U fizici i nauci o materijalima, plastičnost (također poznata kao plastična deformacija) je sposobnost čvrstog materijala da podliježtrajnoj deformaciji, nepovratnoj promjeni oblika kao odgovor na primijenjene sile. Naprimjer, čvrsti komad metala koji se savija ili kuje u novi oblik pokazuje plastičnost jer se trajne promjene događaju unutar samog materijala. U inženjerstvu, prelazak iz elastičnog ponašanja u plastično ponašanje poznat je kao popuštanje (inženjerstvo).
Plastična deformacija se opaža kod većine materijala, posebno kod metala, tla, stijena, betona i pjene. Međutim, fizički mehanizmi koji uzrokuju plastičnu deformaciju mogu se uveliko razlikovati. Na kristalnoj skali, plastičnost u metalima je obično posljedica dislokacija. Takvi defekti su relativno rijetki u većini kristalnih materijala, ali su brojni u nekima i dijelu njihove kristalne strukture; u takvim slučajevima može doći do plastične kristalnosti. U krhkim materijalima kao što su stijena, beton i kost, plastičnost je pretežno uzrokovana klizanjem na mikropukotinama. U ćelijskim materijalima kao što su tečne pjene ili biološka tkiva, plastičnost je uglavnom posljedica preuređenja mjehurića ili ćelija, posebno T1 procesa.
Za mnoge duktilne metale, zatezno opterećenje primijenjeno na uzorak uzrokovat će da se ponaša elastično. Svako povećanje opterećenja prati proporcionalno povećanje istezanja. Kada se opterećenje ukloni, komad se vraća na svoju prvobitnu veličinu. Međutim, kada opterećenje pređe određeni prag – granica popuštanja – istezanje se povećava brže nego u elastičnom području; sada kada se opterećenje ukloni, određeni stepen istezanja će ostati.
Elastična deformacija, međutim, je aproksimacija i njen kvalitet zavisi od razmatranog vremenskog okvira i brzine opterećenja. Ako, kao što je prikazano na grafikonu nasuprot, deformacija uključuje elastičnu deformaciju, često se naziva i "elastoplastična deformacija" ili "elastoplastična deformacija".
Savršena plastičnost je svojstvo materijala da se podvrgnu nepovratnoj deformaciji bez ikakvog povećanja napona ili opterećenja. Plastični materijali koji su očvrsnuti prethodnom deformacijom, kao što je hladno oblikovanje, mogu zahtijevati sve veće napone da bi se dalje deformirali. Općenito, plastična deformacija također ovisi o brzini deformacije, tj. obično se moraju primijeniti veći naponi da bi se povećala brzina deformacije. Za takve materijale se kaže da se deformiraju viskoplastično.
Doprinoseća svojstva Plastičnost materijala je direktno proporcionalna duktilnosti i savitljivosti materijala.
Fizički mehanizmi thumb| Velika sfera na ravnoj ravnini od vrlo malih sfera s više skupova vrlo malih sfera koje se kontinuirano protežu ispod ravni (sve s crnom pozadinom) | Plastičnost pod sfernim nanoindenterom u (111) bakru. Sve čestice u idealnim položajima rešetke su izostavljene, a kod boje se odnosi na von Misesovo polje napona.
U metalima Plastičnost u kristalu čistog metala prvenstveno je uzrokovana dvama načinima deformacije u kristalnoj rešetki: klizanjem i blizanjstvom. Klizanje je deformacija smicanja koja pomiče atome kroz mnoge međuatomske udaljenosti u odnosu na njihove početne položaje. Blizanjstvo je plastična deformacija koja se odvija duž dvije ravni zbog skupa sila primijenjenih na dati metalni komad.
Većina metala pokazuje veću plastičnost kada su vrući nego kada su hladni. Olovo pokazuje dovoljnu plastičnost na sobnoj temperaturi, dok liveno gvožđe nema dovoljnu plastičnost za bilo koju operaciju kovanja čak ni kada je vruće. Ovo svojstvo je važno kod operacija oblikovanja, oblikovanja i ekstruzije metala. Većina metala postaje plastična zagrijavanjem i stoga se oblikuje vruće.
Sistemi klizanja
Kristalni materijali sadrže uniformne ravni atoma organizovanih sa dugodometnim redom. Ravni mogu kliziti jedna pored druge duž svojih gusto zbijenih pravaca, kao što je prikazano na stranici o sistemima klizanja. Rezultat je trajna promjena oblika unutar kristala i plastična deformacija. Prisustvo dislokacija povećava vjerovatnoću ravni.
Reverzibilna plastičnost Na nanoskali, primarna plastična deformacija u jednostavnim plošno centriranim kubnim metalima je reverzibilna, sve dok nema transporta materijala u obliku unakrsnog klizanja.Ziegenhain, Gerolf; and Urbassek, Herbert M.; "Reversible Plasticity in fcc metals" in Philosophical Magazine Letters, 89(11):717-723, 2009 DOI 10.1080/09500830903272900 Legure s memorijom oblika, poput Nitinol žice, također pokazuju reverzibilni oblik plastičnosti koji se pravilnije naziva pseudoelastičnost.
Smična traka Prisustvo drugih defekata unutar kristala može zaplesti dislokacije ili na drugi način spriječiti njihovo klizanje. Kada se to dogodi, plastičnost je lokalizirana na određena područja u materijalu. Kod kristala, ova područja lokalizirane plastičnosti nazivaju se smična traka.
Mikroplastičnost Mikroplastičnost je lokalni fenomen u metalima. Javlja se za vrijednosti naprezanja gdje se metal globalno nalazi u domenu elastičnosti, dok su neka lokalna područja u plastičnom domenu.
Amorfni materijali Pukotine Kod amorfnih materijala, rasprava o "dislokacijama" nije primjenjiva, jer cijelom materijalu nedostaje dugodometni red. Ovi materijali i dalje mogu proći kroz plastičnu deformaciju. Budući da amorfni materijali, poput polimera, nisu dobro uređeni, oni sadrže veliku količinu slobodnog volumena ili izgubljenog prostora. Zatezanje ovih materijala otvara ova područja i može dati materijalima mutan izgled. Ova mutnoća je rezultat pukotina, gdje se fibrile formiraju unutar materijala u područjima visokog hidrostatičkog napona. Materijal može prijeći iz uređenog izgleda u "ludi" uzorak naprezanja i istezanja.
Ćelijski materijali Ovi materijali se plastično deformiraju kada moment savijanja premaši potpuno plastični moment. Ovo se odnosi na pjene otvorenih ćelija gdje moment savijanja djeluje na ćelijske zidove. Pjene mogu biti napravljene od bilo kojeg materijala s plastičnom granicom tečenja, što uključuje krute polimere i metale. Ovaj metod modeliranja pjene kao greda je validna samo ako je odnos gustoće pjene i gustoće materije manji od 0,3. To je zato što se grede aksijalno popuštaju umjesto da se savijaju. Kod pjena zatvorenih ćelija, granica popuštanja se povećava ako je materijal pod napetošću zbog membrane koja premošćava površinu ćelija.
Tla i pijesak
Tla, posebno gline, pokazuju značajnu količinu neelastičnosti pod opterećenjem. Uzroci plastičnosti u tlima mogu biti prilično složeni i snažno zavise od mikrostrukture, hemijskog sastava i sadržaja vode. Plastično ponašanje u tlima prvenstveno je uzrokovano preuređenjem klastera susjednih zrna.
Stijene i beton
Neelastične deformacije stijena i betona prvenstveno su uzrokovane stvaranjem mikropukotina i kliznim pokretima u odnosu na te pukotine. Na visokim temperaturama i pritiscima, plastično ponašanje može biti pod uticajem i kretanja dislokacija u pojedinačnim zrnima u mikrostrukturi.
Vremenski neovisno popuštanje i plastični tok u kristalnim materijalima
Vremenski nezavisni plastični tok, kako u monokristalima tako i u polikristalima, definisan je kritičnim/maksimalno razlučenim naponom smicanja (τCRSS), iniciranje migracije dislokacija duž paralelnih ravni klizanja sistema s jednim klizanjem, čime se definira prijelaz iz elastičnog u plastično deformacijsko ponašanje u kristalnim materijalima.
Vremenski neovisno popuštanje i plastični tok u monokristalima Kritični razriješeni napon smicanja za monokristale definiran je Schmidovim zakonom τCRSS=σy/m, where σy je granica tečenja monokristala, a m je Schmidov faktor. Schmidov faktor se sastoji od dvije varijable λ i φ, koje definiraju ugao između smjera ravni klizanja i primijenjene zatezne sile, te ugao između normale ravni klizanja i primijenjene zatezne sile. Važno je napomenuti da, jer m > 1, σy > τCRSS.
Kritična zavisnost riješenog napona smicanja od temperature, brzine deformacije i tačkastih defekata class=skin-invert-image|thumb| Tri karakteristična područja kritičnog razriješenog napona smicanja kao funkcije temperature Postoje tri karakteristična područja kritičnog razriješenog napona smicanja kao funkcije temperature. U području niskih temperatura 1 (T ≤ 0,25Tm), brzina deformacije mora biti visoka da bi se postigla visoka τCRSS što je potrebno za pokretanje klizanja dislokacija i ekvivalentnog plastičnog toka. U području 1, kritični razriješeni napon smicanja ima dvije komponente: atermalni (τa) i termalni (τ*) napon smicanja, koji proizlaze iz napona potrebnog za pomicanje dislokacija u prisustvu drugih dislokacija, te otpora prepreka tačkastih defekata migraciji dislokacija. U T = T*, umjereno temperaturno područje 2 (0,25Tm < T < 0.7Tm) je definirano, gdje je komponenta termičkog napona smicanja τ* → 0, što predstavlja eliminaciju impedancije tačkastog defekta za migraciju dislokacija. Stoga je kritično razriješeno naprezanje smicanja neovisno o temperaturi τCRSS = τa ostaje tako sve dok se ne definira područje 3. Važno je napomenuti da u području 2 treba uzeti u obzir mehanizme umjerene temperature vremenski zavisna plastična deformacija (puzanje), kao što je povlačenje rastvorene materije. Nadalje, u području visoke temperature 3 (T ≥ 0.7Tm) έ može biti nizak, doprinoseći niskom τCRSS, međutim, plastični tok će se i dalje javljati zbog termički aktiviranih vremenski zavisnih mehanizama plastične deformacije na visokim temperaturama, kao što su Nabarro-Herringov (NH) i Cobleov difuzijski tok kroz rešetku i duž površina monokristala, respektivno, kao i puzanje dislokacija penjanjem i klizanjem.
Faze vremenski nezavisnog plastičnog toka, nakon tečenja