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Ductilidade e Fragilidade

1850
Teste de tração de amostras de metal no laboratório de ciência de materiais para avaliação de ductilidade e fragilidade.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

A ductilidade é uma medida da capacidade de um material sofrer deformação plástica significativa antes da ruptura, frequentemente quantificada pela porcentagem de alongamento ou pela porcentagem de redução da área. Materiais dúcteis, como o aço, apresentam uma longa região plástica em sua curva tensão-deformação. A fragilidade é o oposto; materiais frágeis, como cerâmica ou ferro fundido, fraturam com pouca ou nenhuma deformação plástica.

A distinção entre comportamento dúctil e frágil é claramente visível na curva tensão-deformação. Um material dúctil exibe uma deformação significativa após a ponto de escoamento e antes do ponto de fratura. Essa grande área sob a curva após o escoamento indica que o material pode absorver uma grande quantidade de energia antes de se romper. Essa propriedade é crucial para a segurança em muitas aplicações de engenharia, pois uma falha dúctil fornece um aviso visível (por exemplo, curvatura ou alongamento) antes de um colapso completo. As principais medidas de ductilidade são o alongamento percentual, [latex](frac{L_f – L_0}{L_0}) times 100[/latex], e a redução percentual da área, [latex](frac{A_0 – A_f}{A_0}) times 100[/latex], onde o subscrito ‘f’ denota a dimensão final na fratura.

Por outro lado, um material frágil apresenta pouca deformação após seu limite elástico. A tensão de fratura geralmente se aproxima da resistência à tração máxima, e a falha ocorre repentinamente e sem aviso prévio. Cerâmicas, vidros e alguns polímeros são exemplos clássicos. O comportamento de um material também pode depender de condições externas. Por exemplo, muitos aços que são dúcteis à temperatura ambiente sofrem uma transição dúctil-frágil em baixas temperaturas, um fenômeno que levou a falhas catastróficas, como as dos navios Liberty durante a Segunda Guerra Mundial.

UNESCO Nomenclature: 3322
Ciência dos materiais

Tipo

Propriedade do material

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • práticas metalúrgicas de recozimento e revenimento para controlar as propriedades do material
  • observações dos modos de falha de materiais em estruturas de engenharia antigas
  • desenvolvimento do ensaio de tração como um método de caracterização padrão

Aplicações

  • Seleção de materiais para aplicações que requerem conformação (ex.: carrocerias de automóveis)
  • Projeto de estruturas para garantir que a falha seja gradual (dúctil) em vez de catastrófica (frágil).
  • processos de trefilação de fios e extrusão de metais
  • Avaliar o desempenho de materiais em baixas temperaturas, onde muitos materiais se tornam quebradiços.

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • development of ductile iron to replace brittle cast iron
  • toughened ceramics with engineered microstructures to increase ductility
  • design of earthquake-resistant buildings that rely on the ductility of steel reinforcement
  • polymer blending to create impact-resistant plastics
  • control of grain size in metals to optimize the balance between strength and ductility
  • fracture mechanics analysis to predict the failure of structures containing cracks
  • development of bulk metallic glasses with improved ductility
  • design of safety-critical components like pressure vessels and aircraft fuselages
  • flexible electronic devices built on ductile substrates
  • biomimetic materials that mimic the ductile-brittle hierarchies of natural materials like bone
Relacionado a: ductilidade, fragilidade, deformação plástica, fratura, alongamento, redução de área, falha dúctil, fratura frágil, comportamento do material, curva tensão-deformação.

Contexto histórico

Ductilidade e Fragilidade

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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