Quando lo stress meccanico viene applicato a un oggetto solido, dipenderà dalla struttura del solido se si deforma in varie forme senza rompersi o meno. I materiali che si deformano facilmente senza rompersi quando sottoposti a pressione meccanica sono considerati malleabili. I materiali che si deformano facilmente quando sottoposti a sollecitazione di trazione sono considerati duttili.
Definizione di malleabile
La parola malleabile deriva dal latino medievale malleabili, che a sua volta deriva dal latino originale malleare, che significa "martellare".
I materiali malleabili possono essere facilmente deformati senza rompersi sotto pressione meccanica o "sollecitazione di compressione". Poiché questi materiali non si rompono durante la deformazione, possono essere forzati in forme diverse o sottili fogli. Questo può essere fatto martellando, premendo o rotolando.
Un esempio comune di materiale malleabile è oro, che viene spesso compresso in foglia d'oro per l'uso nell'arte, nell'architettura, nella gioielleria e persino nel cibo. Altri metalli malleabili includono ferro, rame, alluminio, argento e piombo, nonché lo zinco del metallo di transizione a determinate temperature. Molti materiali molto malleabili sono anche molto duttili; il piombo è un'eccezione, con bassa duttilità e alta malleabilità.
Definizione di duttile
Strettamente collegata al concetto di malleabilità è la duttilità. Mentre la malleabilità ha a che fare con lo stress di compressione o la pressione meccanica, la duttilità si riferisce allo stress di trazione o allo stiramento meccanico.
"Duttile" deriva dalla parola latina duttile, che significa "che può essere guidato o disegnato".
Qualcosa che è duttile (a volte chiamato anche trattile) può essere facilmente allungato o tirato fuori in un filo sottile. Il rame duttile è un buon esempio di malleabilità e duttilità, essendo in grado di essere pressato e arrotolato in fogli e teso in fili.
I metalli sono spesso mescolati come leghe per migliorare le loro proprietà fisiche. L'acciaio ad alta resistenza è un esempio di una lega che ha una duttilità maggiore rispetto a qualsiasi dei suoi componenti metallici ed è spesso utilizzato in aeroplani, automobili e altre applicazioni ingegneristiche.
Come si deformano i metalli
Strati di ioni in un metallo possono muoversi e scivolare l'uno sull'altro senza rompere i loro legami metallici; questo è ciò che consente a un metallo di piegarsi o allungarsi senza rompersi. Tuttavia, alcuni metalli più duri non hanno strati chiari e hanno invece una struttura cristallina con unità componenti più piccole di atomi.
Questi gruppi unitari di atomi, chiamati grani, hanno dei confini tra loro chiamati confini di grano Più bordi di grano per unità di volume ha un metallo, meno malleabilità o duttilità avrà. Il metallo sarà invece più fragile e tenderà a rompersi lungo questi bordi di grano.
I materiali sono più malleabili e più duttili quando hanno dislocazioni o ioni mancanti nella struttura dello strato. Questi difetti possono muoversi attraverso la struttura cristallina del metallo mentre si deforma, aumentando la sua capacità di deformarsi senza rompersi.
Quando la maggior parte dei metalli viene riscaldata, i loro grani diventano più grandi. Gli atomi si trovano quindi in una struttura più regolare e possono più facilmente scivolare l'uno sull'altro senza rompere i loro legami. Ciò consente ai metalli di deformarsi più facilmente. La "lavorazione a freddo" fa l'opposto: deformare il metallo quando fa freddo crea più bordi di grano, rendendo il metallo rigido e fragile.
È interessante notare che anche alcuni metalli mostrano elasticità. Quando su un metallo viene sottoposta una quantità molto piccola di stress, gli atomi inizio per rotolare l'uno sull'altro. Ma poi, quando lo stress viene rilasciato, gli atomi tornano alle loro posizioni originali. Maggiori quantità di stress modificano permanentemente la posizione degli atomi.