DIN EN ISO 6892-2 ensaio de tração em metal - método de ensaio a temperatura elevada
No ensaio de tração conforme ISO 6892-2, uma amostra aquecida é deformada por meio de carga de tração uniaxial para determinar os valores característicos de limites de elasticidade, resistência à tração, deformação na ruptura, etc. O ensaio de tração é realizado a uma temperatura superior a 35°C.
A norma DIN EN ISO 6892-2:2018 descreve o ensaio de tração em materiais metálicos a temperaturas elevadas.
Tarefa de ensaio Valores característicos Velocidade de ensaio Temperatura Medição de deformação Requisito quanto às amostras A nova norma Produtos adequados para ensaios de tração de alta temperatura
A tarefa de ensaio de forma detalhada
A tarefa de ensaio é determinar os valores característicos do ensaio de tração a temperatura elevada de forma segura e reproduzível e alcançar a comparabilidade internacional. A norma ISO 6892-2 descreve dois métodos referentes à velocidade de ensaio. O primeiro, o método A, está baseado em velocidades de deformação com tolerâncias estreitas (±20 %), e o segundo, o método B, está baseado em faixas de velocidade de deformação e tolerâncias convencionais. O método A é indicado - quando valores característicos dependentes da velocidade de deformação são determinados - para a minimização da dependência da velocidade e para a minimização da incerteza de medição dos resultados de ensaio.
A influência da velocidade sobre as propriedades mecânicas determinadas com o auxílio do ensaio de tração é normalmente maior a temperaturas elevadas do que a temperatura ambiente. A ISO 6892-2 recomenda a aplicação de velocidades de deformação menores do que a temperatura ambiente, porém para determinados casos de aplicação, como por ex. para a comparação com os valores característicos do ensaio de tração a temperatura ambiente com a mesma velocidade de deformação, adicionalmente velocidades de deformação maiores são admitidas.
Durante a discussão referente à velocidade de ensaio na preparação da ISO 6892-2 foi decidido considerar a possibilidade de retirada do método de velocidade de tensão para as futuras versões da norma.
Os principais valores característicos do ensaio de tração conforme ISO 6892-2
- Limite de escoamento
- Limite de elasticidade
- Deformação do limite de escoamento
- Resistência à tração
- Deformação de ruptura
A velocidade de ensaio no foco do ensaio de tração conforme DIN EN ISO 6892-2
A DIN EN ISO 6892-2 focaliza especialmente na velocidade de ensaio. Em versões anteriores da norma foram permitidas grandes faixas de velocidade de deformação. Contudo, as grandes faixas de velocidade poderão fazer com que no caso de materiais os quais reagem de forma sensível a diferentes velocidades de ensaio os valores característicos de um material apresentem significativas divergências nos diferentes ensaios embora os ensaios tenham sido executados em conformidade com a norma.
Para minimizar a incerteza de medição dos resultados decorrente de referida variação de velocidades de ensaio, a normalização internacional ISO incluiu ao lado do método existente, baseado no controle de posições e da força e parcialmente em velocidades de aumento da tensão (método B), outro método na norma. Este outro método permite o controle da velocidade de ensaio na própria amostra (método A). Isso é feito por meio da medição da deformação na própria amostra e da introdução deste sinal de deformação em uma malha fechada “closed loop” para o controle da travessa móvel.
Seleção da velocidade de ensaio conforme ISO 6892-2
Quando não há outro procedimento definido, a seleção do método (A ou B) e da velocidade de ensaio cabe ao fabricante ou ao laboratório de ensaio por ele contratado, desde que as definições da ISO 6892-2 sejam observadas.
O controle por deformação na malha fechada “closed loop” foi normalizado para a primeira fase do ensaio de tração, a fase mais sensível, de modo que apenas duas faixas de velocidade foram definidas até a identificação segura de Rp com tolerância significativamente reduzida: as velocidades de deformação 0,00007 por segundo ou 0,00025 por segundo com as tolerâncias de ±20 %, sendo que a primeira faixa de velocidade é recomendada pela norma quando não houver outro procedimento definido. Para o controle por deformação na malha fechada “closed loop“ é obrigatoriamente necessária uma célula de carga (Extensômetro). Para a determinação da resistência à tração e da deformação na ruptura é recomendada a velocidade de deformação de 0,0014 por segundo, sendo que o processo é feito com controle de posição em conformidade com a norma (via sinal da posição da travessa).
Devidamente considerado, é necessário distinguir dois conceitos de velocidades de deformação: primeiramente a “velocidade de deformação” relacionada ao comprimento de medição do extensômetro (Le) (“closed loop”, método A1) e em segundo lugar a “velocidade de deformação média sobre o comprimento do ensaio” relacionada ao comprimento de ensaio da amostra (Lc) (“open loop”, método A2). O segundo conceito é chamado na norma também de “velocidade de deformação aproximativa sobre o comprimento do ensaio”. No caso de controle por deformação a velocidade de deformação é relacionada a Le, ou seja, está baseada no sinal de deformação, e no caso de controle por posição Lc, ou seja, está baseada no sinal de posição da travessa.
Requisito referente ao dispositivo de condicionamento por temperatura e ao controle de temperatura conforme ISO 6892-2
Além da velocidade de ensaio também a temperatura tem grande influência sobre os valores característicos do material. Por este motivo, a DIN EN ISO 6892-2 se dedica também de forma muito detalhada ao dispositivo de condicionamento por temperatura e ao controle de temperatura.
O dispositivo de condicionamento por temperatura utilizado para o aquecimento da amostra deve ser feito de modo que a amostra pode ser aquecida para a temperatura de ensaio T definida. Além do mais, o dispositivo de condicionamento por temperatura deve possuir aberturas adequadas para sensores de temperatura e os braços sensores do extensômetro. Os desvios admissíveis entre a temperatura de ensaio T definida e as temperaturas Ti exibidas assim como as diferenças máximas de temperatura admissíveis sobre o comprimento da amostra podem ser consultados na Tabela acima. Os desvios admissíveis acima de 1.100°C devem ser acordados separadamente pelas Partes envolvidas.
O sistema de medição de temperatura (todos os componentes da cadeia de medição) deve ter a resolução de no mínimo 1°C e o limite de erro de ±0,004*T ou ±2°C, sendo que o valor maior prevalece. Para executar o ensaio em conformidade com a norma, os sensores de temperatura devem ter bom contato térmico com a superfície da amostra e ser protegidos adequadamente contra a radiação da parede do dispositivo de condicionamento por temperatura.
O número de sensores de temperatura a serem utilizados depende do tamanho da amostra. Com comprimentos de medição iniciais inferiores a 50 mm a medição da temperatura deve ser feita nas extremidades do comprimento de ensaio por meio de apenas um sensor de temperatura, respectivamente. No caso de comprimentos de medição iniciais maiores deve ser utilizado adicionalmente um terceiro sensor de temperatura no centro da amostra. Não obstante, o número de termoelementos da amostra poderá ser reduzido desde que o arranjo geral do dispositivo de condicionamento por temperatura e da amostra seja feito de modo que, de acordo com a experiência, as diferenças de temperatura sobre o comprimento da amostra não excedem os desvios admissíveis definidos. A medição da temperatura da amostra deve ser feita de todo modo com no mínimo um sensor de temperatura de forma direta.
Além do mais, a norma ISO 6892-2 estabelece que todos os componentes do sistema de medição de temperatura devem ser verificados e calibrados em intervalos de no máximo um ano sobre toda a área de trabalho. Quando a amostra foi finalmente aquecida para a temperatura de ensaio T, deve ser observado o intervalo de no mínimo 10 min. para a equalização antes da aplicação da carga.
Requisito referente à medição de deformação conforme ISO 6892-2
A ISO 6892-2 estabelece que o dispositivo de medição da extensão para determinação dos limites de elasticidade na faixa relevante corresponda no mínimo à Classe 1 conforme ISO 9513. O comprimento de medição do extensômetro não deve ser inferior a 10 mm e deve estar centralizado em relação ao comprimento de ensaio. Todas as partes do extensômetro fora do dispositivo de condicionamento por temperatura (forno, câmara térmica, etc.) devem ser projetadas ou ser protegidas contra correntes de ar de modo que oscilações da temperatura ambiente afetam os valores de medição minimamente. Contudo, a norma não fornece aqui outras informações sobre efeitos admissíveis de oscilações da temperatura ambiente.
Visto que os ensaios são realizados a temperatura elevada surgem na prática várias opções para definir o comprimento de medição inicial, dependendo da consideração da expansão térmica da amostra durante o aquecimento antes do início do ensaio propriamente dito.
Requisito referente à amostra conforme ISO 6892-2
As amostras devem ser fabricadas de modo que as propriedades do material não são influenciadas. Todas as áreas solidificadas a frio por meio de corte ou estampagem durante a fabricação da amostra devem ser - em caso de afetarem as propriedades - removidas.
Produtos com seção transversal constante (perfis, varas, arames, etc.) assim como amostras fundidas (por ex. ferro fundido, ligas não ferrosas) podem ser testados sem usinagem. A seção transversal da amostra pode ser circular, quadrada, retangular ou anelar ou, em casos especiais, também pode ter outra seção transversal uniforme. As amostras preferenciais possuem uma determinada relação entre o comprimento de medição inicial Lo e a seção transversal inicial So, a qual é expressa pela equação
Lo =k x √So, sendo que k é o fator de proporcionalidade. O valor internacionalmente definido de k é 5,65.
Formas típicas de amostras para o ensaio de tração conforme DIN EN ISO 6892-2 são:
- Amostras planas com pino de trava
- Amostras cilíndricas com cabeçote roscado
A nova norma DIN EN ISO 6892-2:2018
- Estabelece em nível mundial a descoberta de que o controle por deformação com medição de deformação na amostra - com o auxílio de um extensômetro - é o método de controle melhor.
- abre o caminho para a determinação mais estável e mais segura dos limites de elasticidade e de escoamento.
- Fornece uma melhoria da reprodutibilidade dos resultados entre máquinas para ensaios de materiais, entre laboratórios, entre o fornecedor e o cliente, na cooperação com instituições de ensaio e certificadoras.
- Define os limites de tolerância para taxas de deformação como
±20% em todas as faixas de taxa de deformação (método A).
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