Ductilidad: definición, diferencias con maleabilidad y ejemplos en metales
Descubre qué es la ductilidad, sus diferencias con la maleabilidad y ejemplos en metales como oro, cobre y acero; propiedades, causas y aplicaciones prácticas.
La ductilidad es la capacidad de un material sólido para deformarse plásticamente bajo tensión antes de fracturarse; es decir, cuánto se puede estirar un material cuando se le aplica un esfuerzo de tracción. Si es dúctil, un material puede estirarse en forma de alambre sin romperse. La maleabilidad, una propiedad relacionada pero distinta, es la capacidad de un material para deformarse bajo presión (tensión de compresión) y poderse aplanar, por ejemplo, con un martillo o un rodillo.
Ambas propiedades son aspectos de la plasticidad. La plasticidad es el grado de deformación de un material sólido sin que se rompa. Estas propiedades son habituales en los metales y dependen de variables como la temperatura, la velocidad de deformación y la presencia de impurezas o defectos cristalinos. Percy Williams Bridgman investigó el comportamiento de materiales a altas presiones y recibió el galardonado con el Premio Nobel en 1946 por su trabajo en física de altas presiones.
Medición de la ductilidad
La ductilidad se cuantifica comúnmente mediante ensayos de tracción. Dos indicadores habituales son:
- Elongación porcentual (A%): aumento de longitud hasta la rotura expresado como porcentaje respecto a la longitud inicial.
- Reducción del área (%RA): disminución del área de sección transversal en el punto de fractura.
También se utiliza la curva esfuerzo-deformación verdadera para evaluar la deformación plástica y la ductilidad en distintos intervalos. Materiales dúctiles muestran grandes deformaciones plásticas antes de fracturarse, mientras que los frágiles fallan con poca deformación.
Diferencias entre ductilidad y maleabilidad
- Dirección de la deformación: la ductilidad se refiere a la deformación por tracción (estiramiento), la maleabilidad a la deformación por compresión o aplanado.
- Procesos típicos: la ductilidad es importante en procesos como trefilado (obtención de alambre), mientras que la maleabilidad es crítica en el laminado y forjado.
- No siempre coinciden: el oro es muy dúctil y maleable, pero el plomo es poco dúctil y, aun así, muy maleable. Por ello a veces se emplea la palabra ductilidad de forma general para referirse a ambas capacidades, aunque técnicamente son distintas.
Factores que afectan la ductilidad
- Temperatura: la ductilidad suele aumentar con la temperatura (muchos metales se vuelven más dúctiles al calentarlos) y disminuir a bajas temperaturas, donde pueden volverse frágiles.
- Velocidad de deformación: a altas velocidades de deformación la ductilidad puede reducirse y favorecer la fractura frágil.
- Microestructura: el tamaño de grano, la presencia de fases duras o frágiles, precipitados y la distribución de dislocaciones influyen fuertemente en la ductilidad.
- Impurezas y segregaciones: elementos no deseados o inclusiones pueden actuar como concentradores de tensión y reducir significativamente la ductilidad.
- Trabajo en frío y tratamientos térmicos: el trabajo en frío tiende a endurecer y reducir la ductilidad; tratamientos de recocido pueden restaurarla.
- Aleación y composición química: algunos elementos aumentan la resistencia pero reducen la ductilidad; otros mejoran la tenacidad y la capacidad de deformación.
Ejemplos en metales y aplicaciones
Metales con alta ductilidad son ampliamente usados en aplicaciones que requieren deformaciones grandes sin fractura:
- Oro: extremadamente dúctil y maleable; se puede estirar hasta hilos muy finos y se usa en joyería y contactos eléctricos de alta fiabilidad.
- Cobre: buena ductilidad y conductividad eléctrica; se utiliza para cables y alambres eléctricos.
- Aluminio: ductilidad moderada a alta según la aleación y el tratamiento; se emplea en extrusión de perfiles, cables y componentes aeronáuticos.
- Acero: la ductilidad varía ampliamente según la composición y el tratamiento térmico; los aceros al carbono y aleados pueden diseñarse para combinar resistencia y ductilidad (p. ej., chapas para carrocería, estructuras, tornillería).
- Plomo: ejemplo típico de metal poco dúctil pero muy maleable; se deforma fácilmente por compresión pero no se estira bien en alambres.
Aplicaciones prácticas: fabricación de cables y conductores (ductilidad), conformado profundo (latonería, envases), trefilado, soldadura y procesos de estampado y forjado.
Fractura dúctil frente a fractura frágil
La fractura dúctil se caracteriza por notables deformaciones plásticas, formación de cuellos y una superficie de fractura con signos de estiramiento; suele absorber más energía antes de romperse. La fractura frágil ocurre con poca deformación previa y propagación rápida de grietas, con poca absorción de energía. El conocimiento de la ductilidad ayuda a diseñar componentes seguros frente a fallos.
Cómo mejorar o controlar la ductilidad
- Ajustar la composición química y controlar impurezas.
- Aplicar tratamientos térmicos (recocidos) para aliviar tensiones y re-cristalizar la microestructura.
- Modificar el tamaño de grano mediante procesos controlados de enfriamiento y deformación.
- Evitar condiciones de servicio que favorezcan la fragilización (temperaturas muy bajas, ambientes que promuevan la embrittlement).
En resumen, la ductilidad es una propiedad mecánica clave para diseñar procesos de conformado y piezas que deben deformarse sin romperse. Conocer la diferencia entre ductilidad y maleabilidad, así como los factores que las afectan, permite seleccionar materiales y tratamientos adecuados para cada aplicación.
Ensayo de tracción de una aleación de aluminio. El cuello local y las superficies de fractura en forma de copa y cono son típicos de los metales dúctiles.
Este ensayo de tracción de una fundición muestra una baja ductilidad.
Páginas relacionadas
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la ductilidad?
R: La ductilidad es cuando un material sólido se estira bajo tensión de tracción.
P: ¿Qué es la maleabilidad?
R: La maleabilidad es la capacidad de un material para deformarse bajo presión (esfuerzo de compresión).
P: ¿Se puede estirar un material dúctil para formar un alambre?
R: Sí, un material dúctil puede estirarse hasta formar un alambre.
P: ¿Se puede aplanar un material maleable martillándolo o laminándolo?
R: Sí, un material maleable puede aplanarse martillándolo o enrollándolo.
P: ¿Qué es la plasticidad?
R: La plasticidad es hasta qué punto se puede deformar un material sólido sin que se fracture.
P: ¿La ductilidad y la maleabilidad van siempre unidas?
R: No, la ductilidad y la maleabilidad no siempre van juntas. El oro tiene una alta ductilidad y maleabilidad, pero el plomo tiene una baja ductilidad y una alta maleabilidad.
P: ¿Cuáles son algunos de los metales que tienen una ductilidad elevada?
R: El oro, el cobre, el aluminio y el acero tienen una ductilidad elevada.
Buscar dentro de la enciclopedia