Qual a diferença entre materiais dúcteis e frágeis? Quais são exemplos de cada um?

Materiais dúcteis são os materiais que suportam pouca ou nenhuma deformação no ensaio de tração, e como exemplo temos o ouro e o cobre. Já os materiais frágeis, são materiais que se rompem sem sofrer uma grande deformação e como exemplo podemos citar o aço. Os materiais dúcteis têm como principais características, o fato de serem bem moles, ou seja, possuem dureza bem baixa com relação a outros materiais. Já os materiais frágeis, apesar do nome, possuem uma dureza muito elevada e devido a isso se quebram com facilidade, em especial o aço, quando por exemplo, está sofrendo ensaio de tração. Durante esse ensaio a deformação ocorre até certo ponto e após isso o material se quebra, na parte que geralmente é chamada de pescoço, que é onde a área da seção começa a diminuir. Apesar disso, cada um desses tipos de materiais possui a sua aplicabilidade e ambos são os mais indicados para determinadas funções.

 ductilidade é a propriedade que representa o grau de deformação que um material suporta até o momento de sua fratura. Materiais que suportam pouca ou nenhuma deformação no processo de ensaio de tração são considerados materiais frágeis. Isto é quando por exemplo um plástico é rasgado ao meio, esse processo entre estica-lo até rasga-lo é chamado de ductibilidade.

Um material dúctil é aquele que se deforma sob tensão cisalhante. Ouro,¹ cobre e alumíniosão metais muito dúcteis. O oposto de dúctil é frágil, quando o material se rompe sem sofrer grande deformação.

Na geologia, a zona de transição rúptil-dúctil é a zona situada a uma profundidade de cerca de 10 km na qual as rochas adquirem um comportamento mais dúctil e menos rúptil devido as condições de temperatura e pressão. No gelo glacial esta zona se encontra a uma profundidade de 30m. Não é impossível que materiais acima da zona de transição rúptil-dúctil se deformem ductilmente, nem que materiais abaixo desta zona assumam um comportamento rúptil, pois o comportamento também é função dos níveis de tensão e da taxa de deformação a que o material foi submetido.

Em metalurgia a ductilidade é a propriedade que apresentam alguns metais e ligas metálicas quando estão sob a ação de uma força, podendo estirar-se sem romper-se, transformando-se num fio. Os metais que apresentam esta propriedade são denominados dúcteis.

No ensaio de tração, os materiais dúcteis apresentam uma fase de fluência caracterizada por uma grande deformação, sem grandes aplicações de cargas.

Do ponto de vista tecnológico, a margem de considerações econômicas, o emprego de materiais dúcteis apresentam vantagens:

• Na fabricação: já que são aptos para os métodos de fabricação por deformação plástica.

• No uso: já que avisam antes de romper-se. Com efeito, o maior problema que apresentam os materiais frágeis é que se rompem sem aviso prévio, por outro lado, os materiais dúcteis sofrem primeiro uma determinada deformação, conservando ainda uma certa reserva de resistência a tração, necessária para a futura aplicação do material.

A ductilidade é a propriedade dos metais para formar fios de diversos diâmetros. Os metais se caracterizam por sua elevada ductilidade, pelo fato de os átomos se disporem de maneira tal na sua estrutura que possibilitam o deslizamento de uns sobre os outros, permitindo o estiramento sem rompimento.

A ductilidade de uma determinada liga metálica pode variar em função de sua microestrutura. A microestrutura varia em função do tipo de tratamento térmico e do tipo de processo de fabricação. Ligas quimicamente idênticas, portanto, podem apresentar comportamentos variando entre totalmente frágil e totalmente dúctil.

Este fato é de extrema importância para a indústria, que pode trabalhar com um material em sua condição dúctil e, após isto, trata-lo termicamente para que atinja as propriedades finais.

A ductilidade e a maleabilidade (capacidade de formar lâminas) de um material são duas propriedades relacionadas, já que as duas dependem do deslizamento dos átomos uns sobre os outros através de uma ação externa sobre o material.

4-4. Fratura frágil e fratura dúctil
Já vimos que todos os materiais se rompem quando submetidos a um carregamento no qual a
tensão seja maior que aquela da sua resistência mecânica. Contudo, o comportamento ao longo desse
processo pode classificar os materiais em dois grandes grupos: há os que fraturam sem ‘ceder’ e os
que ‘cedem’ nitidamente antes de se fraturar. Ao primeiro grupo denominamos materiais frágeis (que
apresentam fratura frágil) e, ao segundo, materiais dúcteis. O vidro é um exemplo típico de material
frágil e o cobre, um exemplo de material dúctil (a ductilidade está associada à capacidade que um
material apresenta, de ser transformado em fios).
Uma boa maneira para se observar a diferença no comportamento entre os materiais é
submetendo-os a um ensaio de tração. Fazendo-se um gráfico da força em função do deslocamento, é
possível caracterizar um material entre os dois grupos. Materiais frágeis rompem-se com pequeno
deslocamento e mostram maior resistência mecânica, Figura 4-4.
Figura 4-4: Diagrama força versus deslocamento mostrando um
comportamento do tipo frágil (curva a) e um comportamento dúctil
(curva b)
A maioria dos materiais metálicos, ao ser submetida a uma tensão crescente, se comporta
dentro do grupo dos que ‘cedem’ antes de romper. Porém, certas ligas, especialmente quando tratadas
termicamente 1
, são muito resistentes, porém, frágeis. Com tratamentos térmicos adequados essa
situação pode ser revertida em diferentes graus! Os resultados poderiam ser vistos como linhas
intermediárias entre as descritas na Figura 4-4 e os materiais combinariam as melhores propriedades
‘entre os dois mundos’.
1
Na linguagem da metalurgia, denomina-se este tipo de tratamento de têmperaENG06638-Introdução à engenharia metalúrgica
Nestor Cezar Heck / UFRGS – DEMET
17
A classificação imediata dos materiais nas categorias dúctil ou frágil, contudo, não é tão
simples quanto pode parecer (ver Figura 4-5). Dependendo das condições do teste, o comportamento
do material pode variar de forma surpreendente!
Uma das hipóteses para a causa do naufrágio do navio HMS Titanic, que colidiu com um
‘iceberg’ durante uma noite, na sua viagem inaugural entre a Europa e os Estados Unidos, em 1912,
seria a fragilidade do seu aço nas águas frias do atlântico norte. Se, para muitos especialistas, esse
pode não ter sido o caso, por outro lado todos concordam que esse problema, para os aços
empregados em oleodutos e gasodutos em regiões frias da terra, é muito real.
O transporte de gás natural e de petróleo cru, dos locais da produção até os centros de
processamento e consumo, é realizado da forma mais econômica possível com o emprego de dutos. A
demanda por uma capacidade de transporte elevada – grandes diâmetros – com a necessária
segurança – o que significa dizer que fraturas frágeis devem ser evitadas – foi uma das forças motrizes
que incentivou o desenvolvimento de aços especiais a partir dos anos 70 do século XX, capazes de se
comportar de modo dúctil especialmente sob condições árticas 2
.
Estes aços são denominados – na literatura de língua portuguesa – como aços de alta
resistência e baixa liga, ou, abreviadamente, ARBL.
Figura 4-5: Comportamento frágil e dúctil de alguns materiais após um ensaio de
tração sob diferentes condições (a formação de um pescoço no corpo de
prova é típico de uma fratura dúctil):
Vidro: A à temperatura de 527°C B à temperatura ambiente
Polímero: C tracionado lentamente D tracionado rapidamente
Aço comum: E à temperatura ambiente F à temperatura de -73°C
2
Esta é a aplicação dominante do metal nióbio nos aços, do qual o Brasil é o principal produt

A maior diferença está no gráfico tensão x deformação.

Quando submetidos a tração ou compressão os materiais dúcteis (aço, por exemplo) deformam em 4 estágios:

1) Linearmente de acordo com a tensão (aqui se aplica a Lei de Hook)

2) Escoamento (a partir daqui o material não volta mais ao estado original)

3) Recuperação do material

4) Estrição (forma-se aquele "pescoço" na região em que a tensão de cisalhamento é maior)

Após isso ocorre a ruptura do material dúctil. No caso de tração ou compressão ele irá quebrar em um ângulo de 45º, pois esse tipo de material é fraco à tensão de cisalhamento.

No material frágil (como o concreto) não há um padrão desse mesmo gráfico e a ruptura (quando submetido a tração ou compressão) ocorrerá a 90º, pois esse tipo de material é fraco à tensão normal.

Espero ter ajudado.

Abs,

Caio