Ensayos mecánicos de piezas forjadas: métodos y normas
Los ensayos mecánicos de piezas forjadas permiten verificar si el acero alcanza las propiedades mecánicas requeridas después de la forja y el tratamiento térmico. Entre las propiedades más importantes se encuentran la resistencia, la ductilidad, la tenacidad y la dureza.
Los métodos más utilizados son el ensayo de tracción, el ensayo de impacto Charpy y el ensayo de dureza. La selección de los ensayos depende del material, la geometría de la pieza, las condiciones de servicio y los requisitos del proyecto.
Esta guía explica los principales ensayos mecánicos aplicados a piezas de acero forjado, las normas habituales, la extracción de probetas y los criterios utilizados para evaluar los resultados.
¿Qué son los ensayos mecánicos de piezas forjadas?
Los ensayos mecánicos evalúan el comportamiento de un material forjado cuando se somete a carga o deformación. Su objetivo es comprobar que la pieza ha alcanzado las propiedades especificadas después de la forja y el tratamiento térmico.
Son una parte importante del control de calidad de las piezas forjadas, pero cumplen una función diferente al análisis químico y a los ensayos no destructivos (END).
| Método de control | ¿Qué verifica? |
|---|---|
| Análisis químico | Composición del material |
| Ensayos mecánicos | Resistencia, ductilidad, tenacidad y dureza |
| Ensayos no destructivos (END) | Discontinuidades superficiales o internas |
El análisis químico confirma la composición del material. Los métodos END, como el ensayo por ultrasonidos (UT) o el ensayo por partículas magnéticas (MT), permiten detectar discontinuidades relevantes en la pieza.
Los ensayos mecánicos responden a otra cuestión fundamental:
¿La pieza forjada posee las propiedades mecánicas necesarias para su aplicación?
Por este motivo, estos métodos se complementan dentro del control de calidad de los componentes forjados.
¿Qué ensayos mecánicos se realizan en piezas de acero forjado?
Los principales ensayos mecánicos del acero forjado son:
- ensayo de tracción;
- ensayo de impacto Charpy;
- ensayo de dureza.
| Ensayo | Propiedad evaluada |
| Ensayo de tracción | Límite elástico, resistencia y ductilidad |
| Ensayo Charpy | Tenacidad al impacto |
| Ensayo de dureza | Dureza después del tratamiento térmico |
La selección depende del material, tratamiento térmico, condiciones de servicio, especificación del producto y requisitos del cliente. No todas las piezas forjadas requieren los tres ensayos.
Ensayo de tracción en piezas de acero forjado
El ensayo de tracción en piezas forjadas determina la resistencia y la ductilidad del material mediante una carga controlada aplicada sobre una probeta mecanizada.
| Propiedad | ¿Qué indica? |
| Límite elástico | Inicio de la deformación plástica |
| Resistencia a la tracción | Tensión máxima alcanzada |
| Alargamiento | Capacidad de deformación antes de la rotura |
| Reducción de área | Ductilidad en la zona de rotura |
Estos valores deben evaluarse conjuntamente. En ejes, anillos y otros componentes sometidos a cargas elevadas, permiten verificar si el material y el tratamiento térmico cumplen las propiedades especificadas.
Ensayo de impacto Charpy en piezas forjadas
El ensayo de impacto Charpy mide la energía absorbida por una probeta entallada durante la rotura por impacto y se utiliza para evaluar la tenacidad del material.
Es especialmente relevante para componentes sometidos a:
- bajas temperaturas;
- cargas dinámicas o de impacto;
- riesgo de fractura frágil.
La temperatura de ensayo es fundamental, ya que el comportamiento de algunos aceros cambia a bajas temperaturas. Por ello, el resultado Charpy debe evaluarse siempre junto con la temperatura y el valor mínimo de aceptación especificado.
Ensayo de dureza de piezas forjadas
El ensayo de dureza de piezas forjadas mide la resistencia a la deformación plástica localizada y se utiliza habitualmente para verificar el tratamiento térmico.
Los métodos más comunes son:
- Brinell;
- Rockwell;
- Vickers.
Las mediciones en posiciones definidas permiten comprobar si se alcanza el rango de dureza requerido y si existe una distribución adecuada en la pieza.
Sin embargo, la dureza no sustituye a los ensayos de tracción o Charpy cuando deben verificarse resistencia, ductilidad o tenacidad.
Normas para los ensayos mecánicos de piezas forjadas
Las pruebas deben realizarse según la especificación del material o producto y las normas de ensayo aplicables. En España y Europa son habituales las normas UNE-EN ISO / EN ISO, mientras que algunos proyectos internacionales utilizan ASTM.
Referencias habituales:
- UNE-EN ISO 6892-1 – ensayo de tracción de materiales metálicos;
- UNE-EN ISO 148-1 – ensayo de impacto Charpy;
- normas UNE-EN ISO para dureza Brinell, Rockwell y Vickers;
- ASTM A370 – métodos de ensayo mecánico para productos de acero.
La diferencia es importante: la especificación del producto define los requisitos y criterios de aceptación, mientras que la norma de ensayo establece cómo realizar la prueba.
¿Dónde se extraen las probetas de una pieza forjada?
La extracción de probetas de piezas forjadas debe definirse según la especificación aplicable, la geometría de la pieza y los requisitos del cliente.
Las probetas pueden obtenerse de:
- una prolongación integral del forjado;
- un cupón de ensayo unido a la pieza;
- una muestra representativa;
- una posición especificada de la propia pieza.
También debe considerarse la orientación de la probeta, ya que las direcciones longitudinal y transversal pueden producir resultados diferentes debido al flujo de fibra.
Para garantizar la trazabilidad deben definirse la posición, orientación y el lote representado por la probeta.
¿Cómo se evalúan los resultados de los ensayos mecánicos?
Los resultados se comparan con los criterios de aceptación establecidos por la especificación aplicable y los requisitos del cliente.
La evaluación debe considerar:
- Tracción: posición y orientación de la probeta.
- Charpy: temperatura de ensayo y valor mínimo requerido.
- Dureza: posición de medición y escala utilizada.
En piezas forjadas grandes, personalizadas o destinadas a aplicaciones críticas, estos criterios deberían definirse antes de iniciar la producción.
Ensayos mecánicos vs. ensayos no destructivos (END)
Los ensayos mecánicos y los ensayos no destructivos de piezas forjadas proporcionan información diferente sobre la calidad del componente.
| Ensayos mecánicos | Ensayos no destructivos |
| Evalúan propiedades mecánicas | Detectan discontinuidades |
| Tracción, Charpy y dureza | UT, MT, PT y otros métodos |
| Normalmente utilizan probetas | Se realizan sobre la pieza |
Una pieza puede superar el ensayo UT y no cumplir los requisitos de tracción. Del mismo modo, unas buenas propiedades mecánicas no descartan discontinuidades internas.
Por ello, en piezas forjadas críticas, ambos tipos de ensayo son complementarios.
Conclusión
Los ensayos mecánicos de piezas forjadas deben evaluarse considerando no solo el resultado, sino también la representatividad de la probeta, el método utilizado y los criterios de aceptación.
Los resultados deben ser trazables al material, tratamiento térmico, posición de la probeta y lote de producción.
De esta forma se puede verificar si la pieza cumple las propiedades mecánicas requeridas para su aplicación.