Muovautuminen

Muovautuminen tarkoittaa pysyvästi tapahtuvaa muodonmuutosta materiaalissa, kun siihen kohdistuva kuormitus ylittää sen elastisen rajan. Toisin kuin elastinen muodonmuutos, muovautuminen ei palaudu kuorman purkautuessa, vaan materiaali muotoutuu uudelleen. Muovautuminen on keskeinen ilmiö sekä teknisissä prosesseissa, kuten muokauksessa ja muottauksessa, että luonnollisissa ilmiöissä, kuten maankuoren liikkeissä.

Metalleissa ja monissa keraamisissa aineissa muovautuminen tapahtuu pääasiassa dislokaatioiden liikkeen kautta. Dislokaatioiden liike syrjäyttää atomeita rajoitetuilla slip-järjestelmillä, jolloin mikrorakenne sopeutuu uuteen muotoon. Prosessi on voimakkaasti riippuvainen lämpötilasta, kuormituksen nopeudesta ja alkuperäisestä mikrostruktuurista, kuten rakeiden koosta ja karkaisusta. Korkeammilla lämpötiloilla muovautuminen voi tapahtua nopeammin myös diffuusion kautta, mikä tunnetaan nopeutuneena plastisuutena ja creepinä pitkäaikaisessa kuormituksessa.

Polymereissä muovautuminen on usein viskoelastista tai viskoplastista: muodonmuutos riippuu ajasta ja lämpötilasta. Pitkäaikainen kuormitus voi johtaa hitaaseen, mutta pysyvään muodonmuutokseen, ja lämpötilan noustessa muovautuminen kiihtyy. Lisäksi amorfiset ja kiteiset polymerit käyttäytyvät eri tavoin plastisuuden suhteen.

Muovautumista mallinnetaan usein elastista-plastista lähestymistapaa käyttäen, jossa määritellään kynnysarvoja, kuten jolingo tai kynnysjyrkkyys, sekä kovaantumisen sääntöjä. Näin voidaan kuvailla materiaalin vasteita muotoiluprosesseissa sekä ennakoida lujuutta ja kestävyyttä käytännön kuormituksissa. Muovautuminen on siten sekä suunnittelun että luonnon kannalta keskeinen periaate.