bien uno o más pares de marcas
espaciadas a 50 mm (2 in).
FIGURA 3.- Probetas de tensión rectangulares
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2)
Para la probeta de 40 mm de ancho, las marcas del punzón para medir el alargamiento después de la fractura, deben efectuarse en la parte plana (ancho) o
en la orilla (espesor) de la probeta y dentro de la sección reducida. Para la probeta de 200 mm (8 in) de longitud calibrada, pueden usarse, ya sea un juego de
nueve marcas de punzón separadas entre sí 25.4 mm (1 in), o bien uno o más pares de marcas espaciadas a 200 mm (8 in). Para la probeta de 50 mm (2 in)
de longitud calibrada, pueden usarse, ya sea un juego de tres marcas de punzón separadas entre sí 25.4 mm (1 in) o bien uno o más pares de marcas
espaciadas a 50 mm (2 in).
3)
Para las probetas de 12.7 mm (½ in) de ancho, las marcas del punzón para medir el alargamiento después de la fractura, deben efectuarse en la parte plana
(ancho) o en la orilla (espesor) de la probeta y dentro de la sección reducida. Pueden usarse, ya sea un juego de tres marcas de punzón separadas entre sí
25.4 mm (1 in) o bien uno o más pares de marcas espaciadas a 50 mm (2 in).
4)
Para los tres tamaños de probeta, las orillas de la sección reducida no deben diferir en el ancho por más de 0.10 mm, 0.05 mm ó 0.025 mm (0.004 in, 0.002 in
ó 0.001 in), respectivamente. También puede haber una disminución gradual en el ancho desde las orillas hasta el centro, pero el ancho al final no debe ser
mayor de 0.40 mm, 0.10 mm ó 0.08 mm (0.015 in, 0.005 in o 0.003 in) respectivamente, mayores que el ancho en el centro.
5)
Los extremos de la probeta deben ser simétricos, con la línea central de la sección reducida dentro de una tolerancia de 2.5 mm (0.10 in), se considera que la
probeta es satisfactoria para todo tipo de prueba.
6)
Para cada uno de los tres tamaños de probeta, anchos menores (W y C) pueden ser utilizados cuando sea necesario. En dichos casos, el ancho de la sección
reducida debe ser tan grande como el ancho del material lo permita; sin embargo, a menos que sea afirmado específicamente, los requerimientos para
alargamiento en una especificación de producto no debe aplicar cuando estas probetas más estrechas son utilizadas. Si el ancho de un material es menor que
W, los lados deben ser paralelos de principio a fin del largo de la probeta.
7)
La probeta puede ser modificada haciendo los lados paralelos completamente a lo largo de la probeta, el ancho y las tolerancias siendo las mismas a las
especificadas arriba. Cuando sea necesaria una probeta más reducida puede ser usada, en el caso en que el ancho deba ser tan grande como el ancho del
material lo permita. Si el ancho es 38 mm (1 ½ in) o menor, los lados deben ser paralelos completamente al largo de la probeta.
8)
La letra T indica el espesor de la probeta. Para la probeta de 40 mm (1 ½ in) de ancho, el espesor mínimo nominal debe ser de 5 mm (3/16 in), excepto
cuando la especificación del producto indique otros espesores.
Para probetas con anchos de 12.7 mm (½ in) y 6 mm (¼ in), los espesores máximos nominales deben ser de 19 mm (¾ in) y 6 mm (¼ in) respectivamente.
9)
Para la prueba de tensión de probetas de 6 mm (¼ in) de ancho, la longitud total de la probeta estará en función del material y equipo a utilizar.
10) Es deseable, si es posible, hacer que el largo de la sección de sujeción sea lo suficientemente larga para permitir a la probeta extenderse dentro de las
mordazas a una distancia igual a dos tercios o más del largo de las mordazas.
11) Para probetas planas tamaño estándar y menores, las orillas deben ser simétricas con la línea central de la sección reducida dentro de 0.25 mm y 0.13 mm
(0.01 in y 0.005 in), respectivamente. Sin embargo, una probeta puede ser considerada satisfactoria para todos los casos, excepto para prueba de arbitraje
(tercería), si las orillas de la probeta de 12.7 mm (½ in) de ancho son simétricas dentro de 1.00 mm (0.05 in).
12) Para probetas estándar tipo placa, las orillas deben ser simétricas con la línea central de la sección reducida dentro de 6.35 mm (0.25 in) excepto para prueba
de arbitraje (tercería) en cuyo caso las orillas de la probeta deben ser simétricas con la línea central de la sección reducida dentro de 2.5 mm (0.10 in).
FIGURA 3 (Continuación).- Probetas de tensión rectangulares
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11/52
DIMENSIONES
Acotaciones
G- Longitud
calibrada
D – Diámetro
R – Radio de
reducción,
mín.
A – Longitud
de la sección
NOTAS:
mm
12.5
50 ± 1.10
12.5 ± 0.25
10
60
Probeta estándar
in
mm
0.5
8.75
2.00 ± 0.005
35.0 ± 0.10
in
0.350
1.400 ± 0.005
0.500 ± 0.010
0.350 ± 0.007
3/8
2 1/4
8.75 ± 0.18
6
45
¼
1 3/4
Probeta de tamaños pequeños proporcionales al estándar
mm
in
mm
in
6.25
0.25
4
0.16
25 ± 0.10
1.00 ± 0.005
16.0 ± 0.10
0.640 ± 0.005
6.25 ± 0.12
5
32
0.250 ± 0.005
3/16
1 1/4
4.00 ± 0.08
4
20
0.160 ± 0.003
5/32
3/4
mm
2.5
10 ± 0.10
in
0.113
0.450 ± 0.005
2.50 ± 0.05
0.113 ± 0.002
2
16
3/32
5/8
1) La sección reducida puede tener un decremento gradual en el diámetro desde los extremos hacia el centro, pero el diámetro de los extremos no deben ser mayores del 1%
que el diámetro del centro de la probeta.
2) Si se desea colocar un extensómetro, se puede incrementar la longitud de la sección reducida para acomodarlo, no obstante la marcas de referencia deben ser espaciadas a
lo largo de la longitud calibrada
3) La longitud calibrada y radios deben ser como se muestra en la figura 4, pero los extremos pueden ser de cualquier forma para sujetarse en las mordazas de la máquina de
prueba, de tal forma que la fuerza sea axial. Si los extremos van a ser sostenidos en mordazas con cuñas es deseable, si es posible, hacer que la longitud de la sección de
sujeción sea suficiente para permitir a la probeta extenderse dentro de las mordazas a una distancia igual o mayor a dos tercios del largo de las mordazas.
4) En las probetas cilíndricas de las figuras 5 y 6, las longitudes calibradas son iguales a cuatro veces el diámetro nominal. En algunas especificaciones de productos se puede
indicar una relación diferente a 4:1, sin embargo el porcentaje de alargamiento puede no ser comparable con el obtenido en las probetas estándar.
5) El uso de probetas menores a 6.25 mm (0.250 in) de diámetro se deben restringir para casos cuando el material a ser probado es de tamaño insuficiente para obtener
probetas más largas o cuando todas las partes están de acuerdo para el uso de esta probeta en la prueba. Probetas más pequeñas requieren equipo adecuado y una mayor
habilidad en el maquinado y en la prueba.
FIGURA 4.- Probeta cilíndrica estándar de 12.7 mm (0.500 in) de diámetro para prueba de tensión con 50 mm (2 in) de longitud
calibrada y ejemplos de probetas de tamaño menor y proporcionales a las probetas estándar.
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(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
DIMENSIONES
Acotaciones
Probeta 1
mm
G-Longitud
calibrada
D–
Diámetro
(nota 1)
R- Radio de
la
reducción,
mín.
A–
Longitud de
la sección
reducida
L–
Longitud
total,
aproximada
50 ± 0.10
Probeta 2
in
2.000 ±
0.005
Probeta 3
Probeta 4
Probeta 5
mm
in
Mm
in
mm
in
mm
50 ± 0.10
2.000 ± 0.005
50 ± 0.10
2.000 ± 0.005
50 ± 0.10
2.000 ± 0.005
50 ± 0.10
in
2.000 ±
0.005
12.5 ±
0.25
0.500 ±
0.010
12.5 ±
0.25
0.500 ± 0.010
12.5 ±
0.25
0.500 ± 0.010
12.5 ±
0.25
0.500 ± 0.010
12.5 ±
0.25
0.500 ±
0.010
10
3/8
10
3/8
2
1/16
10
3/8
10
3/8
60, mín.
2¼, mín.
60, mín.
2¼, mín.
100,
aprox.
4, aprox.
60, mín.
2¼, mín.
60, mín.
2¼, mín.
125
5
140
5 1/2
140
5.5
120
4 3/4
240
9 1/2
FIGURA 5.- Tipos sugeridos de extremos para probetas cilíndricas estándar para prueba de tensión
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13/52
Acotaciones
Probeta 1
mm
B – Sección
de sujeción
(nota 2)
C–
Diámetro de
la sección
de sujeción
E–
Longitud del
hombro y
sección de
reducción,
aproximada
F–
Diámetro
del hombro
NOTAS:
35, aprox.
Probeta 2
in
1 3/8
Probeta 3
Probeta 4
Probeta 5
mm
in
Mm
in
mm
in
mm
in
25, aprox.
1, aprox.
20, aprox.
¾, aprox.
13, aprox.
1/2, aprox.
75, mín.
3, mín
20
3/4
20
3/4
18
23/32
22
7/8
20
3/4
---
---
16
5/8
---
---
20
3/4
16
5/8
---
---
16
5/8
---
---
16
5/8
15
19/32
1) La sección reducida puede tener un decremento gradual de las orillas hacia el centro no mayor de 0.10 mm (0.005 in) de diámetro.
2) En la probeta 5 es recomendable que la longitud de la sección de sujeción sea lo suficientemente grande para permitir a la probeta extenderse dentro de las
mordazas una distancia igual a dos tercios o más del largo de las mordazas.
3) Los tipos de rosca de las figuras 1 y 2 son aplicables para las probetas cilíndricas estándar de 12.7 mm (0.500 in), se pueden utilizar probetas de tamaño
mayor. Se sugiere el uso de roscas series UNF (de3⁄4 por 16, 1⁄2 por 20, 3⁄8 por 24, y 1⁄4 por 28) para materiales frágiles de alta resistencia para evitar la
fractura en la zona roscada.
FIGURA 5 (Continuación).- Tipos sugeridos de extremos para probetas cilíndricas estándar para prueba de tensión
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Acotaciones
Probeta 1
mm
G- Longitud
paralela
dentro de la
sección
reducida
D - Diámetro
R – Radio de
reducción,
mín.
A – Longitud
de sección
reducida,
mín.
L – Longitud
total, mín.
B- Sección
de sujeción,
aproximada
C – Diámetro
del extremo
final, aprox.
E – Longitud
del hombro,
mín.
F – Diámetro
del hombro,
mín.
NOTA:
Probeta 2
in
mm
Probeta 3
in
mm
in
Deben ser iguales o mayores que el diámetro “D”
12.5 ± 0.25
0.500 ± 0.010
20 ± 0.40
0.750 ± 0.015
30 ± 0.60
1.25 ± 0.025
25
1
25
1
50
2
32
1 1/4
38
1 /1/2
60
2 1/4
95
3 3/4
100
4
160
6 3/8
25
1.00
25
1
45
1 3/4
20
3/4
30
1 1/8
48
1 7/8
6
1/4
6
1/4
8
5/16
16.0 ± 0.40
5/8 ± 1/64
24.0 ± 0.40
15/16 ± 1/64
36.5 ± 0.40
1 7/16 ±
1/64
Se debe notar la sección reducida y los hombros (dimensiones A, D, E, F, G, y R), pero la sección de
sujeción puede ser de cualquier forma para ajustar las mordazas de la máquina de prueba de tal forma
que la fuerza sea axial. Comúnmente la sección de sujeción es roscada y tiene las dimensiones B y C
dadas arriba.
FIGURA 6.- Probetas estándar de hierro fundido para prueba de tensión
NMX-B-172-CANACERO-2013
15/52
6.3
Obtención de probetas
Las probetas deben obtenerse del material a probarse mediante: corte (con sierra, oxígeno o cizalla) o
troquel, u otro medio adecuado. Generalmente son maquinadas para tener una sección transversal
reducida (en la longitud media) para obtener una distribución uniforme del esfuerzo en la sección
transversal y que la fractura se localice en esa zona. Se deben de remover por maquinado todas las
imperfecciones de las orillas y las zonas distorsionadas de las áreas trabajadas en frío o afectadas por el
calor, en la sección usada para evaluar la prueba.
6.4
Envejecimiento de las probetas
A menos de que se especifique de otra forma, se debe permitir envejecer las probetas para la prueba de
tensión. El ciclo de tiempo-temperatura empleado debe ser tal que el efecto no altere la condición del
material de la probeta. Esto puede ser logrado envejeciéndola a temperatura ambiente de 24 h a 48 h, o en
un tiempo más corto a temperaturas ligeramente elevadas mediante ebullición de agua, calentamiento en
aceite o en un horno.
6.5
Determinación de las dimensiones de las probetas
6.5.1
Probetas rectangulares estándar para la prueba de tensión
Esta forma de probetas se muestra en la figura 3. Para determinar el área de la sección transversal, debe
medirse el ancho en el centro con una aproximación de 0.13 mm (0.005 in) para la longitud calibrada de
200 mm (8 in) (ver figura 4) y 0.03 mm (0.001 in) para la probeta de longitud calibrada de 50 mm que se
muestra en la figura 3. El espesor de la parte central debe medirse con una aproximación de 0.03 mm
(0.001 in) para ambas probetas.
Donde:
A es el área de la sección transversal.
a es el ancho medido en el centro de la probeta.
e es el espesor de la probeta.
6.5.2
Probetas de sección circular estándar para la prueba de tensión
Esta forma de probeta se muestra en las figuras 4 y 5. Para determinar el área de la sección transversal,
debe medirse el diámetro en el centro de la longitud calibrada con una aproximación de 0.025 mm (0.001
in).
Donde:
A es el área de la sección transversal.
d es el diámetro en el centro.
es la constante de la relación perímetro-diámetro.
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6.6 General
Las probetas deben ser de sección completa o maquinada según se indique en la norma del producto.
6.6.1 Las probetas preparadas inadecuadamente, a menudo dan resultados erróneos. Es importante, por lo
tanto, que se tenga el mayor cuidado en la preparación de las probetas particularmente en el maquinado,
para asegurar un buen acabado.
6.6.2 Para provocar la fractura en el centro de la longitud calibrada, es conveniente tener la menor área
transversal en este punto; esto se logra mediante la reducción de la longitud calibrada, que tiene cada una
de las probetas descritas en las siguientes secciones.
6.6.3 Para materiales frágiles es conveniente tener un radio grande en los extremos de la longitud
calibrada.
7
PROBETAS TIPO PLACA O PLANCHA
Las probetas estándar tipo placa o plancha se muestran en la figura 3. Esta probeta se usa para probar
materiales metálicos en forma de placa, perfiles estructurales, barras con un espesor nominal de 4.76 mm
(3/16 de in) o mayor. Cuando las normas del producto lo permitan pueden usarse otros tipos de probetas.
NOTA: Cuando se indique en la norma del producto, puede usarse la probeta de la figura 3 con 200 mm (8
in) de longitud calibrada, para lámina y cintas.
8
PROBETAS TIPO LÁMINA
Las probetas estándar tipo lámina se muestran en la figura 3. Esta probeta se usa para probar materiales
metálicos en forma de lámina, placa, alambre plano, cintas, bandas y fleje que tengan un espesor nominal
que varíe de 0.13 mm a 25.4 mm (0.005 in a 1 in). Cuando la norma del producto lo permita, puede usarse
otro tipo de probeta, como se indica en el capítulo 9.
NOTA: Cuando se indique en la norma del producto, puede usarse la probeta de la figura 3 con 200 mm (8
in) de longitud calibrada, para lámina y cintas.
9
PROBETAS DE SECCIÓN CIRCULAR
9.1
La probeta estándar de sección circular de 12.50 mm (0.5 in) de diámetro que se muestra en la
figura 4, se usa, generalmente, para la prueba de materiales metálicos, ya sea vaciados, laminados o
forjados.
9.2
En la figura 4 se muestran probetas más pequeñas y proporcionales a la estándar, las cuales
pueden usarse cuando es necesario probar material del cual la probeta estándar o las probetas que se
muestran en las figura 3 no pueden prepararse. Pueden utilizarse otras dimensiones para la probetas de
sección circular más pequeña; en tales casos, la longitud calibrada debe ser cuatro veces el diámetro de la
probeta (ver nota 4 de la figura 4).
9.3
La forma de los extremos de la probeta fuera de la longitud calibrada debe ser adecuada al material,
de tal forma que se ajuste a los mecanismos de sujeción de la máquina de prueba, a fin de que la fuerza
NMX-B-172-CANACERO-2013
17/52
pueda aplicarse axialmente. La figura 5 muestra probetas con varios tipos de extremos de sujeción que han
dado resultados satisfactorios.
10
MARCAS DE CALIBRACIÓN
10.1 Las probetas deben marcarse mediante punzón, rayador o algún otro medio. El propósito de estas
marcas de calibración es determinar el porcentaje de alargamiento. Las marcas efectuadas con punzón
deben ser ligeras, nítidas y la distancia entre ellas debe medirse con precisión. En las probetas duras las
marcas de calibración pueden provocar fracturas.
Las marcas para medir el alargamiento después de la fractura, deben efectuarse en el lado plano o en el
canto de la probeta plana para la prueba de tensión y dentro de la sección paralela, para la probeta de 200
mm (8 in) de longitud calibrada, ver figura 3; opcionalmente pueden usarse marcas intermedias de
calibración a lo largo de la probeta. Las probetas rectangulares con una longitud calibrada de 50 mm (2 in),
ver figura 3 y de sección circular, ver figura 4 se marcan mediante un punzón de doble punto, o por otro
sistema. En ambos casos, los puntos marcados deben estar aproximadamente equidistantes del centro de
la longitud de la sección reducida. Las mismas precauciones deben observarse cuando la probeta es de
sección completa.
11
DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE TENSIÓN
11.1
Límite de fluencia
Es el primer esfuerzo detectable en el cual ocurre una deformación sin un incremento en el esfuerzo, para
materiales que tienen un diagrama de esfuerzo-deformación bien definido y en los que se identifica
fácilmente el límite de fluencia, éste debe determinarse por alguno de los métodos que se describen en
11.1.1 y 11.1.2.
NOTA: El límite de fluencia también se conoce como límite de cedencia.
11.1.1 Método de detención de la aguja indicadora o de caída de la viga o brazo indicador.
Cuando se emplea una máquina equipada con carátula análoga de fuerza, hay una detención de la aguja
indicadora, la que se registra como la correspondiente al límite de fluencia. Cuando se usa una máquina
con indicador digital de fuerza, la detención en el avance de la fuerza (si no se usa la función de puntero
cuando existe una disminución de la fuerza), se registra como la correspondiente al límite de fluencia.
Cuando se use una máquina con nivel y contrapeso, se aplica a la probeta una fuerza creciente a una
velocidad uniforme; el operador mantiene la viga en balance moviendo el contrapeso a una velocidad
uniforme. Cuando se alcanza el límite de fluencia en el material, el aumento de la fuerza se interrumpe,
pero el operador corre el contrapeso un poco más allá de la posición de balance, y la viga de la máquina
cae por un breve pero apreciable intervalo de tiempo.
11.1.2 Método de diagrama autográfico
Cuando se obtiene un diagrama esfuerzo-deformación en el que se define bien la zona de fluencia, el
esfuerzo correspondiente al ángulo agudo de la curva (ver figura 7) o el esfuerzo al cual la curva cae, se
considera como el límite de fluencia.
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18/52
NOTA: Cuando las probetas no exhiben una deformación desproporcionada que caracteriza al límite de
fluencia descritos en 11.1.1 y 11.1.2, puede obtenerse un valor equivalente al límite de fluencia en
su significado práctico, mediante el método que se indica en el inciso 11.2.2
FIGURA 7.- Diagrama de esfuerzo – deformación mostrando el límite de fluencia.
11.2
Resistencia de fluencia
Cuando un material no presenta un punto de fluencia definido (por los métodos de la caída de la aguja,
detención del indicador de la máquina de prueba o gráficamente) se obtiene el valor equivalente llamado
resistencia de fluencia, siendo el esfuerzo en el cual un material muestra una desviación especificada a
partir de la proporcionalidad del esfuerzo-deformación. La desviación se expresa en términos de
deformación o deformación permanente y se determina por alguno de los siguientes métodos:
La resistencia de fluencia se determina mediante la siguiente fórmula:
Resistencia de fluencia (MPa) = fuerza /área de sección transversal de la probeta
11.2.1 Método de la deformación permanente especificada (Offset)
Para determinar la resistencia de fluencia por este método es necesario contar con datos (gráfica
automática o numérica) con los cuales pueda trazarse un diagrama esfuerzo-deformación, sobre el cual se
trazará una línea "om" igual al valor especificado de deformación trazando "mn" paralelo a "O-A" y
localizando la intersección de "mn" con la curva esfuerzo-deformación (r), esto indicará la fuerza "R" que es
la correspondiente a la resistencia de fluencia (ver figura 8).
Al informar los valores obtenidos por este método, debe especificarse entre paréntesis la deformación que
se empleó, después del término resistencia de fluencia.
Ejemplo:
Resistencia de fluencia (0.2 % deformación) = 357 MPa (36 kg/mm²)
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19/52
Cuando se use este método el extensómetro que se emplee debe estar de acuerdo con 5.1.5 y colocarse
en la probeta.
om = deformación especificada
FIGURA 8.- Diagrama de esfuerzo-deformación para determinar la resistencia de fluencia por el
método de la deformación permanente especificada
El límite de proporcionalidad puede definirse como un valor especial de la resistencia de fluencia, conforme
a la NMX-B-309-CANACERO, ver 2, Referencias.
11.2.2 Método de extensión bajo carga (EBC)
En las pruebas para determinar la aceptación o rechazo de materiales cuyos diagramas esfuerzodeformación son bien conocidos por pruebas previas en materiales similares y para los cuales se realizaron
diagramas esfuerzo-deformación y la deformación correspondiente al esfuerzo al cual se presenta la
deformación especificada se conoce dentro de los límites satisfactorios. El esfuerzo en la probeta cuando
se ha alcanzado esta deformación es el valor correspondiente a la resistencia de fluencia. Se fija a la
probeta un extensómetro, y cuando la fuerza produce un alargamiento especificado se habrá alcanzado el
esfuerzo correspondiente a la fuerza que debe considerarse como límite de fluencia. Este método debe
usarse únicamente cuando la norma particular del producto lo permita (ver figura 9).
Al informar los valores obtenidos por este método, debe especificarse entre paréntesis el valor de la
extensión que se empleó, después del término resistencia de fluencia.
Ejemplo:
Resistencia de fluencia (5 % EBC) = 360 MPa (37 kg/mm²)
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20/52
La deformación total puede ser obtenida satisfactoriamente mediante el uso de un extensómetro clase B1,
ver tabla 1.
NOTAS:
1)
2)
3)
Existen dispositivos automáticos para determinar la resistencia de fluencia del método offset sin el
trazado de la curva esfuerzo-deformación. Dichos dispositivos pueden ser usados si su exactitud ha
sido demostrada.
Para acero con un límite de fluencia especificado no superior a 550 MPa (5600 kg/cm 2) un valor
apropiado es 0.5 % de la longitud inicial del extensómetro. Para valores por encima de 550 MPa (5600
kg/cm2), este método no es válido a menos que el porcentaje de extensión sea incrementado.
El perfil de la parte inicial de una curva esfuerzo-deformación determinado autográficamente (o una
curva fuerza-alargamiento) puede ser afectada por numerosos factores tales como el asentamiento de
la probeta en las mordazas, el enderezamiento de una probeta doblada debido a las tensiones
residuales, y a la fuerza rápida permitida en 5.3. Generalmente, las aberraciones en esta parte de la
curva deben ser ignoradas.
FIGURA 9.- Diagrama esfuerzo-deformación mostrando el límite de fluencia por el método de
extensión total bajo carga.
11.2.3 Método alternativo para determinar la resistencia de fluencia en productos tubulares
11.2.3.1 Determinación del límite de fluencia transversal por el método de expansión de probeta anular.
11.2.3.2 El método para determinar el límite de fluencia transversal en productos tubulares, que se describe
en la sección general de estos métodos partiendo de probetas normales de tensión, cortadas
transversalmente de las secciones tubulares y debido a que es necesario enderezarlas en frío, provoca que
se modifiquen sus propiedades mecánicas, a tal grado, que la resistencia de fluencia obtenida no es
verdaderamente representativa.
La resistencia de fluencia transversal es sumamente importante en algunas clases de productos tubulares,
como son los tubos para líneas de conducción, por lo tanto es conveniente contar con un método para
determinar la resistencia de fluencia verdadera.
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21/52
11.2.3.3 A continuación se describe una máquina de prueba y un método (ver 11.2.3.4 a 11.2.3.6), para
determinar la resistencia de fluencia transversal de una probeta anular.
11.2.3.4 En la figura 10 se muestra un esquema de una sección transversal vertical de la máquina de
prueba.
FIGURA 10.- Máquina de prueba para determinar la resistencia de fluencia transversal en probetas
anulares.
11.2.3.5 En esta máquina se usa una probeta anular (comúnmente de 75 mm de ancho) para determinar el
límite de fluencia transversal. Para efectuar la prueba, se retira la tuerca circular de la máquina; se
determina el espesor de pared del anillo de prueba y éste se desliza exteriormente sobre el empaque de
hule a prueba de aceite; se vuelve a colocar la tuerca en su lugar dejando un ligero claro entre la probeta y
la tuerca con el propósito de permitir un movimiento radial libre mientras está probándose. A continuación
se inyecta aceite a presión en el interior del empaque de hule a través de la línea de presión bajo el control
de una válvula adecuada; un manómetro calibrado sirve para medir la presión del aceite. Si existiera aire en
el sistema, éste se elimina mediante una línea de purga, el empaque de hule se expande, por lo cual la
pared de la probeta se somete a un esfuerzo. A medida que la presión aumenta, los labios del empaque del
hule actúan como sello para prevenir la fuga de aceite y el aumento continuo en la presión sujetan el anillo
a un esfuerzo de tensión con su correspondiente alargamiento. La circunferencia exterior de la probeta
anular se considera como la longitud calibrada y la deformación se mide mediante un extensómetro
adecuado que se describe en 11.2.3.6.
Cuando se alcanza la deformación total deseada o se llega a la extensión bajo carga especificada, la
presión del aceite medida en kg/mm² se lee, y empleando la fórmula de Barlow se calcula el esfuerzo
unitario de fluencia:
Donde:
P es la presión interior.
S es el esfuerzo circunferencial unitario.
e es el espesor de la pared del tubo.
D es el diámetro exterior del tubo.
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22/52
Este resultado es representativo, ya que la probeta no ha sido trabajada en frío para aplanarla y se
aproxima a las condiciones de la sección tubular de la que ha sido cortado. Además, la prueba simula con
exactitud las condiciones de servicio en línea de conducción.
Puede usarse una sola máquina de prueba para diferentes tamaños de tubo, mediante el uso de empaques
y adaptadores de hule adecuados.
11.2.3.6 Un extensómetro del tipo cadena con rodillos es satisfactorio para medir el alargamiento de la
probeta y se muestra en las figuras 11 y 12; la primera de estas figuras, muestra el extensómetro abierto y
la figura 12 muestra el extensómetro ya cerrado.
FIGURA 11.- Extensómetro de cadena abierto.
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FIGURA 12.- Extensómetro de cadena cerrado.
La tensión que es necesaria para detener el instrumento en su lugar y eliminar cualquier holgura se ejerce
sobre la cadena mediante un resorte, la tensión de ese resorte puede regularse según se desee, mediante
el tornillo de ajuste y eliminando o añadiendo rodillos, la cadena puede adaptarse para diferentes tamaños
de tubos.
11.3
Resistencia a la tensión
Se calcula dividiendo la fuerza máxima que soporta la probeta durante la prueba entre su área original
transversal.
11.4
Alargamiento
11.4.1 Los extremos de la probeta fracturada deben ajustarse cuidadosamente, y la distancia entre las
marcas de calibración debe medirse con una aproximación de 0.25 mm para longitudes calibradas de 50
mm y menores, con una aproximación hasta de 0.5 % de la longitud calibrada, para longitudes calibradas
mayores de 50 mm. El alargamiento es el aumento de la longitud de la zona calibrada expresado como un
porcentaje de la longitud calibrada original. Para informar sobre los valores de alargamiento, deben citarse
tanto el porcentaje de aumento, como la longitud calibrada original.
11.4.2 Si cualquier parte de la fractura se presenta fuera de las dos cuartas partes centrales de la longitud
calibrada en las marcas de calibración o fuera de la sección reducida, el valor de alargamiento puede no
ser representativo del material. Si el alargamiento medido en estas condiciones satisface los requisitos
mínimos especificados, no se requiere prueba posterior. Si no cumple con los requisitos mínimos
especificados, esta prueba debe descartarse y efectuarse otra.
11.4.3 La prueba podrá detenerse para evitar la fractura de la probeta, después de alcanzar la resistencia a
la tensión (ver 11.3) y el alargamiento especificados, cuando la fuerza va decreciendo.
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24/52
11.4.4 Se pueden utilizar extensómetros para medir el alargamiento.
11.5
Reducción de área
Los extremos de la probeta fracturada deben ajustarse para medir el diámetro o el ancho y espesor de la
sección transversal más pequeña (según sea la geometría de la probeta). La medición debe realizarse con
la misma precisión que en las dimensiones originales.
La diferencia entre el área así encontrada y el área de la sección transversal original, expresada como un
porcentaje del área original, es la reducción de área.
Donde:
RA es reducción de área
A0 es área inicial
Af es área final
12
PRUEBA DE DOBLADO
Para los efectos de la prueba de doblado se debe cumplir con lo establecido en la norma NMX-B-113 o
NMX-B-051, (ver 2, Referencias).
13
PRUEBA DE DUREZA
13.1 La prueba de dureza determina la resistencia a la penetración del material y ocasionalmente se
emplea para obtener una aproximación de la resistencia a la tensión. En la tabla 2 se encuentran los
valores para conversión de dureza de una escala a otra, así como los datos aproximados de la resistencia
a la tensión correspondiente. Existen varios métodos para determinar dureza, los más comunes son:
Brinell, Rockwell y Vickers.
NMX-B-172-CANACERO-2013
25/52
TABLA 2.- Números de conversión aproximada de dureza para aceros no austeníticos (Rockwell B a
otras escalas o tipos de dureza)
Escala
Rockwell B.
Carga 100
kg, balín de
1.588 mm
(1/16 in)
100
99
98
97
96
95
94
93
92
91
90
89
88
87
86
85
84
83
82
81
80
79
78
77
76
75
74
73
72
71
70
69
68
67
66
65
64
63
62
61
60
59
58
57
56
55
54
53
52
51
Número
de
dureza
Vickers
Dureza
Brinell.
Carga
3 000
kg
Balín de
10 mm
Dureza
Knoop
Carga
500 g
Escala
Rockwell A
Carga 60 kg.
Penetrador
de diamante
240
234
228
222
216
210
205
200
195
190
185
180
176
172
169
165
162
159
156
153
150
147
144
141
139
137
135
132
130
127
125
123
121
119
117
116
114
112
110
108
107
106
104
103
101
100
---------
240
234
228
222
216
210
205
200
195
190
185
180
176
172
169
165
162
159
156
153
150
147
144
141
139
137
135
132
130
127
125
123
121
119
117
116
114
112
110
108
107
106
104
103
101
100
---------
251
246
241
236
231
226
221
216
211
206
201
196
192
188
184
180
176
173
170
167
164
161
158
155
152
150
147
145
143
141
139
137
135
133
131
129
127
125
124
122
120
118
117
115
114
112
111
110
109
108
61.5
60.9
60.2
59.5
58.9
58.3
57.6
57.0
56.4
55.8
55.2
54.6
54.0
53.4
52.8
52.3
51.7
51.1
50.6
50.0
49.5
48.9
48.4
47.9
47.3
46.8
46.3
45.8
45.3
44.8
44.3
43.8
43.3
42.8
42.3
41.8
41.4
40.9
40.4
40.0
39.5
39.0
38.6
38.1
37.7
37.2
36.8
36.3
35.9
35.5
Escala
Rockwell
F
Carga de
60 kg
Balín de
1.588 mm
(1/16 in)
--------------------------------------------------99.6
99.1
98.5
98.0
97.4
96.8
96.2
95.6
95.1
94.5
93.9
93.4
92.8
92.2
91.7
91.1
90.5
90.0
89.4
88.8
88.2
87.7
87.1
86.5
86.0
Escala 15
T Carga
15 kg
Balín de
1.588 mm
(1/16 in)
Escala 30
T Carga
30 kg
Balín de
1.588 mm
(1/16 in)
Escala 45
T Carga
45 kg
Balín de
1.588 mm
(1/16 in)
Resistencia
a la tensión
Aproximada
MPa (ksi)
93.1
92.8
92.5
92.1
91.8
91.5
91.2
90.8
90.5
90.2
89.9
89.5
89.2
88.9
88.6
88.2
87.9
87.6
87.3
86.9
86.6
86.3
86.0
85.6
85.3
85.0
84.7
84.3
84.0
83.7
83.4
83.0
82.7
82.4
82.1
81.8
81.4
81.1
80.8
80.5
80.1
79.8
79.5
79.2
78.8
78.5
78.2
77.9
77.5
77.2
83.1
82.5
81.8
81.1
80.4
79.8
79.1
78.4
77.8
77.1
76.4
75.8
75.1
74.4
73.8
73.1
72.4
71.8
71.1
70.4
69.7
69.1
68.4
67.7
67.1
66.4
65.7
65.1
64.4
63.7
63.1
62.4
61.7
61.0
60.4
59.7
59.0
58.4
57.7
57.0
56.4
55.7
55.0
54.4
53.7
53.0
52.4
51.7
51.0
50.3
72.9
71.9
70.9
69.9
68.9
67.9
66.9
65.9
64.8
63.8
62.8
61.8
60.8
59.8
58.8
57.8
56.8
55.8
54.8
53.8
52.8
51.8
50.8
49.8
48.8
47.8
46.8
45.8
44.8
43.8
42.8
41.8
40.8
39.8
38.7
37.7
36.7
35.7
34.7
33.7
32.7
31.7
30.7
29.7
28.7
27.7
26.7
25.7
24.7
23.7
800 (116)
785 (114)
(750) 109
(715) 104
705 (102)
690 (100)
675 (98)
650 (94)
635 (92)
620 (90)
615 (89)
605 (88)
590 (86)
580 (84)
570 (83)
565 (82)
560 (81)
550 (80)
530 (77)
505 (73)
495 (72)
485 (70)
475 (69)
470 (68)
460 (67)
455 (66)
450 (65)
440 (64)
435 (63)
425 (62)
420 (61)
415 (60)
405 (59)
400 (58)
395 (57)
385 (56)
-----------------------------
NMX-B-172-CANACERO-2013
26/52
TABLA 2 (Continuación).- Números de conversión aproximada de dureza para aceros no
austeníticos (Rockwell B a otras escalas o tipos de dureza)
Escala
Rockwell B.
Carga 100
kg, balín de
1.588 mm
(1/16 in)
50
49
48
47
46
45
44
43
42
41
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
Número
de
dureza
Vickers
Dureza
Brinell.
Carga
3 000
kg
Balín de
10 mm
Dureza
Knoop
Carga
500 g
Escala
Rockwell A
Carga 60 kg.
Penetrador
de diamante
-------------------------------------------
-------------------------------------------
107
106
105
104
103
102
101
100
99
98
97
96
95
94
93
92
91
90
89
88
87
35.0
34.6
34.1
33.7
33.3
32.9
32.4
32.0
31.6
31.2
30.7
30.3
29.9
29.5
29.1
28.7
28.2
27.8
27.4
27.0
26.6
Escala
Rockwell
F
Carga de
60 kg
Balín de
1.588 mm
(1/16 in)
85.4
84.8
84.3
83.7
83.1
82.6
82.0
81.4
80.8
80.3
79.7
79.1
78.6
78.0
77.4
76.9
76.3
75.7
75.2
74.6
74.0
Escala 15
T Carga
15 kg
Balín de
1.588 mm
(1/16 in)
Escala 30
T Carga
30 kg
Balín de
1.588 mm
(1/16 in)
Escala 45
T Carga
45 kg
Balín de
1.588 mm
(1/16 in)
Resistencia
a la tensión
Aproximada
MPa (ksi)
76.9
76.6
76.2
75.9
75.6
75.3
74.9
74.6
74.3
74.0
73.6
73.3
73.0
72.7
72.3
72.0
71.7
71.4
71.0
70.7
70.4
49.7
49.0
48.3
47.7
47.0
46.3
45.7
45.0
44.3
43.7
43.0
42.3
41.6
41.0
40.3
39.6
39.0
38.3
37.6
37.0
36.3
22.7
21.7
20.7
19.7
18.7
17.7
16.7
15.7
14.7
13.6
12.6
11.6
10.6
9.6
8.6
7.6
6.6
5.6
4.6
3.6
2.6
-------------------------------------------
NOTA:
Esta tabla da una relación aproximada entre los valores de dureza Rockwell y Brinell y un valor aproximado
correspondiente a la resistencia a la tensión del acero. Es posible que aceros de diferentes composiciones y procesos
se desvíen de la relación de dureza-tensión presentada en esta tabla. Los datos que se presentan en esta tabla no
representan una conversión de dureza a resistencia a la tensión aproximada para los aceros austeníticos, ferríticos, o
inoxidables martensÍtIcos. Donde se requiera una conversión más precisa, debe desarrollarse especialmente para cada
composición de acero, tratamiento térmico y parte.
13.2 Prueba de dureza Brinell
Para los efectos de la prueba de dureza Brinell se debe cumplir con lo establecido en la norma NMX-B-116
(ver 2, Referencias).
13.3 Prueba de dureza Vickers
Para los efectos de la prueba de dureza Vickers se debe cumplir con lo establecido en la norma NMX-B118 (ver 2, Referencias).
13.4 Prueba de dureza Rockwell
Para los efectos de la prueba de dureza Rockwell se debe cumplir con lo establecido en la norma NMX-B119 (ver 2, Referencias).
NMX-B-172-CANACERO-2013
27/52
13.5 Aparatos portátiles para la prueba de dureza
Para los requisitos detallados sobre la prueba de dureza con aparatos portátiles, debe consultarse la NMXB-313 (ver 2, Referencias).
14
PRUEBA DE IMPACTO CHARPY
Para los efectos de la prueba de impacto Charpy se debe cumplir con lo establecido en la norma NMX-B120 (ver 2, Referencias).
15
METODOS DE PRUEBA PARA TUBOS
El método de prueba para tubos comprende: redondos, cuadrados, rectangulares y formas especiales.
15.1 Prueba de tensión
15.1.1 Probetas longitudinales de sección completa
Dependiendo de la capacidad de prueba del equipo, las probetas deben ser de sección completa. Deben
usarse insertos de metal, introducidos en los extremos de las probetas tubulares, a fin de que las mordazas
de la máquina de prueba las sujeten firmemente sin aplastarlas. Un diseño que puede usarse para tales
insertos se muestra en la figura 13.
Los insertos no deben extenderse hasta la parte de la probeta sobre la que va a medirse el alargamiento
(ver figura 13).
FIGURA 13.- Insertos de metal para probetas tubulares
NMX-B-172-CANACERO-2013
28/52
15.1.1.1 A menos que en la especificación de producto se establezca otra cosa, la longitud calibrada debe
ser de 50 mm (2 in), excepto en tubos de diámetro exterior menor a 10 mm (3/8 in), cuando se requieren
valores de alargamiento comparables a los de probetas de diámetro exterior mayor, donde debe usarse
una longitud calibrada igual a cuatro veces el diámetro exterior.
15.1.1.1.2 Para determinar el área transversal de una probeta de sección completa, debe tomarse el
promedio de los diámetros máximo y mínimo, y el promedio de los espesores máximo y mínimo, con una
aproximación de 0.025 mm. El área transversal se determina empleando la siguiente fórmula:
A = 3.1416 e (D - e)
Donde:
A
D
e
es el área de la sección, en mm².
es el diámetro exterior, en mm.
es el espesor de la pared, en mm.
Existen otros métodos para determinar el área transversal, como pesar las probetas lo cual es igualmente
exacto y apropiado para este propósito.
15.1.1.2 Probetas longitudinales (tira)
Para los productos tubulares de tamaño mayor que no pueden probarse en sección completa, se obtienen
probetas longitudinales de tiras que se cortan del tubo como se indica en la figura 14. Para tubos soldados
en horno, la probeta debe ser de 200 mm de longitud calibrada, como se muestra en la figura 15 o con
ambas caras paralelas, que es el que se usa normalmente, ésta probeta debe tomarse aproximadamente a
90° de la soldadura. Para los tubos sin costura y soldados por resistencia eléctrica, la probeta de 50 mm
de longitud calibrada como se muestra en la figura 16; en el caso de tubos soldados por resistencia
eléctrica, la probeta debe tomarse a 90° aproximadamente de la soldadura. Como una alternativa para los
tubos sin costura y soldados a resistencia eléctrica, pueden probarse usando las probetas que se muestran
en las figuras 15 y 16 utilizando mordazas que tengan un contorno aproximadamente igual a la curvatura
de los tubos. Cuando no se cuente con mordazas de caras curvas, los extremos de las probetas pueden
aplanarse sin calentarlas. Para la prueba de tensión deben utilizarse probetas de 38 mm de ancho en la
sección calibrada (ver probeta 4 de la figura 15), a menos que la capacidad del equipo de prueba o las
dimensiones y naturaleza del producto tubular a ser probado requieran del uso de las probetas 1, 2 y 3
(figura 18).
El ancho debe medirse en cada extremo y al centro de la longitud calibrada para verificar el paralelismo.
El espesor y el ancho deben medirse en el centro de la longitud calibrada para determinar el área de la
sección transversal. La medición del ancho en la parte central debe determinarse con una aproximación de
0.127 mm, y la del espesor con una aproximación de 0.025 mm.
FIGURA 14.- Localización de las probetas longitudinales para pruebas de tensión en tubos
NMX-B-172-CANACERO-2013
29/52
FIGURA 15.- Probeta de 200 mm de longitud calibrada
FIGURA 16.- Probeta de 50 mm de longitud calibrada
FIGURA 17.- Probeta para la prueba de tensión en sección completa
NMX-B-172-CANACERO-2013
30/52
Probeta
1
A
13 ± 0.381
B
18 aproximadamente
2
19 ± 0.787
25 aproximadamente
3
25 ± 1.575
36 aproximadamente
4
38 ± 3.175
51 aproximadamente
C
50 ± 0.13
50 ± 0.13
100 ± 0.13
50 ± 0.13
100 ± 0.13
50 ± 0.25
100 ± 0.38
200 ± 0.51
Dimensiones en mm
D
57 mínimo
57 mínimo
115 mínimo
57 mínimo
115 mínimo
57 mínimo
115 mínimo
228 mínimo
NOTAS:
a) El área de la sección transversal se calcula multiplicando “A” por “e”.
b) La dimensión “e” es el espesor de la probeta según se indica en la norma particular del producto.
c) La sección reducida debe ser paralela con una tolerancia de 0.25 mm y puede tener una
disminución gradual de los extremos al centro, y la diferencia de medidas entre estos dos puntos
no debe ser mayor de 0.25 mm.
d) Los extremos de la probeta deben ser simétricos con el eje central de la sección reducida dentro de
los límites de 2.54 mm.
FIGURA 18.- Dimensiones y tolerancias para probetas longitudinales para la prueba de tensión de
tubos
NMX-B-172-CANACERO-2013
31/52
15.1.2 Probetas transversales (tira)
15.1.2.1 En general, las pruebas transversales de tensión no se recomiendan para productos tubulares
cuyo diámetro nominal sea menor de 200 mm.
Cuando se requieran probetas para la prueba de tensión transversal, deben tomarse de anillos cortados de
los extremos del tubo como se muestra en la figura 19. El enderezado de la probeta puede efectuarse ya
sea después de cortarla del anillo como se muestra en la figura 19A o antes de cortarla como se muestra
en la figura 19B y puede hacerse en caliente o en frío; si el enderezado se hace en frío, posteriormente se
le puede dar a la probeta un tratamiento térmico de normalizado.
Las probetas obtenidas de tubos para las cuales se especifica tratamiento térmico, después de haber sido
aplastadas ya sea en frío o en caliente, deben recibir el mismo tratamiento térmico que se les dio a los
tubos. Para tubos con un espesor de pared de hasta 19.0 mm, la probeta transversal debe ser de la forma y
dimensiones que se indican en la figura 20. Ya sea una o ambas superficies pueden maquinarse para
asegurar un espesor uniforme. Las probetas para la prueba transversal de tensión en tubos soldados de
acero, que se tomen para determinar la resistencia de la soldadura, deben estar localizadas
perpendicularmente al cordón de la misma, quedando ésta aproximadamente a la mitad de la longitud
calibrada.
FIGURA 19.- Localización de las probetas transversales para prueba de tensión en anillos cortados
de productos tubulares.
NMX-B-172-CANACERO-2013
32/52
FIGURA 20.- Probeta maquinada para la prueba de tensión transversal de un anillo de producto
tubular
15.1.2.2 El ancho debe medirse en cada extremo y al centro de la longitud calibrada para verificar el
paralelismo.
El espesor y el ancho deben medirse en el centro de la longitud calibrada para determinar el área de la
sección transversal. La medición del ancho en la parte central debe determinarse con una aproximación de
0.127 mm, y la del espesor con una aproximación de 0.025 mm.
15.1.3 Probetas cilíndricas
15.1.3.1 Cuando se especifique en la norma de producto, puede usarse la probeta mostrada en la figura 4.
15.1.3.2 El diámetro de ésta probeta debe medirse en el centro con una aproximación de 0.025 mm.
15.1.3.3 Cuando sea necesario probar material del cual no puedan prepararse las probetas normales,
pueden usarse probetas de tamaño más pequeño proporcionales al estándar, como las mostradas en la
figura 4. En el caso de usar probetas de tamaño más pequeño, es importante que la longitud calibrada,
para medir el alargamiento sea cuatro veces el diámetro de la probeta (ver nota 4 de la figura 4). Deben
aplicarse a las probetas de tamaño más pequeño los requisitos de alargamiento especificados en la norma
de producto para la probeta de 50 mm de longitud calibrada.
15.1.3.4 Para probetas transversales, la sección de la cual se toman no deben aplanarse o deformarse de
cualquier otra forma.
15.1.3.5 La prueba transversal, es el de anillo hidráulico de expansión descrito en 11.2.3. La magnitud
apropiada de extensión bajo carga, variará conforme a las características particulares del acero bajo
prueba. En general, el valor de extensión bajo carga aplicable a aceros de cualquier nivel de resistencia a
la tensión, puede determinarse de la suma de la deformación proporcional más la deformación plástica
esperada, para la resistencia de fluencia especificada, y debe usarse la siguiente fórmula:
Donde:
RF
E
r
es la resistencia de fluencia especificada, MPa
es el módulo de elasticidad, MPa
es el límite plástico de deformación, mm/mm
NMX-B-172-CANACERO-2013
33/52
NOTA: Para diagramas esfuerzo-deformación que no contienen un módulo claramente definido, tales como
algunos materiales trabajados en frío, se recomienda usar el método de extensión bajo carga. Si se
usa el método de extensión bajo carga para estos materiales, debe usarse un valor apropiado para
el módulo del material que va a probarse: 207 000 MPa para acero al carbono; 200 000 MPa para
acero inoxidable ferrítico; 193 000 MPa acero inoxidable austenítico. Para aleaciones especiales,
estos valores deben establecerse de común acuerdo entre fabricante y comprador.
15.2
Prueba de dureza
15.2.1 Las pruebas de dureza se realizan ya sea en la parte interior o exterior de las superficies de los
extremos del tubo, según sea apropiado.
15.2.2 La carga estándar de 3 000 kg para dureza Brinell puede causar demasiada deformación en una
probeta tubular de pared delgada, en cuyo caso debe aplicarse la carga de 500 kg o bien debe usarse un
soporte interior o un mandril adecuado. La prueba Brinell no es aplicable a productos tubulares menores de
50.8 mm de diámetro exterior o menores de 6.08 mm de espesor de pared.
15.2.3 Las pruebas de dureza Brinell se efectúan normalmente en la superficie interior, en una parte plana
de la superficie exterior o bien en la sección transversal de la pared lo cual depende de las limitaciones del
producto. Las pruebas de dureza Rockwell no se realizan en tubos menores de 7.92 mm de diámetro
exterior y no deben efectuarse en la superficie interior de tubos con diámetro exterior menor de 6.35 mm.
La prueba de dureza Rockwell no debe realizarse en tubos que han sido recocidos y con un espesor de
pared menor de 1.65 mm, o tubos trabajados en frío o tratados térmicamente que tengan espesores de
pared menor de 1.25 mm. Para tubos que tengan un espesor de pared menor que aquellos que permiten
regularmente la prueba de dureza Rockwell puede sustituirse ésta por la prueba de dureza Rockwell
superficial. Las lecturas de dureza Rockwell sobre secciones transversales pueden realizarse sobre tubos
con un espesor de pared de 3.95 mm o más. La curvatura y el espesor de pared de la probeta imponen
limitaciones para la prueba de dureza Rockwell. Cuando se efectúa una comparación entre
determinaciones Rockwell realizadas en la superficie exterior o interior se requiere un ajuste de las lecturas
para compensar el efecto de la curvatura. La escala Rockwell B se usa sobre todos los materiales en que
se espera un intervalo de dureza de RB 0 a RB 100. La escala Rockwell C se usa para materiales en los
que se espera un intervalo de dureza de RC 20 a RC 68.
15.2.4 Cuando sea posible, las pruebas de dureza Rockwell superficial deben realizarse normalmente
sobre la superficie exterior, siempre y cuando no se encuentre un muelleo excesivo; de otra manera, las
pruebas pueden realizarse en la superficie interior. No deben realizarse pruebas de dureza Rockwell
superficial sobre tubos con diámetro interior menor de 6.35 mm. Las limitaciones de espesor de pared para
la prueba de dureza Rockwell superficial se indican en las tablas 3 y 4.
TABLA 3.- Limitaciones del espesor de pared para la prueba de dureza superficial de materiales
dúctiles o recocidos para productos tubulares (a)
(Escala T, penetrador de bola de 1.59 mm de diámetro)
Espesor de pared, en mm
Más de
0.51
0.89
1.27
Hasta
0.89
1.27
-
Carga, en kg
15
30
45
NOTA:
a) Para un espesor de pared dado se usa generalmente el valor mayor de carga recomendado.
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TABLA 4.- Limitaciones del espesor de pared para la prueba de dureza superficial de materiales
acabados en frío o tratados térmicamente para productos tubulares (a)
(Escala N, penetrador de diamante)
Espesor de pared, en mm
Más de
0.38
0.64
0.89
Hasta
0.64
0.89
-
Carga, en kg
15
30
45
NOTA:
a) Para un espesor de pared dado se usa generalmente el valor mayor de carga recomendado.
15.2.5 Cuando el diámetro exterior, diámetro interior o espesor de pared, impiden obtener valores exactos
de dureza, los productos tubulares deben especificarse y probarse conforme a sus propiedades de tensión.
15.3
Pruebas de ductilidad
Las siguientes pruebas se efectúan para determinar la ductilidad de algunos productos tubulares.
15.4. Prueba de aplastamiento
La prueba de aplastamiento se efectúa comúnmente en probetas cortadas de los productos tubulares y
consiste en sujetar anillos del tubo a un grado prescrito de aplastamiento entre planchas paralelas (ver
figura 21). La severidad de la prueba de aplastamiento se mide por la distancia entre las planchas
paralelas, la cual varía según las dimensiones del tubo. La probeta para la prueba de aplastamiento no
debe ser menor de 63.50 mm de longitud y debe aplastarse en frío hasta donde lo especifiquen las normas
aplicables al material.
FIGURA 21.- Prueba de aplastamiento longitudinal
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15.5
Prueba de aplanado de semitubo (doblado inverso)
La prueba de aplanado de semitubo se aplica principalmente a tubos soldados por resistencia eléctrica
para detectar la falta de penetración o los defectos resultantes de la eliminación de rebabas de la
soldadura. La probeta consiste en un tramo de tubo con una longitud aproximada de 100 mm, la cual se
corta longitudinalmente a 90° a cada lado de la soldadura; la muestra se abre y aplana con la soldadura en
el punto de máximo doblado (ver figura 22).
FIGURA 22.- Probeta para prueba de aplanado de semitubo.
15.6
Prueba de compresión
La prueba de compresión se efectúa generalmente en tubos para calderas y en tubos que van a trabajar a
presión para evaluar su ductilidad (ver figura 23). La probeta es un anillo cortado del tubo aproximadamente
de 63 mm de longitud. Se coloca sobre uno de los extremos y se comprime longitudinalmente mediante una
máquina de prueba a la distancia prescrita por las normas aplicables al material.
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FIGURA 23.- Probeta para prueba de compresión.
15.7
Prueba de pestañado
Esta prueba está destinada a determinar la ductilidad de tubos para calderas y su capacidad para soportar
la operación de doblado. La prueba se efectúa sobre un anillo cortado del tubo, usualmente no menor de
100 mm de longitud, y consiste en formar una pestaña a 90° con respecto al eje del tubo, con un ancho
según las normas aplicables al material. Para efectuar esta prueba, se recomienda utilizar la herramienta y
el dado que se muestran en la figura 24.
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FIGURA 24.- Herramienta y dado para la prueba de pestañado.
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15.8
Prueba de abocardado
Para algunos tipos de tubos sometidos a presión se efectúa una prueba alternativa a la de pestañado. Esta
prueba consiste en introducir un mandril cónico que tiene una pendiente de 1 en 10 como se muestra en la
figura 25a o a un ángulo de 60°, como se muestra en la figura 25b, dentro de una sección cortada del tubo
de aproximadamente 100 mm de longitud. En esta forma se expande la probeta hasta que el diámetro
interior ha sido aumentado conforme lo requieren las normas aplicables al material.
FIGURA 25.- Mandriles para la prueba de abocardado
15.9
Prueba de doblado
En los tubos usados para serpentines de tamaños nominales de 50.8 mm y menores, se efectúa una
prueba de doblado para determinar su ductilidad y la calidad de la soldadura. Para esta prueba, una
longitud suficiente del tubo en sección completa se dobla en frío a 90° alrededor de un mandril que tenga
un diámetro igual a 12 veces el diámetro nominal del tubo. Para serpentines cerrados, el tubo se dobla en
frío a 180° alrededor de un mandril que tenga un diámetro igual a 8 veces el diámetro nominal del tubo.
15.10 Prueba de doblado guiado transversal para soldaduras
Esta prueba de doblado se usa para determinar la ductilidad de las soldaduras por fusión. Las probetas
usadas son aproximadamente de 38 mm de ancho y al menos de 150 mm de longitud, con la soldadura al
centro y deben maquinarse como se indica en la figura 26. Las dimensiones del mandril deben ser las que
se muestran en la figura 27 y las otras dimensiones del aparato de doblado deben ser substancialmente las
que se dan en la misma figura. Para esta prueba deben usarse cuando menos 2 probetas. Una debe
doblarse con la parte interior de la superficie del tubo contra el mandril y el otro con la parte exterior contra
el mandril, lo cual se designa como prueba de doblado de cara y prueba de doblado de raíz
respectivamente. La falla del material depende de la presencia de grietas en el área de doblado, su
naturaleza y sus dimensiones de acuerdo a las especificaciones de las normas aplicables al producto.
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FIGURA 26.- Probetas transversales para prueba de doblado de cara y de raíz.
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Espesor de la
probeta, en mm
9.5
t
9.5
t
A
B
C
D
---
38.1
4t
63.5
67.7 t
19.05
2t
31.5
84.6 t
60.3
6t + 12.7
85.7
220.1 t + 3.2
30.2
3t + 30.2
42.9
114.3 t + 1.59
----Para materiales con una
resistencia a la tensión
mínima especificada de 655
MPa (95 Ksi)
FIGURA 27.- Aparato para prueba de doblado.
16
METODOS DE PRUEBA PARA TORNILLERIA DE ACERO
16.1 Este inciso establece los métodos de prueba referentes a tornillería de acero que no se especifican en
la sección general de esta norma. Las pruebas requeridas por las normas individuales de productos, deben
realizarse como se describe en la sección general de esta norma.
16.2 Estas pruebas se establecen para facilitar el control de la producción y la aceptación, dando métodos
más precisos, que deben usarse para arbitraje en caso de desacuerdo en los resultados.
16.3 Pruebas de tensión
16.3.1 Se prefiere que los tornillos se prueben en sección completa y es costumbre especificar una carga
mínima en Newton, en lugar de una resistencia mínima a la tensión en MPa (kg/mm²). Los incisos 16.3.1.1,
16.3.5 y 16.3.5.1 se aplican cuando se prueba tornillos en sección completa. El inciso 16.3.6 debe
aplicarse cuando las normas individuales del producto permitan el uso de probetas maquinadas.
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16.3.1.1 Carga de prueba
Debido a los usos particulares de algunas clases de tornillos, es conveniente someterlas a un esfuerzo
especificado en la norma de producto similar al de sus condiciones de uso, para verificar que no exista
ninguna deformación permanente. Para estar seguros de obtener esta calidad, se especifica la carga de
prueba. La prueba consiste en someter los tornillos a la carga especificada, que deben soportar sin
presentar una deformación permanente. Se permite determinar la resistencia de fluencia como prueba
alternativa en tornillos de sección completa conforme a lo indicado en 16.3.2 y 16.3.4. El método indicado
en 16.3.2 debe ser el método de arbitraje a usarse en casos de discrepancia sobre la aceptación de los
tornillos.
16.3.1.2 Carga de prueba para tornillos largos
Cuando se requieran pruebas en sección completa debe limitarse la aplicación de este método a tornillos
cuya longitud no exceda de 203 mm o de 8 veces el diámetro nominal (tomando el valor mayor). Debe
utilizarse el método indicado en 16.3.3 para tornillos que excedan de las dimensiones anteriores.
16.3.2 Medida de la longitud
La longitud total de un tornillo debe medirse en su eje con un instrumento que tenga una precisión de 0.003
mm en cualquier longitud de 0.025 mm. El método preferido para medir la longitud en el eje del tornillo,
debe ser entre centros cónicos que ajusten con los conos del instrumento de medición. La cabeza o el
cuerpo del tornillo debe marcarse a fin de que pueda colocarse en la misma posición para todas las
mediciones.
El tornillo debe colocarse en el equipo de prueba como se indica en 16.3.5 y aplicarse la carga de prueba
indicada en la norma particular del producto. Posteriormente debe medirse nuevamente la longitud del
tornillo después de la aplicación de la carga y éste no debe mostrar un alargamiento permanente. Se
permite una tolerancia de más o menos 0.013 mm entre las mediciones efectuadas antes de la aplicación
de la carga.
16.3.3 Tiempo de aplicación de la carga
El tiempo de aplicación de la carga debe mantenerse, como mínimo durante 10 s antes de quitar la carga.
16.3.4 Resistencia de fluencia
El tornillo debe montarse en la máquina de prueba como se indica en el inciso 16.3.5. Según se va
aplicando la carga, el alargamiento total del tornillo o de cualquier parte del mismo que incluya seis hilos
expuestos, debe medirse y registrarse para elaborar un diagrama esfuerzo-deformación o bien un diagrama
fuerza-alargamiento. El esfuerzo o la carga correspondiente a una deformación igual al 0.2 % de la longitud
del tornillo ocupada por seis hilos completos, debe determinarse por el método descrito en el inciso 11.2.1.
Este esfuerzo o carga no debe ser menor a lo especificado en la norma particular del producto.
16.3.5 Prueba de tensión axial para tornillos de sección completa
Cuando se especifique que los tornillos deben probarse en sección completa hasta donde lo permita la
capacidad práctica del equipo de prueba, tales tornillos deben probarse aplicando la carga axialmente entre
la cabeza del tornillo y la tuerca mediante algún dispositivo que permita la sujeción de un número suficiente
de hilos para que el tornillo desarrolle su resistencia máxima. La tuerca o dispositivo debe acomodarse
sobre el tornillo, dejando seis hilos completos libres entre las mordazas. Para cumplir con los requisitos de
esta prueba, la fractura debe localizarse en el cuerpo o sección con cuerda del tornillo, sin que se localice
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en la unión del cuerpo y la cabeza. La resistencia a la tensión de los tornillos se expresa en MPa (N/mm²);
el área de esfuerzo debe calcularse del promedio del diámetro medio de raíz y del diámetro de paso de
cuerdas externas clase 3, como se indica a continuación.
(
)
Donde:
AS es el área de esfuerzo en mm2
D es el diámetro del tornillo, en mm
n es el número de hilos en cada 25.4 mm
16.3.5.1 Prueba de tensión con cuña para tornillos de sección completa
El propósito de esta prueba es obtener la resistencia a la tensión y demostrar la calidad de la cabeza del
tornillo y ductilidad del mismo, sujetándolo a una carga excéntrica. La carga máxima en el tornillo debe
determinarse como se describe en el inciso anterior, excepto que debe colocarse bajo la cabeza del tornillo
una cuña a 10°. Esta prueba debe realizarse usando el mismo tornillo en el que se efectuó la carga de
prueba (ver inciso 16.3.1.1); la cabeza del tornillo debe colocarse de manera que ninguna esquina del
hexágono o cuadrado, soporte directamente la carga, esto es, una arista de la cabeza del tornillo debe
alinearse con la dirección del espesor uniforme de la cuña (ver figura 28). Las caras de la cuña deben
formar un ángulo de 10° y tener un espesor igual a la mitad del diámetro nominal del tornillo, en la parte
más delgada de la perforación. La perforación de la cuña debe tener los siguientes claros sobre el tamaño
nominal del tornillo, y sus bordes superior e inferior deben redondearse a los siguientes radios:
Tamaño nominal
del tornillo
Claro de la perforación
en mm
1/4 a 1/2
9/16 a 3/4
7/8 a 1
1 1/8 a 1 1/4
1 3/8 a 1 1/2
0.76
1.3
1.5
1.5
2.4
Radio de los bordes
de la perforación
en mm
0.76
1.5
1.5
3.2
3.2
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FIGURA 28.- Detalles de la prueba de tensión con cuña
16.3.5.2 Prueba con cuña para tornillos tratados térmicamente y con rosca corrida
Al efectuar las prueba con cuña en tornillos con rosca corrida, tratados térmicamente con resistencia a la
tensión mínima, mayor de 690 MPa (70.36 kg/mm²), la cuña debe tener los ángulos siguientes:
- Para tornillos con tamaño nominal hasta 3/4, 6°.
- Para tornillos con tamaño nominal mayor de 3/4, 4°.
16.3.6 Prueba de tensión para probetas maquinadas y de sección circular, provenientes de tornillos
16.3.6.1 Los tornillos con tamaño nominal menor de 1 1/2, que requieran probetas maquinadas, deben
tornearse concéntricamente con el eje del tornillo con una longitud calibrada de 50 mm y un diámetro de
12.7 mm manteniendo la cabeza y la sección con rosca intactas tal como se muestra en la figura 29. Los
tornillos con sección transversal pequeña que no permitan obtener esta probeta estándar de prueba, deben
tornearse a una sección tan grande como sea posible y concéntrica con el eje del tornillo.
La longitud calibrada para medir el alargamiento debe ser cuatro veces el diámetro de la probeta. La figura
30 ilustra ejemplos de estas probetas de tamaño menor.
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FIGURA 29.- Probetas maquinadas y de sección circular, provenientes de tornillos
FIGURA 30.- Ejemplos de probetas de tamaño pequeño proporcionales a la probeta de 50 mm de
longitud calibrada.
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16.3.6.2 Para tornillos con tamaño nominal de 1 1/2 y mayores debe maquinarse una probeta estándar de
12.7 mm de diámetro y de 50 mm de longitud calibrada de manera que el eje del mismo quede entre el
centro y la parte exterior del cuerpo del tornillo, tal como se muestra en la figura 31.
FIGURA 31.- Localización de la probeta redonda de 50 mm de longitud
16.3.6.3 Las probetas maquinadas deben probarse a la tensión para determinar las propiedades indicadas
en la norma particular del producto.
Los métodos de prueba deben efectuarse conforme a lo indicado en el capítulo 11 de esta norma.
16.4 Velocidad de prueba
La velocidad de prueba debe ser la indicada en el inciso 5.3.
16.5 Tornillos no adecuados para la prueba de tensión
En aquellos casos donde los tornillos son demasiado cortos y tienen cuerdas insuficientes para someterlos
a la prueba de tensión o bien tienen cabezas perforadas o de tamaños muy pequeños y que por lo tanto
son más débiles que la sección con cuerda, deben sujetarse a la prueba de dureza para determinar que
cumplen con los requisitos de dureza indicados en la norma particular del producto. Si no se especifica la
dureza, la dureza aplicable debe obtenerse por una conversión con datos aproximados de la resistencia a
la tensión especificada.
16.6 Prueba de dureza para tornillos
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Cuando se especifique, los tornillos deben someterse a la prueba de dureza. Las pruebas de dureza Brinell
o Rockwell se efectúan, generalmente, sobre uno de los lados o en la parte superior de la cabeza del
tornillo. Para casos de arbitraje, la dureza debe tomarse en una sección transversal cortada en la sección
con cuerda del tornillo y en un punto situado a la cuarta parte del diámetro nominal del mismo, a partir de
su eje.
Esta sección debe tomarse a una distancia del extremo del tornillo que sea equivalente al diámetro del
mismo. Debido a la posible distorsión producida por la carga del aparato Brinell debe tenerse cuidado de
verificar que esta prueba cumpla con lo establecido en la norma NMX-B-116 (ver 2, Referencias); cuando la
prueba de dureza Brinell no sea práctica, debe sustituirse por la prueba de dureza Rockwell, el
procedimiento para esta prueba debe cumplir con lo establecido en la norma NMX-B-119 (ver 2,
Referencias).
16.7 Métodos de prueba para tuercas
16.7.1 Carga de prueba
Las tuercas cuya carga de prueba especificada en la norma del producto sea mayor que la capacidad del
equipo de prueba, deben cumplir con los requisitos mínimos de dureza especificados en la norma de
producto. Una tuerca que va a probarse, debe ensamblarse en un mandril con cuerda endurecida, o bien,
en un tornillo según lo indiquen las normas particulares, y debe aplicarse una carga axial igual a la carga de
prueba especificada. La tuerca debe resistir esta carga sin desgarramiento o ruptura. Si las cuerdas del
mandril se dañan durante la prueba, ésta no es aceptable; el mandril debe tener cuerda con las tolerancias
de la norma correspondiente, excepto que el diámetro mayor debe tener una tolerancia de +0.051 mm.
Según se especifique, las tuercas no deben fallar al someterse a una carga de prueba. Las contratuercas,
las tuercas ranuradas, las tuercas tipo castillo, los tipos de tuerca con espesor menor del normal o las
tuercas con recubrimiento, no deben someterse a la prueba de carga, pero deben cumplir con los requisitos
mínimos de la prueba de dureza cuando así se especifique.
16.7.2 Prueba de dureza
La dureza Rockwell de las tuercas debe determinarse en la cara superior o inferior de las mismas. La
dureza Brinell debe determinarse sobre uno de los lados de las tuercas. Cualquiera de los dos métodos
puede usarse, a opción del fabricante, tomando en cuenta el tamaño y grado de las tuercas; cuando la
prueba de dureza Brinell deforme la tuerca, es necesario usar una carga menor o substituir esta prueba por
una de dureza Rockwell.
16.8 Barras tratadas térmicamente o estiradas en frío para usarse en la fabricación de birlos, tuercas o
algún otro material de tornillería.
Cuando las barras que se reciben del fabricante han sido procesadas y probadas para que llenen ciertas
propiedades especificadas no es necesario probar el producto terminado siempre y cuando las propiedades
no hayan sido afectadas por el proceso de fabricación del producto terminado.
17 METODOS DE PRUEBA PARA ALAMBRE REDONDO
17.1 Este inciso establece los aparatos, probetas y métodos de prueba relativos a los productos de alambre
de acero que no se especifican en la sección general de esta norma.
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17.2 Aparatos
17.2.1 Mordazas
Deben usarse las mordazas del tipo de cuña o de carrete (ver figura 32 y 33). Cuando se están usando
mordazas de cualquiera de estos tipos, debe tenerse cuidado de que el eje de la probeta esté localizado
aproximadamente en la línea central de la cabeza de la máquina de prueba (ver 17.2.1.1). Cuando estén
usándose mordazas de cuña, las lainas para nivelar las mordazas deben ser de un espesor apropiado.
FIGURA 32.- Mordazas tipo cuña.
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FIGURA 33.- Mordazas tipo carrete
17.2.1.1 Debe corregirse cualquier defecto en la máquina de prueba que pueda causar una aplicación
excéntrica de la carga.
17.3 Probetas
17.3.1 Deben usarse las probetas que tengan completa el área transversal del alambre, la longitud
calibrada de las probetas debe ser de 254 mm, si no se requiere la determinación del valor del
alargamiento, se permite usar cualquier longitud calibrada conveniente. La longitud total mínima de la
probeta puede variar de 400 mm a 600 mm para una probeta de 254 mm de longitud calibrada. Por ejemplo
la longitud total de las probetas debe ser cuando menos igual a la longitud calibrada (254 mm) más 2 veces
la longitud de alambre requerido para que las mordazas puedan asegurar la probeta.
17.3.2 Cualquier probeta que se rompa en las mordazas debe descartarse y sustituirse por otra probeta del
mismo lote.
17.4
Alargamiento
17.4.1 Para determinar el alargamiento permanente, los extremos de la probeta fracturada deben unirse
cuidadosamente y la distancia entre las marcas de calibración debe medirse al 0.25 mm más cercano.
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El alargamiento es el aumento en la longitud de la longitud calibrada expresado como un porcentaje de la
longitud calibrada original.
El informe de prueba debe incluir tanto el porcentaje de aumento, como la longitud calibrada original.
17.4.2 Para determinar el alargamiento total (deformación elástica más plástica) pueden emplearse los
métodos gráficos automáticos o un extensómetro.
17.4.3 Si la fractura se presenta fuera del tercio central de la longitud calibrada, el valor de alargamiento
obtenido puede no ser representativo del material.
17.5 Reducción de área
Para determinar la reducción de área, se debe medir el diámetro inicial y el diámetro final con una
aproximación mínima de 0.025 mm (0.001 in) en dos diámetros perpendiculares a 90°, se debe tomar el
promedio de las dos mediciones.
17.5.1 Los extremos de la probeta fracturada deben unirse cuidadosamente y medirse las dimensiones de
su sección transversal mínima. La diferencia entre el área así encontrada y el área de la sección
transversal original expresada como porcentaje del área original, es la reducción de área.
17.5.2 La prueba de reducción de área no se recomienda para alambres con un diámetro menor de 1.27
mm, debido a las dificultades para medir la sección transversal reducida.
17.6 Prueba de dureza Rockwell
17.6.1 La prueba de dureza Rockwell no se recomienda para los alambres redondos, con la excepción de
los alambres tratados térmicamente de 2.54 mm (0.1 in) de diámetro y mayores; en dichos alambres, la
probeta debe esmerilarse para formar dos caras paralelas y planas. Para los alambres redondos se prefiere
la prueba de resistencia a la tensión, en lugar de la prueba de dureza Rockwell.
17.7 Prueba de enrollado
17.7.1 Esta prueba se usa como un medio para evaluar la ductilidad de algunas clases de alambre. El
enrollado puede hacerse ya sea a mano o mediante una máquina que sea capaz de enrollar el alambre con
las espiras muy cercanas una a la otra, sobre un mandril de diámetro especificado en la norma del producto
y por un cierto número de vueltas (a menos que se especifique otra cosa en la norma de producto, deben
ser cinco vueltas) con una velocidad no mayor de 15 vueltas por minuto sin que se dañe la superficie del
alambre. La muestra debe considerarse que no cumple si se presenta cualquier grieta en el alambre. Si la
grieta se presenta al estar efectuando la primera vuelta, debe repetirse la prueba, ya que el alambre pudo
haber sido doblado localmente a un radio menor del especificado.
17.7.2 Cuando se usa la prueba de enrollado para evaluar la adherencia en alambre con recubrimiento, el
diámetro del mandril es comúnmente mayor que el que se usa para evaluar la ductilidad.
17.8
Prueba de torsión
17.8.1 La máquina de torsión tiene dos cabezales, en la cual uno de ellos rota con respecto al otro. En la
tabla 5 se especifica el número de vueltas por segundo y la distancia libre entre mordazas de acuerdo al
diámetro del alambre.
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TABLA 5. Número de vueltas y distancia libre entre mordazas
Diámetro d, en mm
Número de vueltas por segundo
0.1 ≤ d ˂ 1
1≤ d˂5
5 ≤ d ˂ 10
10 ≤ d ˂ 14
1 o 3 (a)
0.5 o 1 (a)
0.25 o 0.5 (a)
0.1
Distancia libre entre
mordazas en mm (b)
200 d
100 d
50 d
25 d
Notas:
a) Los valores 3, 1 y 0.5 aplican únicamente para alambres que no son sensibles a la
velocidad de deformación.
b) La distancia libre entre mordazas debe ser máximo de 500 mm
17.8.2 La muestra se coloca y sujeta entre las mordazas de la máquina. Se hace girar el cabezal
móvil hasta lograr la fractura o se alcance el número de vueltas especificadas. El número de
vueltas del cabezal es el número de torsiones logradas.
17.8.3 Si el número de vueltas no cumple con lo especificado en la norma de producto y la falla
ocurre a una distancia menor o igual de 2 d de las mordazas, la prueba debe considerarse inválida
y debe repetirse.
18
BIBLIOGRAFÍA
NOM-008-SCFI-2002
Sistema general de unidades de medida.
NMX-B-172-1988
Métodos de prueba mecánicos para productos de acero.
ASTM A370-09
Standard test methods and definitions for mechanical testing of steel products
ASTM E83-10
Standard Practice for Verification and Classification of Extensometer Systems
ISO 7801:1984
Metallic materials -- Wire -- Reverse bend test
19
CONCORDANCIA CON NORMAS INTERNACIONALES
Esta norma mexicana no coincide con la norma internacional ISO 377:2013 Steel and steel
products – Location and preparation of samples and test pieces for mechanical testing, ya que no
es posible concordar con el concepto internacional por no contemplar las condiciones que se
requieren para llevar a cabo los métodos de prueba mecánicos para productos de acero que se
efectúan en México.
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APÉNDICE A
(Informativo)
Relación de referencias con normas extranjeras
En tanto no se elabore la norma mexicana correspondiente, debe consultarse, en forma supletoria, la
siguiente norma extranjera:
A.1 ASTM E83
Standard practice for verification and classification of extensometer system.
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APÉNDICE B
(Informativo)
Recomendaciones generales
B.1
Ciertos procesos de fabricación, tales como doblado, formado, soldado u operaciones que
involucren calentamiento, pueden afectar las propiedades del material bajo prueba. Así pues, las normas
del producto indican la etapa de proceso en la cual debe realizarse la prueba mecánica. Las propiedades
determinadas al probar un material antes de la fabricación no son necesariamente representativas del
producto, una vez que esté terminado.
B.2
Las probetas con un maquinado o preparación inadecuada pueden conducir a resultados erróneos,
por lo que debe tenerse cuidado para asegurar un buen acabado. Las probetas que no estén maquinadas
correctamente deben descartarse y sustituirse.
B.3
Si cualquier probeta muestra defectos superficiales, debe tomarse en cuenta la posibilidad de una
doble prueba, según lo indique la norma mexicana aplicable ya que tales defectos pueden afectar los
resultados de la prueba.
B.4
Si en cualquier probeta la falla ocurre debido a desperfectos mecánicos, atribuibles al equipo de
prueba, debe descartarse y sustituirse por otra.
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