La ductilidad y la maleabilidad son comportamientos de deformación plástica de los materiales. Durante el procesamiento CNC, estos dos parámetros pueden influir directamente en la morfología del filo de corte, el control de rebabas, el riesgo de fisuración y la calidad final de la superficie. Por ello, hoy escribimos este artículo para explicar qué significan la ductilidad y la maleabilidad, sus principales diferencias y su influencia en el mecanizado CNC.
¿Qué es la ductilidad?
La ductilidad es la propiedad mecánica de un material que le permite experimentar deformación plástica bajo cargas de tracción sin perder su integridad. Esta propiedad determina cuánta energía puede absorber un material antes de romperse al ser estirado o doblado.
Normalmente, los materiales con alta ductilidad se denominan materiales dúctiles, mientras que los materiales con baja ductilidad se llaman materiales frágiles.
Cómo se mide la ductilidad
La ductilidad puede medirse mediante dos métodos:
Ensayo de tracción
En el ensayo de tracción, la elongación y la reducción de área son indicadores utilizados para evaluar la ductilidad de los materiales.
Alargamiento
La elongación consiste en comprobar cuánto se alarga el material después de romperse.
El método de cálculo es:
Alargamiento (%)=[(Lf – L0)/L0]*100%
Criterios específicos para evaluar el grado de ductilidad
Rango típico de ductilidad para materiales dúctiles: (para determinar si es baja o alta ductilidad)
| Nivel de ductilidad | Rango de alargamiento | Rango de reducción de área | Ejemplos de materiales |
| Alta ductilidad | > 30% | > 50% | Cobre puro (45–60%), acero inoxidable austenítico recocido (40–60%), aluminio puro (50–55%) |
| Ductilidad moderada | 15%–30% | 30%–50% | Acero dulce (20–30%), aleación de aluminio 6061 (12–18%) |
| Baja ductilidad | 5%–15% | 10%–30% | Acero aleado 4140 templado y revenido, aleación de titanio Ti-6Al-4V (10–14%) |
| Materiales frágiles | < 5% | < 10% | Hierro fundido gris (0–2%), acero de alto carbono endurecido, cerámicas |
Esta tabla puede servir como referencia técnica para determinar si los materiales presentan alta o baja ductilidad.
Reducción de área
La reducción de área consiste en observar cuánto se adelgaza la superficie de fractura. Y la fórmula de cálculo es:
Reducción del área (%)= [(Af – A0)/A0]*100%
Si el valor de la reducción de área es elevado, significa que el material sufrió una deformación plástica considerable antes de la fractura. La siguiente tabla proporciona rangos de referencia:
| Reducción de área | Ductilidad |
| < 10% | Tendencia a la fragilidad |
| 10–30% | Moderada |
| > 30% | Buena ductilidad |
| > 50% | Muy dúctil |
Por qué la ductilidad es importante en la fabricación
Durante el proceso de fabricación, la ductilidad de los materiales determina su resistencia a las fisuras durante la etapa de conformado. Los materiales con alta ductilidad permiten realizar operaciones como el estampado profundo, el doblado de tubos y el roscado sin necesidad de recocer. En el mecanizado CNC, la ductilidad puede influir en la continuidad del arranque de viruta:
Los materiales dúctiles pueden producir virutas largas y continuas durante el torneado.
Los materiales frágiles tienden a generar virutas pulverulentas o fragmentadas; aunque son fáciles de eliminar, son propensos a fracturarse repentinamente bajo cargas de vibración.
Qué es la maleabilidad
La maleabilidad es la capacidad de un material para experimentar deformación plástica sin agrietarse bajo cargas de compresión. Esta propiedad está directamente relacionada con el procesamiento metálico de láminas planas, carcasas o piezas tridimensionales complejas mediante procesos como forjado, laminado y estampado.
Cómo se evalúa la maleabilidad
La maleabilidad se determina evaluando la capacidad de un material para sufrir deformación plástica sin agrietarse bajo fuerza de compresión. Por lo general, se evalúa mediante ensayos de compresión y conformado.
Por qué es importante la maleabilidad en el conformado metálico
La maleabilidad puede determinar directamente si los materiales pueden ser transformados en las geometrías deseadas mediante procesos de compresión. Los materiales de alta maleabilidad permiten realizar forjado en frío o laminado en frío bajo grandes deformaciones, reduciendo así los procesos de calentamiento y los costos de fabricación. Sin embargo, los materiales de baja maleabilidad requieren procesos de conformado térmico para mejorar su fluidez plástica y optimizar su comportamiento ante la deformación por compresión.
Ductilidad frente a maleabilidad: ¿cuál es la diferencia?
La principal diferencia entre la ductilidad y la maleabilidad radica en los tipos de esfuerzo y deformación que soportan. La ductilidad es la capacidad de un material para experimentar deformación plástica bajo tensiones de tracción, mientras que la maleabilidad es la capacidad de sufrir deformación plástica bajo tensiones de compresión sin agrietarse.
Ductilidad frente a maleabilidad: procesos de fabricación diferentes
La ductilidad y la maleabilidad pueden influir significativamente en los métodos de fabricación empleados para mecanizar materiales. Por lo tanto, comprender estas propiedades permite seleccionar eficientemente los procesos de manufactura adecuados.
Diferentes aplicaciones en la fabricación
Los materiales de alta ductilidad son adecuados para la fabricación de cables, resortes, sujetadores y componentes estructurales. En cambio, los materiales de alta maleabilidad se prefieren para tapas de recipientes a presión, paneles de carrocerías automotrices, monedas y cualquier componente formado mediante procesos de forjado o estampado.
En el mecanizado CNC, los componentes axiales requieren ductilidad para soportar el esfuerzo cortante provocado por el par de torsión, mientras que los componentes tipo carcasa necesitan forjabilidad para facilitar operaciones secundarias de remachado o remachado por prensa.
Metales con alta ductilidad y maleabilidad
Algunos materiales ofrecen excelente maleabilidad junto con alta ductilidad. A continuación, presentamos algunos ejemplos.
Cobre
El cobre presenta tanto alta ductilidad como maleabilidad,, lo que lo convierte en uno de los metales más fácilmente conformables. La elongación del cobre puro en estado recocido puede alcanzar entre 45% y 60%, con una reducción de área superior al 80%. Su elevada ductilidad le permite ser estirado hasta convertirse en hilos metálicos extremadamente finos; por ello, el cobre se utiliza ampliamente en cables y conductores eléctricos. Al mismo tiempo, gracias a su alta maleabilidad, el cobre puede transformarse en láminas delgadas, tubos u otros componentes mediante laminación.
Sin embargo, durante el mecanizado CNC resulta fácil generar virutas largas y rebabas debido a la blandura y la alta ductilidad del cobre,
Oro
El oro es uno de los metales con mayor ductilidad y maleabilidad. La elongación del oro puro ronda los 45%. Debido a su elevado costo, el oro rara vez se emplea en el mecanizado CNC ordinario; no obstante, sigue siendo un material indispensable en aplicaciones electrónicas, aeroespaciales y en productos de alto rendimiento.
Aluminio
La elongación del aluminio puro oscila entre 25% y 45%. Tanto el aluminio puro como el aluminio recocido presentan mayor ductilidad y buena maleabilidad. Estas características hacen del aluminio un material idóneo para procesos de laminación, extrusión, doblado y trabajos con chapa metálica.
En el mecanizado CNC, la alta ductilidad del aluminio puede provocar fácilmente la formación continua de virutas, las cuales tienden a adherirse al borde frontal de la herramienta de corte, generando lo que se denomina “tumor de viruta”. Este problema puede controlarse utilizando altas velocidades de corte y puliendo la superficie de las herramientas de corte.
Acero dulce
El acero dulce presenta una ductilidad media a alta, y una maleabilidad media. Su ductilidad ayuda al acero dulce a evitar la fractura repentina bajo cargas de tracción, mientras que su maleabilidad le permite ser conformado bajo fuerzas de compresión.
En comparación con los materiales frágiles, el acero dulce presenta una deformación plástica significativa antes de la fractura, lo que lo hace adecuado para procesos de doblado, soldadura, laminado y conformado estructural.
El acero dulce es uno de los materiales más predecibles para el mecanizado CNC debido a su comportamiento estable en la ruptura del filo de corte.
Materiales con baja ductilidad o baja maleabilidad
Los materiales con baja ductilidad o baja forjabilidad suelen presentar una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo o una estructura hexagonal compacta, o bien contienen partículas de segunda fase duras y frágiles. Estas características limitan el movimiento de las dislocaciones e inducen una fractura temprana.
Hierro fundido
La fundición suele ser un material frágil porque su elongación es inferior al 1%., lo que significa que prácticamente nunca experimenta deformación plástica.
Acero de alto carbono
El acero de alto carbono (con un contenido de carbono superior al 0,6%) suele tener una elongación inferior al 10% en estado no tratado, y puede reducirse incluso por debajo del 2% tras el tratamiento de temple.
Cerámicas
Los materiales cerámicos son típicos materiales frágiles. No presentan deformación plástica; cuando alcanzan el límite de resistencia a la tracción máxima, ocurre una fractura catastrófica. Además, carecen de maleabilidad. En el mecanizado CNC, las cerámicas deben conformarse mediante rectificado o procesos láser, pero no mediante técnicas de corte tradicionales.
Por qué la ductilidad y la maleabilidad son importantes en el mecanizado CNC
La ductilidad y la maleabilidad influyen en la morfología del filo de corte, en la formación de rebabas y en la integridad superficial durante el mecanizado CNC.
Efecto sobre la formación de virutas
Los materiales dúctiles mantienen la continuidad incluso después de experimentar una importante deformación plástica en la zona de cizalladura, generando virutas alargadas o de forma espiral. Estas virutas tienden a enrollarse alrededor de la pieza de trabajo o de la herramienta, provocando fallos automáticos en el cambio de herramienta o rayaduras en la superficie.
Sin embargo, los materiales de baja ductilidad facilitan la evacuación de las virutas, pero presentan fluctuaciones significativas en la fuerza de corte, lo que puede fácilmente provocar vibraciones.
La solución:
- Utilizar geometría rompevirutas
- Emplear una velocidad de avance elevada
- Usar refrigerante a alta presión
Efecto sobre la formación de rebabas
Los materiales dúctiles tienden a producir rebabas grandes porque pueden soportar una flexión plástica considerable antes de fracturarse. Además, la maleabilidad influye en la formación de rebabas de entrada.
Solución:
- Aumentar el chaflán negativo de la herramienta
- Utilizar una estrategia de fresado de avance ascendente
- Aplicar ranuras previas para romper las rebabas
Influencia en el acabado superficial
Los materiales dúctiles son propensos a formar bordes acumulados durante el mecanizado, lo que puede dejar microporos y rayaduras en la superficie procesada, aumentando así el valor de rugosidad superficial Ra.
Durante la producción práctica, la solución consiste en aumentar la velocidad de corte para elevar la temperatura de corte y, de este modo, reducir el límite elástico del material. Aplicando este método, se puede inhibir la formación del borde acumulado y mejorar el acabado superficial.
Dúctilidad frente a maleabilidad de metales comunes
Las diferencias en la dúctilidad y la maleabilidad entre diversos materiales metálicos se deben a variaciones en sus estructuras atómicas internas y en sus capacidades de deformación plástica. A continuación se presenta una comparación pareja desde una perspectiva de aplicación ingenieril.
Cobre frente a aluminio
La elongación del cobre puro es superior a la del aluminio puro. Sin embargo, en cuanto a la maleabilidad, el aluminio supera al cobre. La resistencia a la fluencia del aluminio es aproximadamente un tercio de la del cobre.
En el mecanizado CNC, el cobre presenta una adhesión más fuerte con las virutas y tiende a formar bordes acumulados. El aluminio produce virutas continuas, mientras que resulta más fácil de romper utilizando refrigerante a alta presión.
Acero inoxidable frente a acero al carbono
El acero inoxidable, especialmente el acero inoxidable austenítico, exhibe una ductilidad extremadamente alta, superior a la del acero al carbono. Sin embargo, la maleabilidad del acero al carbono es superior a la del acero inoxidable austenítico.
Desde el punto de vista del mecanizado CNC, la fuerza de corte del acero inoxidable es aproximadamente 1,5 veces mayor que la del acero al carbono, y sus virutas son menos propensas a fracturarse.
Cómo elegir materiales según su ductilidad y maleabilidad
Durante la fase de diseño mecánico, la selección del material debe basarse en el proceso de fabricación de la pieza y en las condiciones de servicio, equilibrando la ductilidad y la forjabilidad, y tomando una decisión integral que considere la resistencia, el costo y la maquinabilidad.
Para piezas mecanizadas por CNC
Para piezas mecanizadas por arranque de material mediante CNC, se prefieren materiales con una ductilidad moderada, con una elongación controlada entre 15% y 25%. Este rango permite que las virutas se fragmenten de forma natural en formas de C o en espirales cortas, evitando al mismo tiempo la aparición de rebabas en el filo de corte causadas por una fragilidad excesiva.
En la práctica, el aluminio 6061, el acero 1215 y el latón C3600 son las opciones ideales.
Se deben evitar el cobre puro o el acero inoxidable austenítico recocido, cuya elongación supere 40%, a menos que se utilice un sistema de refrigeración de alta presión y herramientas especializadas para la fragmentación de virutas.
Para componentes de paredes delgadas o piezas con numerosas características finas, conviene elegir materiales con mayor ductilidad. Estos materiales absorben mejor la energía de las vibraciones y ayudan a prevenir la penetración de la pared causada por las fluctuaciones en las fuerzas de corte.
Para piezas de chapa metálica
Para componentes conformados en lámina, la forjabilidad debe ser el criterio principal de selección, especialmente en procesos de doblado, estampado y embutición profunda. La relación entre el radio de curvatura máximo permitido del material y el espesor de la chapa debe ser inferior al requisito de fabricación especificado, ya que esta proporción refleja directamente la calidad de la forjabilidad.
Para chapas de espesor superior a 3 mm, priorizar materiales de alta forjabilidad, como aceros de carbono medio y bajo tratados con recocido esferoidizante, o la aleación de aluminio 5052.
La ductilidad constituye un criterio secundario en este tipo de aplicaciones, influyendo principalmente en el límite de tracción de los bordes de las bridas. Cuando los componentes presentan orificios sometidos a tracción o características abultadas cuyo diámetro sea inferior a cinco veces el espesor de la chapa, la elongación del material debe superar 20% para evitar fisuras.
Para componentes forjados
Las piezas forjadas requieren materiales con excelente forjabilidad tanto en estado caliente como en frío, lo que permite que el metal llene completamente la cavidad del molde sin producir pliegues.
- Para los procesos de forja en caliente, los aceros aleados como el 4140 y el 4340 exhiben una forjabilidad superior a temperaturas comprendidas entre 1000 °C y 1200 °C, con una elongación que temporalmente supera 50%.
- Para los procesos de forja en frío, el aluminio puro, el acero de bajo carbono y el latón son los materiales preferidos, pues pueden soportar altas tensiones de compresión a temperatura ambiente sin agrietarse.
La ductilidad actúa como criterio secundario en la forja, influyendo principalmente en la operación de eliminación de rebabas; los materiales con alta ductilidad tienden a mantener una calidad de borde libre de fisuras tras la eliminación de rebabas.
Conclusión
Tanto la ductilidad como la maleabilidad son capacidades de deformación plástica de los materiales, pero difieren en cuanto a las tensiones y métodos de fabricación. La ductilidad refleja la capacidad del material para deformarse bajo tensión de tracción, mientras que la maleabilidad indica su capacidad de conformarse bajo compresión. Estas diferencias afectan directamente procesos como el mecanizado CNC, la conformación de chapas metálicas, el laminado y la forja.
En la fabricación práctica, los componentes de chapa metálica priorizan la forjabilidad, mientras que el mecanizado CNC se centra en equilibrar la ductilidad y el control de las virutas. Comprender las diferencias entre estos dos aspectos ayuda a optimizar la selección de materiales, los procesos de mecanizado y el rendimiento final de la pieza.
Preguntas Frecuentes
¿Es la ductilidad lo mismo que la maleabilidad?
La extensibilidad se refiere a la capacidad de un material para resistir la fractura por tracción, cuantificada mediante la elongación o la reducción del área. La maleabilidad indica la resistencia de un material a la falla por compresión, evaluada a través del grado de deformación bajo compresión.
¿Cuáles son los metales más dúctiles?
El oro puro, la plata pura y el cobre puro son los tres materiales más dúctiles entre todos los metales. Las tasas de elongación son aproximadamente del 45% para el oro, del 50% al 55% para la plata y del 45% al 60% para el cobre. El acero dulce recocido y el acero inoxidable austenítico también pertenecen a los materiales de alta ductilidad, con tasas de elongación que oscilan entre el 30% y el 60%.