La ductilidad es la capacidad de un material de deformarse plásticamente bajo tracción sin romperse. La maleabilidad es la capacidad de deformarse plásticamente bajo compresión sin romperse.
Ductilidad y maleabilidad son dos términos a menudo usados como sinónimos. En realidad describen dos comportamientos distintos del mismo fenómeno: la capacidad de un metal de deformarse plásticamente sin romperse. La diferencia se refiere a la dirección de la deformación, y comprenderla no es un simple ejercicio teórico: tiene consecuencias directas sobre la elección del material, sobre la mecanizabilidad y sobre el comportamiento del componente en servicio.
Esta guía explica qué son la ductilidad y la maleabilidad, cuáles son las diferencias, cómo se miden, qué metales son más dúctiles y maleables y por qué estos valores son importantes en el diseño de componentes mecanizados en CNC. Los valores reportados hacen referencia a los materiales disponibles para el mecanizado CNC online en Weerg y a los materiales para impresión 3D de nuestra gama.
La ductilidad es la capacidad de un material de deformarse plásticamente bajo esfuerzo de tracción sin romperse. En la práctica, es la propiedad que permite estirar un metal hasta transformarlo en un hilo fino mediante trefilado, alargarlo antes de la rotura y absorber deformaciones en servicio sin ceder de improviso.
Un metal dúctil, sometido a tracción, se alarga progresivamente y forma una estricción, es decir, un estrechamiento de la sección, antes de romperse. Un metal frágil, en cambio, se rompe bruscamente, sin deformaciones apreciables ni señales evidentes.
La ductilidad:
La ductilidad se mide a través del ensayo de tracción según ISO 6892-1 para los metales y ASTM E8/E8M, utilizando dos parámetros complementarios.
Alargamiento a la rotura (A%)
Indica la deformación plástica porcentual medida sobre la probeta tras la rotura. Un acero S235 con A% = 26, por ejemplo, se ha alargado un 26% antes de romperse. Cuanto más alto es el valor de A%, mayor es la ductilidad del material.
Coeficiente de estricción (Z%)
Indica la reducción porcentual de la sección transversal en la zona de rotura y mide la deformación en dirección transversal. Un valor Z% del 60% significa que la sección se ha reducido un 60% antes de la fractura. Respecto a A%, es un indicador más sensible a la calidad metalúrgica del material.
Los dos parámetros son complementarios: A% mide cuánto se alarga el material, mientras que Z% mide cuánto se estrecha. Ambos describen la capacidad del metal de deformarse plásticamente, pero desde perspectivas diferentes.
La maleabilidad es la capacidad de un material de deformarse plásticamente bajo esfuerzo de compresión sin romperse. Es la propiedad que permite aplastar un metal hasta transformarlo en una lámina fina mediante laminación, o bien martillarlo, forjarlo y acuñarlo.
Un metal maleable puede reducirse en láminas cada vez más finas sin fisurarse. El oro es el metal más maleable: puede transformarse en hojas con un espesor inferior a 0,1 µm.
La maleabilidad:
A diferencia de la ductilidad, la maleabilidad no está definida por un parámetro normalizado universal comparable al alargamiento a la rotura. En la práctica se valora a través de diversos ensayos.
Ensayo de compresión
Una probeta cilíndrica se comprime y se mide la deformación alcanzada antes de la aparición de grietas en los bordes. Cuanto mayor es la deformación soportada sin grietas, mayor es la maleabilidad del material.
Ensayo de recalcado (upset test)
Es una variante del ensayo de compresión utilizada para valorar la forjabilidad. La muestra se comprime hasta una reducción preestablecida de la altura, típicamente del 50% o del 75%, verificando que no aparezcan grietas.
Relación de reducción en laminación
En la práctica industrial, la maleabilidad puede valorarse en función del espesor mínimo alcanzable mediante laminación sin fisuraciones o de la reducción porcentual obtenible por cada pasada.
Ensayo de plegado
Una probeta plana se pliega alrededor de un mandril de radio definido y se verifica la eventual aparición de grietas. El radio mínimo de plegado sin fisuraciones proporciona una indicación práctica de la capacidad del material de deformarse sin romperse.
Los dos conceptos están estrechamente conectados, porque ambos describen la capacidad de un material de deformarse plásticamente, pero indican comportamientos diferentes.
| Aspecto | Ductilidad | Maleabilidad |
|---|---|---|
| Tipo de esfuerzo | Tracción | Compresión |
| Deformación | Alargamiento, reducción de sección | Aplanamiento, ensanchamiento |
| Proceso industrial típico | Trefilado, extrusión, embutición | Laminación, forja, acuñación |
| Medida estándar | A% y Z% en el ensayo de tracción | Compresión, recalcado, plegado |
| Ejemplo | El cobre es muy dúctil y puede trefilarse en hilos finos | El plomo es muy maleable y se deforma fácilmente por compresión |
El punto clave es que ductilidad y maleabilidad no coinciden necesariamente. La mayoría de los metales estructurales, como aceros dulces, aluminio y cobre, presentan ambas propiedades, pero en medida diferente.
La razón física es que los mecanismos de deformación y fractura a nivel cristalino responden de forma diferente al estado de esfuerzo. En compresión, grietas, porosidades y defectos internos tienden a cerrarse, permitiendo al material soportar deformaciones mayores. En tracción, en cambio, los mismos defectos favorecen la formación y la propagación de las grietas, limitando la deformación antes de la rotura.
Diversos factores determinan la ductilidad y la maleabilidad de un metal. Conocerlos ayuda a prever su comportamiento durante el mecanizado y en servicio.
Los metales con estructura FCC (cúbica centrada en las caras), como cobre, aluminio, níquel, oro, plata y aceros austeníticos, son generalmente muy dúctiles y maleables porque disponen de numerosos sistemas de deslizamiento a lo largo de los cuales las dislocaciones pueden moverse fácilmente.
Los metales BCC (cúbicos centrados en el cuerpo), como hierro α, cromo, tungsteno y molibdeno, tienen un comportamiento más sensible a la temperatura. Muchos materiales con esta estructura pueden presentar una transición dúctil-frágil a las bajas temperaturas, con una fuerte reducción de la tenacidad y de la deformabilidad.
Los metales HCP (hexagonales compactos), como magnesio, zinc y titanio α, disponen de menos sistemas de deslizamiento activos a temperatura ambiente y son generalmente menos deformables. Su mecanizabilidad mejora sensiblemente con el aumento de la temperatura.
En general, ductilidad y maleabilidad aumentan con la temperatura, porque el movimiento de las dislocaciones se vuelve más fácil y se activan ulteriores mecanismos de deformación.
La forja en caliente aprovecha precisamente este principio. El acero en torno a 1.100 °C es mucho más deformable que a temperatura ambiente, mientras que muchas aleaciones de titanio se conforman a temperaturas elevadas para facilitar su trabajo.
Los aceros ferríticos pueden presentar una transición de dúctil a frágil al disminuir la temperatura. El umbral depende de composición, microestructura, espesor y velocidad de deformación. Para aplicaciones criogénicas se utilizan a menudo aceros austeníticos, cuya estructura FCC mantiene una buena tenacidad incluso a temperaturas muy bajas.
En los aceros, el aumento del contenido de carbono tiende a reducir la ductilidad y a aumentar resistencia y dureza. También los elementos de aleación pueden obstaculizar el movimiento de las dislocaciones, aunque su efecto depende de la composición y de la microestructura obtenida.
Los tratamientos térmicos modifican profundamente la deformabilidad. Un acero recocido es generalmente más dúctil que el mismo material templado y revenido, mientras que una estructura predominantemente martensítica no revenida presenta elevada dureza pero ductilidad muy reducida.
La velocidad de deformación puede influir sensiblemente en la ductilidad. En muchos metales, solicitaciones muy rápidas como impactos y choques favorecen un comportamiento menos dúctil respecto a los ensayos cuasi estáticos, aunque el efecto varía en función del material y de la temperatura.
Para aplicaciones sujetas a impacto, por tanto, los valores reportados en las fichas técnicas obtenidos con ensayos cuasi estáticos no describen siempre completamente el comportamiento real.
Inclusiones no metálicas, porosidades, segregaciones y defectos superficiales pueden actuar como puntos de inicio de la fractura, reduciendo ductilidad y maleabilidad. A igualdad de composición, un acero con mayor limpieza metalúrgica presenta generalmente una mejor capacidad de deformarse sin romperse.
|
Metal / Aleación |
% A indicativo |
Notas |
|
Oro puro |
45-50 |
Excepcionalmente dúctil y maleable |
|
Cobre puro (Cu-ETP) |
30-50 |
Estándar de conductividad y ductilidad |
|
Plata pura |
40-50 |
Dúctil, usada en joyería y electrónica |
|
Platino |
35-45 |
Dúctil, costoso |
|
35-60 |
Entre los aceros más dúctiles |
|
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Aluminio puro |
35-45 |
Dúctil pero baja resistencia mecánica |
|
14-22 |
Aleación estructural dúctil |
|
|
Aluminio 6082-T6 |
6-12 |
Tratada térmicamente, menos dúctil |
|
10-26 |
Acero estructural estándar |
|
|
20-22 |
Más resistente, ligeramente menos dúctil |
|
|
Titanio Gr2 |
24-30 |
Comercialmente puro, buena ductilidad |
|
Titanio Gr5 (Ti6Al4V) |
10-15 |
Aleación de alta resistencia, menos dúctil |
|
Latón CW508L (CuZn37) |
15-45 |
Amplio rango, depende del estado |
|
Acero 42CrMo4 templado y revenido |
12-16 |
Alta resistencia, ductilidad moderada |
|
Fundición esferoidal EN-GJS-500-7 |
7-10 |
Dúctil para ser un hierro fundido |
|
Tungsteno |
2-4 |
Frágil a temperatura ambiente |
|
Fundición gris EN-GJL-250 |
< 1 |
Prácticamente frágil |
No existe una escala estandarizada equivalente a la utilizada para la ductilidad. Para los metales puros, un orden indicativo de maleabilidad es el siguiente.
Oro, puede batirse en hojas de espesor inferior a 0,1 µm
Plata, fácilmente reducible en hojas muy finas
Aluminio, altamente laminable y utilizado para hojas de pocos micrómetros
Cobre, fácilmente laminable y forjable
Estaño, muy deformable e históricamente utilizado para producir finas hojas metálicas
Plomo, muy maleable gracias a la baja resistencia a la deformación
Zinc, poco deformable a temperatura ambiente pero más maleable en torno a 100 y 150 °C
Hierro y aceros dulces, fácilmente forjables y laminables
Níquel, dúctil y maleable, sobre todo en estado recocido
Titanio, más difícil de deformar en frío pero mucho más trabajable en caliente
La maleabilidad varía sensiblemente con la temperatura. Un material poco deformable a temperatura ambiente puede volverse mucho más maleable durante el trabajo en caliente.
Para el diseñador, ductilidad y maleabilidad no son propiedades abstractas: influyen directamente en el comportamiento estructural y en la mecanizabilidad del componente.
Un componente realizado con un material dúctil puede deformarse sensiblemente antes de la rotura, proporcionando una señal evidente de la sobrecarga. Un material frágil, en cambio, puede ceder con deformaciones muy limitadas. Por esto muchas normas estructurales prevén requisitos mínimos de ductilidad, además de los de resistencia.
Para los aceros estructurales, valores como el alargamiento a la rotura A% y la relación entre resistencia a la tracción y límite elástico Rm/Re contribuyen a definir la capacidad del material de deformarse plásticamente antes de la rotura. Los valores requeridos dependen del grado, del espesor y de la norma aplicable.
En una estructura hiperestática, las zonas más solicitadas pueden plastificarse y redistribuir parte de la carga hacia las menos solicitadas. Este comportamiento requiere una ductilidad suficiente. En los materiales frágiles, en cambio, la capacidad de redistribución es mucho más limitada y una rotura local puede propagarse rápidamente.
Ductilidad y maleabilidad influyen en la mecanizabilidad por deformación plástica, por tanto operaciones como plegado, embutición, estampación, forja y trefilado. Un metal suficientemente dúctil puede plegarse o embutirse sin desarrollar grietas, mientras que una buena maleabilidad facilita laminación y forja.
El radio mínimo de plegado, fundamental en el diseño de las chapas, depende también de la ductilidad. Un acero inox 304, muy dúctil, puede generalmente plegarse con radios más estrechos respecto a una aleación de aluminio 7075 T6, sensiblemente menos deformable.
En las aplicaciones donde el componente debe absorber energía (protecciones, parachoques, crash box, guardarraíles), la ductilidad es fundamental. La energía absorbida corresponde al área bajo la curva esfuerzo-deformación y depende por tanto de la combinación entre resistencia mecánica y capacidad del material de deformarse antes de la rotura.
La ductilidad influye también en la mecanizabilidad en las máquinas herramienta, pero no siempre de forma favorable. Materiales muy dúctiles, como cobre y aluminio puros, tienden a generar virutas largas y continuas que pueden enrollarse en la herramienta y empeorar la calidad superficial. La fundición gris, en cambio, produce generalmente virutas cortas y fácilmente evacuables.
Entre los materiales con buena mecanizabilidad CNC se incluyen aquellos cuya composición y microestructura favorecen la rotura de la viruta, como los latones, los aceros de tornado automático y diversas aleaciones de aluminio de mecanizado (series 2xxx y 6xxx tratadas T6).
Por ejemplo, para una pieza fresada, el aluminio 6082-T6 es a menudo la elección más equilibrada cuando cuentan mecanizabilidad, resistencia a la corrosión, soldabilidad y coste: es adecuado para soportes, placas, apoyos, cárteres y componentes mecánicos genéricos.
El aluminio 7075-T6 es preferible cuando el componente debe maximizar la relación resistencia/peso o soportar cargas y ciclos de fatiga más elevados, por ejemplo en piezas aeroespaciales y mecánicas de altas prestaciones. Ofrece prestaciones mecánicas superiores, pero cuesta más, es menos resistente a la corrosión natural y es difícil de soldar.
Regla práctica: 6082 para el mejor compromiso entre prestaciones, mecanizabilidad y versatilidad; 7075 cuando la resistencia mecánica justifica el coste y las mayores atenciones de diseño. En el servicio de mecanizados CNC de Weerg puedes comparar materiales, acabados y tiempos de producción partiendo del archivo 3D.
El término maleabilidad se usa poco para los polímeros, porque pertenece principalmente a la terminología metalúrgica. La ductilidad, en cambio, es aplicable también a los materiales poliméricos y describe la capacidad de desarrollar deformaciones significativas antes de la rotura, a menudo valorada a través del alargamiento a la rotura.
Algunos valores indicativos para materiales utilizados en la producción on demand:
| Material | A% | Comportamiento |
|---|---|---|
| PA12 MJF | 20% | Buena ductilidad para un componente producido mediante MJF |
| PA11 Gen 2 MJF | 27,5% | Elevada deformabilidad a la rotura |
| ABS Médico FDM | 31% | Elevada ductilidad y buena tenacidad |
| PEEK Annealed FDM | 9,1% | Ductilidad moderada y elevada rigidez |
| PEEK CF FDM | 3,9% | Elevada rigidez y reducida deformabilidad a la rotura |
| ECOtech FDM | 2,8% | Material rígido con baja ductilidad |
| TPU MJF | 291% | Elastómero con elevadísima deformabilidad elástica |
En el caso del TPU, un elevado alargamiento a la rotura no corresponde necesariamente a una elevada ductilidad en sentido estricto. Al tratarse de un elastómero, gran parte de la deformación es elástica y reversible, mientras que en los materiales dúctiles la deformación antes de la rotura comprende una componente plástica permanente significativa.
Ductilidad y maleabilidad describen dos aspectos distintos de la capacidad de un material de deformarse plásticamente sin romperse. La ductilidad se refiere principalmente al comportamiento en tracción, mientras que la maleabilidad describe la capacidad de deformarse bajo compresión. En diseño, la ductilidad es a menudo el parámetro más utilizado porque influye en la seguridad estructural, la conformabilidad, el comportamiento a los impactos y la mecanizabilidad en las máquinas herramienta. La maleabilidad, en cambio, es particularmente relevante en los procesos de laminación, forja y deformación plástica.
Conocer parámetros como alargamiento a la rotura A%, coeficiente de estricción Z% y radio mínimo de plegado, junto con los factores que influyen en ellos, permite dimensionar componentes más fiables, elegir correctamente los procesos productivos y valorar los materiales con criterios ingenieriles coherentes.
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