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De la fractura a la deformación: ¿Cómo afecta la ductilidad del material al diseño de ingeniería?
En la ciencia de los materiales, la ductilidad se refiere a la capacidad de un material de sufrir una deformación plástica significativa antes de fracturarse. Esta deformación plástica es fundamentalmente diferente de la deformación elástica, que es permanente cuando se aplica tensión, mientras que esta última vuelve a su forma original cuando se elimina la tensión. La ductilidad es una propiedad mecánica crítica en muchas aplicaciones que requieren que los materiales se doblen, se estiren o se deformen de alguna otra forma sin romperse. Muchas operaciones de ingeniería y fabricación, especialmente en el trabajo con metales, imponen requisitos estrictos sobre la ductilidad de los materiales.
La ductilidad es un factor clave para evaluar si un material puede sobrevivir a procesos de conformado de metales como el forjado o el trefilado.
En este contexto, la ductilidad a menudo se cuantifica utilizando el porcentaje de elongación en la fractura (%EL), que se basa en el cambio de longitud del material antes y después de la fractura. Cuanto más dúctil sea un material, mejor podrá soportar la tensión y la deformación. Por el contrario, algunos materiales, como el hierro fundido, presentan características de falla frágil.
En general, se considera que los metales tienen buena ductilidad debido a su estructura de enlace metálica única. En estos materiales, los electrones de valencia pueden moverse libremente, lo que permite que los átomos de metal se deslicen bajo tensión sin experimentar fuertes fuerzas repulsivas. Si tomamos el acero como ejemplo, su ductilidad cambia con la composición de la aleación. A medida que aumenta el contenido de carbono, la ductilidad del acero disminuye.
El metal más dúctil es el platino y el metal más maleable es el oro.
En general, la ductilidad de un material afecta su desempeño en aplicaciones prácticas. Los metales con mayor ductilidad pueden absorber más energía al ser impactados, evitando así el riesgo de fractura frágil. Por lo tanto, cómo seleccionar materiales apropiados para el diseño de ingeniería es un desafío complejo. Muchos materiales se vuelven quebradizos rápidamente, especialmente cuando se enfrían por debajo de su temperatura de transición de rotura a fragilidad (DBTT). Esto nos lleva a la importancia de DBTT.
La DBTT no solo es una consideración importante en el diseño de productos metálicos portantes, sino que también depende de las características y el tipo estructural del material en sí. Los metales con una estructura cúbica centrada en las caras permanecen dúctiles en un amplio rango de temperaturas, mientras que los metales con una estructura cúbica centrada en el cuerpo solo exhiben ductilidad a altas temperaturas.
DSD es una base importante para seleccionar materiales que soporten el estrés mecánico.
En aplicaciones prácticas, la medición y el rendimiento de la ductilidad también se ven afectados por muchos factores externos. Por ejemplo, la radiación de neutrones puede aumentar los defectos reticulares internos y, por lo tanto, aumentar la DBTT del material. Esto significa que los ingenieros deben considerar múltiples factores al diseñar y seleccionar materiales, incluida la microestructura del material, el entorno externo y la vida útil esperada.
Con las crecientes demandas tecnológicas, explorar cómo los materiales pueden mantener un cierto grado de ductilidad cuando se someten a daños mecánicos se ha convertido en un tema importante de investigación actual. ¿La ductilidad de un material determinará su ámbito de aplicación en futuros diseños de ingeniería? ¿Significa esto que debemos repensar nuestras estrategias de selección y aplicación de materiales?
