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Para conocer la ductilidad en las ciencias de la Tierra, consulte Ductilidad (ciencias de la Tierra) .
La "maleabilidad" vuelve a dirigir aquí. Para la propiedad en criptografía, consulte Malleabilidad (criptografía) .
Ensayo de tracción de una aleación de AlMgSi . El cuello local y las superficies de fractura de copa y cono son típicos de los metales dúctiles.
Esta prueba de tracción de una fundición nodular demuestra baja ductilidad.

La ductilidad es una propiedad mecánica que se describe comúnmente como la facilidad de estiramiento de un material (por ejemplo, en alambre). [1] En la ciencia de los materiales , la ductilidad se define por el grado en que un material puede soportar la deformación plástica bajo tensión de tracción antes de fallar. [2] [3] La ductilidad es una consideración importante en la ingeniería y la fabricación, ya que define la idoneidad de un material para determinadas operaciones de fabricación (como el trabajo en frío ) y su capacidad para absorber la sobrecarga mecánica. [4] Los materiales que generalmente se describen como dúctiles incluyen el oro y el cobre . [5]

La maleabilidad , una propiedad mecánica similar, se caracteriza por la capacidad de un material de deformarse plásticamente sin fallar bajo tensión de compresión . [6] [7] Históricamente, los materiales se consideraban maleables si se podían moldear mediante martillado o laminado. [1] El plomo es un ejemplo de un material que es relativamente maleable pero no dúctil. [5] [8]

Ciencia de los materiales [ editar ]

El oro es extremadamente dúctil. Se puede dibujar en un cable monoatómico y luego estirar más antes de que se rompa. [9]

La ductilidad es especialmente importante en el trabajo de metales , ya que los materiales que se agrietan, rompen o rompen bajo tensión no pueden manipularse mediante procesos de formación de metales como martilleo , laminado , trefilado o extrusión . Los materiales maleables se pueden formar en frío mediante estampación o prensado , mientras que los materiales quebradizos se pueden moldear o termoconformar .

Los altos grados de ductilidad se deben a los enlaces metálicos , que se encuentran predominantemente en los metales; esto conduce a la percepción común de que los metales son dúctiles en general. En enlaces metálicos capa de valencia electrones están deslocalizados y compartidos entre muchos átomos. Los electrones deslocalizados permiten que los átomos de metal se deslicen unos sobre otros sin estar sujetos a fuertes fuerzas repulsivas que harían que otros materiales se rompieran.

La ductilidad del acero varía según los componentes de la aleación. El aumento de los niveles de carbono disminuye la ductilidad. Muchos plásticos y sólidos amorfos , como Play-Doh , también son maleables. El metal más dúctil es el platino y el metal más maleable es el oro . [10] [11] Cuando se estiran mucho, estos metales se distorsionan a través de la formación, reorientación y migración de dislocaciones y gemelos cristalinos sin un endurecimiento notable. [12]

Cuantificación de ductilidad [ editar ]

Las cantidades que se usan comúnmente para definir la ductilidad en una prueba de tensión son el porcentaje de alargamiento (a veces denotado como ) y la reducción del área (a veces denotado como ) en la fractura. [13] La deformación por fractura es la deformación de ingeniería a la que una muestra de prueba se fractura durante una prueba de tracción uniaxial . El porcentaje de elongación, o deformación de ingeniería en el momento de la fractura, se puede escribir como: [14] [15] [16]

La reducción porcentual en el área se puede escribir como: [14] [15] [16]

donde el área de preocupación es el área de la sección transversal del calibre de la muestra.

De acuerdo con el Diseño de Ingeniería Mecánica de Shigley [17], significante denota aproximadamente un 5.0 por ciento de elongación.

Temperatura de transición dúctil-frágil[ editar ]

Aspecto esquemático de barras redondas de metal después de la prueba de tracción.
(a) Fractura frágil
(b) Fractura dúctil
(c) Fractura completamente dúctil

La temperatura de transición dúctil-frágil (DBTT), la temperatura de ductilidad nula (NDT) o la temperatura de transición de ductilidad nula de un metal es la temperatura a la que la energía de fractura pasa por debajo de un valor predeterminado (para aceros normalmente 40 J [18] para un estándar Prueba de impacto Charpy ). El DBTT es importante ya que, una vez que un material se enfría por debajo del DBTT, tiene una tendencia mucho mayor a romperse con el impacto en lugar de doblarse o deformarse ( fragilización a baja temperatura ). Por ejemplo, el zamak 3 exhibe una buena ductilidad a temperatura ambiente, pero se rompe cuando se impacta a temperaturas bajo cero. DBTT es una consideración muy importante en la selección de materiales que están sujetos a tensiones mecánicas. Un fenómeno similar, eltemperatura de transición vítrea , ocurre con vidrios y polímeros, aunque el mecanismo es diferente en estos materiales amorfos .

En algunos materiales, la transición es más aguda que en otros y normalmente requiere un mecanismo de deformación sensible a la temperatura. Por ejemplo, en materiales con una celosía cúbica centrada en el cuerpo (bcc), el DBTT es fácilmente evidente, ya que el movimiento de las dislocaciones de los tornillos es muy sensible a la temperatura porque la reordenación del núcleo de dislocación antes del deslizamiento requiere activación térmica. Esto puede ser problemático para aceros con un alto contenido de ferrita . Esto supuestamente resultó en un grave agrietamiento del casco de los barcos Liberty en aguas más frías durante la Segunda Guerra Mundial , lo que provocó muchos hundimientos. La DBTT también puede verse influenciada por factores externos como la radiación de neutrones , que conduce a un aumento de ladefectos de celosía y la correspondiente disminución de la ductilidad y aumento de DBTT.

El método más preciso para medir el DBTT de un material es mediante pruebas de fractura . Por lo general, las pruebas de flexión de cuatro puntos a un rango de temperaturas se realizan en barras de material pulido previamente agrietadas.

Para los experimentos llevados a cabo a temperaturas más altas, aumenta la actividad de dislocación [ aclaración necesaria ] . A una cierta temperatura, las dislocaciones protegen [se necesita aclaración ] la punta de la grieta hasta tal punto que la tasa de deformación aplicada no es suficiente para que la intensidad del esfuerzo en la punta de la grieta alcance el valor crítico de fractura (K iC ). La temperatura a la que esto ocurre es la temperatura de transición dúctil-frágil. Si los experimentos se realizan a una tasa de deformación más alta, se requiere más protección contra la dislocación para evitar una fractura frágil y se eleva la temperatura de transición. [ cita requerida ]

Ver también [ editar ]

  • Deformación
  • Endurecimiento por trabajo , que mejora la ductilidad en la tensión uniaxial al retrasar el inicio de la inestabilidad.
  • Resistencia de materiales

Referencias [ editar ]

  1. ↑ a b Brande, William Thomas (1853). Un diccionario de ciencia, literatura y arte: que comprende la historia, la descripción y los principios científicos de cada rama del conocimiento humano: con la derivación y definición de todos los términos de uso general . Harper y hermanos. pag. 369.
  2. ↑ Kalpakjian, Serope, 1928- (1984). Procesos de fabricación de materiales de ingeniería . Reading, Mass .: Addison-Wesley. pag. 30. ISBN 0-201-11690-1. OCLC  9783323 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  3. ^ "Ductilidad - Qué es el material dúctil" . Energía nuclear . Consultado el 14 de noviembre de 2020 .
  4. ^ Budynas, Richard G. (2015). Diseño de ingeniería mecánica de Shigley — 10ª ed . McGraw Hill. pag. 233. ISBN 978-0-07-339820-4..
  5. ↑ a b Chandler Roberts-Austen, William (1894). Introducción al estudio de la metalurgia . Londres: C. Griffin. pag. dieciséis.
  6. ^ "Maleabilidad - Materiales maleables" . Energía nuclear . Archivado desde el original el 25 de septiembre de 2020 . Consultado el 14 de noviembre de 2020 .
  7. ^ CIENCIA DE MATERIALES DEL MANUAL DE FUNDAMENTALS . Volumen 1, Módulo 2 - Propiedades de los metales. Departamento de Energía de EE. UU. Enero de 1993. p. 25.
  8. ^ Rich, Jack C. (1988). Los materiales y métodos de la escultura . Publicaciones de Courier Dover. pag. 129 . ISBN 978-0-486-25742-6..
  9. ^ Masuda, Hideki (2016). "Microscopía electrónica de transmisión combinada - Observación in situ del proceso de formación y medición de propiedades físicas para cables metálicos de tamaño atómico individual". En Janecek, Milos; Kral, Robert (eds.). Microscopía electrónica moderna en ciencias físicas y biológicas . InTech. doi : 10.5772 / 62288 . ISBN 978-953-51-2252-4.
  10. ^ Vaccaro, John (2002) Manual de materiales , manuales de Mc Graw-Hill, 15ª ed.
  11. ^ Schwartz, M. (2002) Enciclopedia CRC de materiales, piezas y acabados , 2ª ed.
  12. ^ Lah, Che; Akmal, Nurul; Trigueros, Sonia (2019). "Síntesis y modelado de las propiedades mecánicas de nanocables de Ag, Au y Cu" . Sci. Technol. Adv. Mater . 20 (1): 225–261. Código bibliográfico : 2019STAdM..20..225L . doi : 10.1080 / 14686996.2019.1585145 . PMC 6442207 . PMID 30956731 .  
  13. ^ Dieter, G. (1986) Metalurgia mecánica , McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-016893-0 
  14. ^ a b "Revisión de ductilidad - Mecánica de resistencia de materiales - Borde de ingenieros" . www.engineersedge.com . Consultado el 14 de julio de 2020 .
  15. ↑ a b Askeland, Donald R. (2016). "6-4 Propiedades obtenidas de la prueba de tracción". La ciencia y la ingeniería de materiales . Wright, Wendelin J. (Séptima ed.). Boston, MA. pag. 195. ISBN 978-1-305-07676-1. OCLC  903959750 .
  16. ↑ a b Callister, William D., Jr. (2010). "6.6 Propiedades de tracción". Ciencia e ingeniería de materiales: una introducción . Rethwisch, David G. (8ª ed.). Hoboken, Nueva Jersey. pag. 166. ISBN 978-0-470-41997-7. OCLC  401168960 .
  17. ^ Budynas, Richard G. (2015). Diseño de ingeniería mecánica de Shigley — 10ª ed . McGraw Hill. pag. 233. ISBN 978-0-07-339820-4..
  18. ^ John, Vernon (1992). Introducción a los materiales de ingeniería , 3ª ed. Nueva York: Industrial Press. ISBN 0-8311-3043-1 . 

Enlaces externos [ editar ]

  • Definición de ductilidad en engineeredge.com
  • Paquete de enseñanza y aprendizaje DoITPoMS: "La transición dúctil-frágil