Ductilidade: o que é, como calcular, material dúctil e frágil e exemplos

Ductilidade é a propriedade mecânica que mede quanto um material se deforma plasticamente sob tração antes de romper. Ela é medida no ensaio de tração pelo alongamento após ruptura, A = (L_u − L₀) / L₀ × 100, e pela redução de área, Z = (S₀ − S_u) / S₀ × 100. Materiais com menos de cerca de 5 % de alongamento são considerados frágeis.

Um material dúctil estica, forma um "pescoço" e avisa antes de romper: o cobre recozido alonga cerca de 45 %. Um material frágil quebra de repente: o ferro fundido cinzento alonga menos de 1 %. Neste guia você encontra as fórmulas e como medir pela norma ABNT NBR ISO 6892-1, por que o mesmo aço dá alongamentos diferentes em corpos de prova diferentes, a diferença entre material dúctil e frágil, uma tabela de ductilidade de metais e polímeros, os mínimos dos vergalhões CA-25, CA-50 e CA-60, a diferença para maleabilidade e tenacidade, e exercícios resolvidos. O ensaio em si está explicado em ensaio de tração.

A foto mostra a diferença em dois corpos de prova que saíram do mesmo tipo de ensaio: o de aço dúctil afinou e formou um pescoço antes de romper; o de ferro fundido frágil quebrou reto, sem mudar de seção.

O que é ductilidade

Callister e Rethwisch, em Ciência e Engenharia de Materiais, definem ductilidade como a medida do grau de deformação plástica que o material suporta até a fratura. Plástica quer dizer permanente: o material não volta ao tamanho original quando a carga sai. Isso separa a ductilidade da elasticidade. A borracha é muito elástica e volta ao formato; um fio de cobre esticado além do limite fica esticado. A parcela que volta é a deformação elástica.

Ductilidade é uma das propriedades mecânicas dos materiais, e não uma propriedade física fixa como a densidade. Ela é medida num ensaio mecânico e muda com a temperatura, a velocidade de deformação e o estado do material: o mesmo aço pode ser dúctil recozido e frágil temperado. É uma propriedade observada principalmente sob tração. A capacidade de deformar sob compressão, sem trincar, chama-se maleabilidade.

Na prática, ductilidade é o que permite trefilar o cobre em fios, dobrar um vergalhão sem que ele trinque, estampar uma chapa de aço em forma de porta de carro e, principalmente, fazer uma estrutura avisar antes de cair: uma viga de aço sobrecarregada entorta visivelmente muito antes de romper.

Ductilidade ou ductibilidade? O dicionário Priberam registra as duas com o mesmo sentido, com "ductibilidade" como alteração de "ductilidade". Nas normas e na engenharia, a forma usada é ductilidade, de "dúctil". Em pavimentação existe um homônimo: o ensaio de ductilidade de materiais betuminosos (DNER-ME 163/98), que mede em milímetros até onde um fio de asfalto estica antes de romper. É outra grandeza.

Como calcular a ductilidade

A ductilidade se mede no ensaio de tração: um corpo de prova padronizado é tracionado ao longo do eixo, com velocidade controlada, até romper, enquanto a máquina registra a força e o alongamento. É um ensaio rápido e reprodutível, e a mesma curva que dá a resistência e o escoamento dá também a ductilidade. Ela é expressa por dois números, ambos tirados do corpo de prova antes e depois da ruptura. A notação é a da ABNT NBR ISO 6892-1.

Alongamento após ruptura (A). Antes do ensaio, marcam-se no trecho útil do corpo de prova duas referências separadas pelo comprimento de referência L₀. Depois da ruptura, os dois pedaços são reencaixados e mede-se a nova distância entre as marcas, L_u. O alongamento é quanto essa distância cresceu, em porcentagem do valor inicial: A = (L_u − L₀) / L₀ × 100. Como a medida é feita com as peças já soltas, a parte elástica da deformação, que o material recupera ao romper, fica de fora: A mede só a deformação permanente.

Redução de área ou estricção (Z). Mede-se a área inicial da seção, S₀, e, depois da ruptura, a menor área no pescoço, S_u. A redução de área é quanto a seção encolheu: Z = (S₀ − S_u) / S₀ × 100. Em corpo de prova redondo, Z sai direto dos diâmetros: Z = [1 − (d_u / d₀)²] × 100. O Z é a medida mais "local" da ductilidade, porque depende só do pescoço e não do comprimento de referência. Mais detalhes sobre o pescoço em estricção.

Das mesmas áreas sai a deformação verdadeira na fratura, ε_f = ln(S₀ / S_u). Ela usa a seção real no ponto de ruptura, e não o comprimento inicial, e por isso mostra quanto o material de fato se deformou onde rompeu. Já o L₀ não é livre: a norma prefere o comprimento proporcional, L₀ = 5,65 √S₀, que no corpo de prova redondo equivale a 5 vezes o diâmetro.

O esquema abaixo mostra as medidas no corpo de prova: antes do ensaio, o diâmetro d₀ e as marcas de L₀; depois, os pedaços reencaixados para medir L_u e o diâmetro d_u no pescoço.

A tabela resume as fórmulas e as variáveis de cada uma:

Grandeza	Fórmula	Variáveis
Alongamento após ruptura (A)	A = (Lu − L0) / L0 × 100	L0: comprimento inicial entre marcas; Lu: comprimento final, com os pedaços reencaixados
Redução de área ou estricção (Z)	Z = (S0 − Su) / S0 × 100	S0: área inicial; Su: área mínima no pescoço após a ruptura
Deformação verdadeira na fratura	εf = ln(S0 / Su)	Mesmas áreas; resultado adimensional
Comprimento de referência proporcional	L0 = 5,65 √S0	Em corpo de prova redondo, igual a 5 vezes o diâmetro

Como medir, passo a passo (ABNT NBR ISO 6892-1)

Na prática, o laboratório segue esta sequência:

1. Medir a área inicial S₀ em pelo menos três seções do trecho útil e usar a média.
2. Marcar o comprimento de referência L₀ com riscos finos, ou usar um extensômetro.
3. Tracionar o corpo de prova até a ruptura na máquina universal de ensaios, entre 10 e 35 °C.
4. Reencaixar os dois pedaços, bem alinhados, e medir L_u entre as marcas.
5. Medir o diâmetro no ponto mais fino do pescoço em dois planos a 90° e calcular S_u pela média.
6. Relatar o alongamento com o comprimento de referência usado, indicado no símbolo: A para 5,65√S₀, A_11,3 para 11,3√S₀ e A_80mm para um comprimento fixo de 80 mm.

Dois cuidados. O resultado só vale, em regra, se a fratura cair dentro do comprimento de referência. E, se o alongamento for lido no extensômetro durante o ensaio, e não entre as marcas depois da ruptura, é preciso descontar a parte elástica, que o corpo de prova recupera ao romper.

Por que o alongamento depende do corpo de prova

Até a força máxima, a deformação se distribui por todo o corpo de prova. Depois dela, concentra-se no pescoço. Por isso, num L₀ curto o pescoço pesa mais no total, e o alongamento sai maior. O mesmo aço dá números diferentes conforme a norma:

Comprimento de referência	Onde se usa	Fator para converter a 5,65√S0 (ISO 2566-1)
4D (50 mm no corpo de prova de 12,5 mm)	ASTM E8/E8M	× 0,91
5,65√S0 = 5d	ABNT NBR ISO 6892-1 (preferido)	× 1
11,3√S0 = 10d (10φ)	ISO, e vergalhões pela NBR 7480	× 1,32

Os fatores vêm da fórmula da ISO 2566-1, A = 2·A_r·(√S₀ / L₀)^0,4, e valem só para aço carbono e baixa liga. A regra da ISO 6892-1 é direta: só se comparam alongamentos medidos com o mesmo comprimento de referência. Na calculadora abaixo, mude o comprimento de referência e veja o efeito.

Curva tensão-deformação de material dúctil e frágil

O diagrama tensão-deformação mostra a ductilidade de um jeito visual. No material dúctil a curva sobe reta no trecho elástico até o limite de escoamento, continua subindo com o encruamento, o endurecimento do metal pela própria deformação plástica, até o limite de resistência à tração, e a partir daí começa a estricção: a seção afina num ponto, a força cai e o corpo de prova rompe.

O gráfico abaixo marca esses pontos na curva de um material dúctil e a compara com a de um frágil. Ele mostra também onde está a ductilidade: o alongamento uniforme vai até a força máxima, a deformação depois dela se concentra no pescoço, e o alongamento A é a soma das duas, descontada a volta elástica (a linha tracejada).

No material frágil a curva é quase reta até a ruptura: não há escoamento visível, nem estricção, e o alongamento fica abaixo de 5 %. A área sob a curva, que é a energia absorvida, é pequena. É por isso que ductilidade e tenacidade costumam andar juntas, embora não sejam a mesma coisa.

O esquema abaixo repete a comparação de forma simplificada. Nele o material frágil aparece com tensão de ruptura maior que a do dúctil, o que acontece em muitos pares de materiais, mas não é regra: o que separa os dois é a deformação até romper, não a resistência.

Material dúctil e material frágil: diferenças e exemplos

Ductilidade e fragilidade são os dois extremos da mesma escala. O que decide de que lado o material fica é a facilidade com que ele se deforma por dentro. Num metal, a deformação plástica acontece por escorregamento de planos de átomos, levado pelo movimento de defeitos da rede cristalina chamados discordâncias; a ligação metálica não tem direção fixa, e os átomos mudam de vizinhos sem que o material se separe. Em cerâmicas e vidros, as ligações iônicas e covalentes são direcionais e quase não deixam planos escorregarem: antes de deformar, o material trinca. Os tipos de materiais ajudam a prever o comportamento: metais tendem a ser dúcteis, cerâmicas e vidros tendem a ser frágeis, e os polímeros variam muito.

O que é material dúctil

Material dúctil é o que se alonga e forma pescoço antes de romper. A fratura tem um aspecto típico, chamado taça e cone: no centro do pescoço abrem-se pequenos vazios que crescem e se juntam numa trinca, e a borda rompe por último, inclinada a cerca de 45°. Uma das metades fica com a forma de uma taça e a outra, de um cone, com superfície fosca e fibrosa. A maioria dos metais é dúctil à temperatura ambiente. O ouro é o metal mais dúctil e também o mais maleável. Entre os metais de engenharia, o cobre e o latão recozidos estão entre os mais dúcteis; o aço de baixo carbono também é, como mostra a seção sobre a ductilidade do aço mais adiante.

É essa capacidade de deformar sem trincar que a indústria aproveita na fabricação. Nas fotos, dois usos típicos: o cobre, trefilado em fios finos, e as chapas de aço, que são dobradas e estampadas a frio.

O que é material frágil

Material frágil é o que rompe de forma súbita, com pouca ou nenhuma deformação plástica, em geral com menos de 5 % de alongamento e sem estricção. A trinca atravessa a peça muito depressa, perpendicular à carga, e deixa uma fratura plana, brilhante e granular. O material não avisa e absorve pouca energia antes de quebrar. Um pedaço de vidro quebra ao ser dobrado; um fio de cobre dobra e fica dobrado. Exemplos clássicos de materiais frágeis são o vidro, as cerâmicas, o ferro fundido cinzento (menos de 1 %), o concreto quando tracionado, o poliestireno (cerca de 1,6 %) e o acrílico. Não existe um "material mais frágil" absoluto: a fragilidade depende também da temperatura e da presença de trincas e entalhes.

Um cuidado: frágil não quer dizer fraco. O ferro fundido cinzento e as cerâmicas são frágeis e mesmo assim resistem bem à compressão, várias vezes mais do que à tração. O limite de 5 % é uma convenção didática do Callister, não um requisito de norma.

Resumo das diferenças

A tabela reúne os critérios que separam os dois comportamentos, do número medido no ensaio ao aspecto da fratura:

Critério	Material dúctil	Material frágil
Alongamento após ruptura	tipicamente acima de 5 %	abaixo de cerca de 5 %
Estricção (Z)	alta (40 a 66 % em aços carbono)	praticamente zero
Curva tensão-deformação	escoamento, encruamento e pescoço	quase linear até romper
Aspecto da fratura	taça e cone, fosca e fibrosa	plana, perpendicular à carga, brilhante e granular
Aviso antes da falha	deforma visivelmente	ruptura súbita
Exemplos	aço 1020, cobre, latão, alumínio, ouro, ferro nodular, policarbonato, polietileno	ferro fundido cinzento, vidro, cerâmicas, concreto em tração, poliestireno, acrílico, aço temperado sem revenir

Tabela de ductilidade dos materiais

Os valores abaixo são típicos ou mínimos de norma, sempre com o estado do material. Metais medidos em L₀ = 50 mm, salvo indicação.

Material	Estado	Alongamento A (%)	Redução de área Z (%)	Fonte
Aço 1020	recozido	25	n/d	Callister
Aço AISI 1020	ficha técnica típica	36,5	66	AZoM
Aço AISI 1045	laminado a quente	16	40	AZoM
Aço AISI 4140	recozido	25,7	n/d	AZoM
Inox 304	mínimo (norma EN)	≥ 45	n/d	AZoM
Alumínio 6061-T6	chapa de 1,6 mm / barra de 12,7 mm	12 / 17	n/d	Aluminum Association
Cobre	recozido	45	n/d	Callister
Latão 70/30	recozido	68	n/d	Callister
Ferro fundido nodular 60-40-18	mínimo ASTM A536	18	n/d	ASTM A536
Ferro fundido nodular 80-55-06	mínimo ASTM A536	6	n/d	ASTM A536
Ferro fundido cinzento	bruto de fusão	menos de 1	≈ 0	Metal Casting Institute
Poliestireno (PS)	típico	≈ 1,6		Professional Plastics
Policarbonato (PC)	típico	100 a 150		Professional Plastics
Polietileno de baixa densidade	típico	≈ 400		Professional Plastics

O ferro fundido é o exemplo mais didático de como a microestrutura manda na ductilidade: a grafita em lâminas deixa o cinzento frágil, e a grafita em esferas deixa o nodular dúctil, com até 18 %. Polímeros seguem outras normas (ASTM D638 e ISO 527) e o resultado muda muito com a velocidade e a temperatura do ensaio.

O gráfico abaixo põe esses alongamentos lado a lado, com a linha de 5 % que separa, por convenção, frágil de dúctil. A escala vai de menos de 1 % no ferro fundido cinzento a cerca de 400 % no polietileno de baixa densidade.

Ductilidade do aço

No aço, a ductilidade depende do carbono e do tratamento. Mais carbono sobe a resistência e baixa o alongamento: o 1045 laminado alonga 16 %, contra 25 a 36,5 % do 1020. Essa faixa do 1020, na tabela acima, mostra também por que o estado e a origem importam: 25 % é o valor do recozido no livro-texto, 36,5 % o de uma ficha comercial. Por isso um valor de alongamento só tem sentido acompanhado do estado do material.

O tratamento térmico mexe na ductilidade tanto quanto a composição. A têmpera forma martensita dura e frágil; o revenimento devolve parte da ductilidade; o recozimento e a normalização deixam o aço no estado mais dúctil (o 4140 recozido alonga 25,7 %). A rigidez não muda com nada disso: o módulo de elasticidade do aço fica em torno de 200 GPa.

Ductilidade do vergalhão: CA-25, CA-50 e CA-60

Na construção civil, a ductilidade do aço é exigência de norma. A ABNT NBR 7480:2024 fixa o alongamento mínimo das barras e fios para concreto armado, medido em 10 diâmetros (10φ):

Categoria	Escoamento mínimo (fyk)	Alongamento após ruptura mínimo (10φ)	Alongamento total na força máxima (Agt)
CA-25	250 MPa	18 %	n/d
CA-50	500 MPa	8 %	5 %
CA-60	600 MPa	5 %	n/d

Para o CA-50, o alongamento pode ser verificado pelo critério após ruptura (8 %) ou pelo alongamento total na força máxima (5 %). A norma também exige uma relação mínima entre resistência e escoamento, que é outro requisito de ductilidade: o aço precisa encruar antes de romper. A ductilidade de dobra é conferida no ensaio de dobramento, com pino de diâmetro definido pela categoria.

Ductilidade, maleabilidade, tenacidade e elasticidade

As buscas por ductilidade quase sempre vêm junto com essas palavras, e parte dos textos da internet confunde as propriedades. Cada uma responde a uma pergunta diferente sobre o material.

Ductilidade e maleabilidade: a primeira é esticar em fio, sob tração; a segunda é achatar em chapa, por laminação ou martelamento, sob compressão. As duas dependem da mesma capacidade de os átomos mudarem de posição sem que o material se separe, e por isso costumam andar juntas, como no ouro. Mas não são a mesma coisa: um material pode ser muito maleável e pouco resistente em tração, como o chumbo. Não há um índice padronizado de maleabilidade; ela se avalia em ensaios de conformação.

Ductilidade e tenacidade: a ductilidade diz quanto o material deforma; a tenacidade diz quanta energia ele absorve até romper, que é a área sob a curva tensão-deformação. Um material muito dúctil e pouco resistente tem tenacidade baixa, e um muito resistente e frágil também. Tenacidade alta pede as duas coisas. Tenacidade não tem nada a ver com "voltar às dimensões originais" nem com módulo de elasticidade alto, como alguns textos afirmam.

Ductilidade, elasticidade e resiliência: como visto na definição, a elasticidade é a deformação que volta quando a carga sai, e a rigidez desse trecho é o módulo de elasticidade. A resiliência é a energia que o material armazena nesse mesmo trecho elástico e devolve ao ser descarregado. As duas terminam onde a ductilidade começa: no escoamento.

Ductilidade e dureza: dureza é a resistência à penetração e ao risco, medida em escalas como Brinell, Vickers e Rockwell. Em geral, quando um tratamento sobe a dureza de um aço, a ductilidade cai, como na têmpera.

A tabela resume o que cada propriedade mede e como ela é quantificada:

Propriedade	O que mede	Como se quantifica
Ductilidade	deformação plástica até romper, sob tração	A e Z no ensaio de tração
Maleabilidade	capacidade de ser laminado ou martelado em chapa sem trincar, sob compressão	sem índice padronizado; ensaios de conformação
Tenacidade	energia absorvida até a fratura (exige resistência e ductilidade)	área sob a curva (J/m³), energia Charpy (J), KIC
Elasticidade	deformação que volta quando a carga sai	módulo de elasticidade (GPa)
Resiliência	energia elástica armazenada	área até o escoamento
Dureza	resistência à penetração e ao risco	HB, HV, HRC

O que aumenta ou reduz a ductilidade

• Temperatura. Em geral, a ductilidade aumenta com a temperatura. Os aços ferríticos têm uma temperatura de transição dúctil-frágil: abaixo dela, rompem de forma frágil. Um aço 1020 absorve 16,9 J no Charpy a −30 °C e 68 J a 150 °C (AZoM). Metais de estrutura cúbica de face centrada, um arranjo de átomos com muitos planos de escorregamento, como cobre, alumínio e inox 304, não têm essa transição marcada. A curva se levanta com o ensaio de impacto.
• Velocidade de deformação. Carregar mais rápido tende a reduzir a ductilidade e sobe a temperatura de transição.
• Encruamento. A deformação a frio sobe o escoamento e a resistência e reduz a ductilidade; o recozimento a restaura. Ver encruamento.
• Tratamento térmico e composição. São os fatores já vistos na ductilidade do aço e na tabela de materiais: têmpera sem revenimento, carbono alto e, no ferro fundido, grafita em lâminas reduzem a ductilidade.
• Tamanho de grão. Grão refinado sobe a resistência e baixa a temperatura de transição.
• Hidrogênio. A fragilização por hidrogênio reduz muito a ductilidade de aços de alta resistência, um problema conhecido em parafusos decapados e galvanizados.

Ductilidade estrutural e do concreto

Em estruturas, ductilidade é a capacidade de uma peça deformar além do escoamento sem perder resistência de forma brusca, medida pela razão μ = Δ_u / Δ_y entre o deslocamento último e o de escoamento. Não é uma propriedade do material, e sim da peça inteira. É o que dissipa energia num sismo e dá tempo de evacuar um prédio sobrecarregado. O concreto sozinho é frágil em tração; a ductilidade de vigas e pilares de concreto armado vem da armadura de aço, daí os mínimos de alongamento do CA-50, e do detalhamento. O comportamento do concreto é tratado em módulo de elasticidade do concreto.

Exercícios resolvidos de ductilidade

1. Corpo de prova ASTM. Um corpo de prova redondo com d₀ = 12,5 mm e L₀ = 50 mm terminou com L_u = 62,5 mm e 7,5 mm de diâmetro no pescoço. Então A = (62,5 − 50) / 50 × 100 = 25,0 %. Pelos diâmetros, Z = 1 − (7,5 / 12,5)² = 1 − 0,36 = 64 %. A deformação verdadeira na fratura é ln(1 / 0,36) = 1,02. São valores típicos de aço baixo carbono recozido.

2. Corpo de prova proporcional ISO. Para d₀ = 10 mm, S₀ = 78,54 mm² e √S₀ = 8,862 mm, logo L₀ = 5,65 × 8,862 = 50,07 mm, na prática 50 mm = 5d. Se L_u = 61,2 mm, A = (61,2 − 50) / 50 × 100 = 22,4 %.

3. Vergalhão CA-50 na máquina universal. Barra de 12,5 mm, L₀ = 10φ = 125 mm, área nominal de 122,7 mm². O ensaio deu força de escoamento de 66,3 kN, força máxima de 79,5 kN e L_u = 138,5 mm. Escoamento: 66.300 / 122,7 = 540 MPa (mínimo 500). Resistência: 79.500 / 122,7 = 648 MPa, relação 1,20. Alongamento: (138,5 − 125) / 125 × 100 = 10,8 % (mínimo 8 %). A barra atende à NBR 7480 na tração. Uma barra dessas rompe perto de 80 kN, então pede uma máquina de 100 a 200 kN.

4. Converter o alongamento entre normas. Um aço carbono deu A = 30 % num corpo de prova ASTM (4D). O 4D equivale a 4,51√S₀, e o fator da ISO 2566-1 é (4,51 / 5,65)^0,4 = 0,91. No corpo de prova ISO de 5d, o esperado é 30 × 0,91 ≈ 27,4 %. O mesmo material, cerca de 2,6 pontos a menos, só por causa do comprimento de referência.

5. Ductilidade estrutural. Um pilar ensaiado sob carga lateral escoa com 12 mm de deslocamento e chega a 54 mm antes de perder resistência. A ductilidade de deslocamento é μ = 54 / 12 = 4,5: a peça deformou 4,5 vezes o deslocamento em que escoou antes de perder resistência.

Como medir a ductilidade na máquina universal

A máquina universal de ensaios traciona o corpo de prova até a ruptura enquanto a célula de carga mede a força e o extensômetro mede a extensão no comprimento de referência. O software de ensaio traça a curva e calcula o escoamento, a resistência e o alongamento. Usar o deslocamento da travessa no lugar do extensômetro superestima a deformação, porque inclui folgas e a deformação da própria máquina. A redução de área sempre exige medir o pescoço do corpo de prova rompido. O painel abaixo mostra a máquina, a função de cada parte nesse ensaio e os dispositivos usados para medir a ductilidade.

A capacidade da máquina acompanha o material: filmes e fios finos, de 200 N a 1 kN; polímeros, elastômeros e têxteis, de 2 a 10 kN, com coluna estendida para materiais que alongam centenas de por cento; metais, chapas e fixadores, de 5 a 50 kN; vergalhões, perfis e cabos, de 100 kN para cima. Conheça a linha de máquinas universais da Biopdi. Para ductilidade de chapas em conformação, veja também o ensaio de embutimento.

Normas de ductilidade

• ABNT NBR ISO 6892-1 / ISO 6892-1:2019: ensaio de tração de materiais metálicos à temperatura ambiente; define A, Z, A_gt e o comprimento de referência 5,65√S₀.
• ASTM E8/E8M: ensaio de tração de materiais metálicos, com comprimento de referência de 4D.
• ASTM A370: ensaios mecânicos de produtos de aço.
• ISO 2566-1: conversão de alongamentos entre comprimentos de referência em aços carbono e baixa liga.
• ABNT NBR 7480:2024: aço para armaduras de concreto; alongamentos mínimos de CA-25, CA-50 e CA-60.
• ISO 15630-1: métodos de ensaio de barras e fios para concreto armado.
• ASTM D638 e ISO 527: tração de plásticos.