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Ductilidad y fragilidad

1850
Ensayo de tracción de muestras metálicas en laboratorio de ciencia de materiales para evaluación de ductilidad y fragilidad.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

La ductilidad es una medida de la capacidad de un material para sufrir una deformación plástica significativa antes de la rotura, a menudo cuantificada por el porcentaje de alargamiento o la reducción porcentual del área. Los materiales dúctiles, como el acero, muestran una larga región plástica en su curva de tensión-deformación. La fragilidad es lo contrario; los materiales quebradizos, como la cerámica o el hierro fundido, se fracturan con poca o ninguna deformación plástica.

La distinción entre comportamiento dúctil y frágil es claramente visible en la curva tensión-deformación. Un material dúctil exhibe una deformación significativa después de la límite elástico y antes del punto de fractura. Esta gran área bajo la curva después de la fluencia indica que el material puede absorber una gran cantidad de energía antes de romperse. Esta propiedad es crucial para la seguridad en muchas aplicaciones de ingeniería, ya que una falla dúctil proporciona una advertencia visible (por ejemplo, flexión o estiramiento) antes de un colapso completo. Las medidas clave de ductilidad son el porcentaje de elongación, [latex](frac{L_f – L_0}{L_0}) times 100[/latex], y el porcentaje de reducción de área, [latex](frac{A_0 – A_f}{A_0}) times 100[/latex], donde el subíndice ‘f’ denota la dimensión final en la fractura.

Por el contrario, un material frágil presenta muy poca deformación después de su límite elástico. La tensión de fractura suele estar cerca de la resistencia máxima a la tracción, y la falla se produce de forma repentina e imprevista. La cerámica, los vidrios y algunos polímeros son ejemplos clásicos. El comportamiento de un material también puede depender de las condiciones externas. Por ejemplo, muchos aceros que son dúctiles a temperatura ambiente experimentan una transición de dúctil a frágil a bajas temperaturas, un fenómeno que ha provocado fallas catastróficas, como la de los barcos Liberty durante la Segunda Guerra Mundial.

UNESCO Nomenclature: 3322
- Ciencia de los materiales

Tipo

Propiedad material

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Prácticas metalúrgicas de recocido y revenido para controlar las propiedades del material.
  • Observaciones de modos de falla de materiales en estructuras de ingeniería tempranas
  • Desarrollo del ensayo de tracción como método de caracterización estándar

Aplicaciones

  • Selección de materiales para aplicaciones que requieren conformado (por ejemplo, carrocerías de automóviles)
  • Diseño de estructuras para garantizar que el fallo sea gradual (dúctil) en lugar de catastrófico (frágil).
  • Procesos de trefilado y extrusión de metales
  • Evaluación del rendimiento del material a bajas temperaturas, donde muchos materiales se vuelven frágiles.

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Desarrollo de hierro dúctil para reemplazar el hierro fundido frágil
  • Cerámicas endurecidas con microestructuras diseñadas para aumentar la ductilidad
  • Diseño de edificios resistentes a terremotos que se basan en la ductilidad del refuerzo de acero
  • Mezcla de polímeros para crear plásticos resistentes al impacto
  • Control del tamaño de grano en metales para optimizar el equilibrio entre resistencia y ductilidad
  • Análisis de mecánica de fracturas para predecir la falla de estructuras que contienen grietas
  • Desarrollo de vidrios metálicos a granel con ductilidad mejorada
  • Diseño de componentes críticos para la seguridad, como recipientes a presión y fuselajes de aeronaves
  • dispositivos electrónicos flexibles construidos sobre sustratos dúctiles
  • materiales biomiméticos que imitan las jerarquías dúctil-frágiles de materiales naturales como el hueso
Relacionado con: ductilidad, fragilidad, deformación plástica, fractura, alargamiento, reducción de área, fallo dúctil, fractura frágil, comportamiento del material, curva tensión-deformación.

Contexto histórico

Ductilidad y fragilidad

1788
1834
1850
1850
1850
1850
1867
1761
1807-01-01
1850
1850
1850
1850
1860
1870

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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