Mehaaniline deformatsioon: elastsus ja plastsus

Kui materjal allutatakse mehaanilisele pingele, see deformeerub — muudab kuju — ja see, kuidas see reageerib, jaguneb kahte kvalitatiivselt erinevasse režiimi, mida eraldab materjalispetsiifiline lävi nimega voolavuspiir. Allpool voolavuspiiri on deformatsioon elastne: materjali aatomid nihkuvad veidi oma tasakaaluasenditest, salvestades energiat venitatud või kokku surutud aatomitevahelistes sidemetes, ja pinge eemaldamine laseb neil sidemetel tõmmata aatomid tagasi nende algsetesse asenditesse, taastades materjali algse kuju täielikult. Elastne deformatsioon on pöörduv ja paljude materjalide jaoks kasulikus vahemikus ligikaudu võrdeline rakendatud pingega (Hooke'i seadus) — see on režiim, milles vedrud, konstruktsioonitalad tavaliste koormuste all ja enamik igapäevaseid mehaanilisi komponente on kavandatud töötama.

Voolavuspiirist möödudes muutub deformatsioon plastseks: osa aatomite nihkest muutub püsivaks ja pinge eemaldamine ei taasta enam algset kuju. Kristallilistes materjalides nagu metallid toimub plastne deformatsioon valdavalt dislokatsioonide liikumise kaudu — joondefektide muidu korrapärases kristallvõres, kus aatomitasand on osaliselt sisestatud või nihkes oma naabrite suhtes. Dislokatsioon saab liikuda läbi kristalli, katkestades ja taasmoodustades korraga ainult ühe rea aatomisidemeid, lubades ühel aatomitasandil libiseda mööda naabertasandist palju madalama pinge juures, kui oleks vaja iga sideme katkestamiseks korraga üle kogu tasandi, mis on põhjus, miks tegelikud kristallid deformeeruvad plastselt palju kergemini, kui seda teeks täiuslik, defektideta kristall. See dislokatsioonivahendatud mehhanism selgitab ka tööst kõvenemist: metalli plastselt deformeerudes dislokatsioonid paljunevad ja takistavad üha enam üksteise liikumist, muutes edasise plastse deformatsiooni järk-järgult raskemaks — täpselt põhjus, miks metalltraadi korduv painutamine muudab selle jäigemaks ja lõpuks painutuskohas hapraks.

Veelgi edasi surutuna, üle materjali plastse deformatsiooni võimekuse, materjal puruneb — sidemed katkevad pöördumatult ja materjal eraldub tükkideks. Voolavuspiir ja purunemispiir on seega kaks eraldiseisvat läve mööda sama koormamisprotsessi, mitte sama sündmus: sitke materjal nagu enamik metalle näitab voolavuspiiri ja purunemise vahel märkimisväärset plastset deformatsiooni, neelates märkimisväärset energiat ja andes nähtava hoiatuse (kaelistumine, painutamine) enne murdumist, samal ajal kui hapras materjal nagu keraamika või klaas puruneb vähese või ilma plastse deformatsioonita, kui selle (tavaliselt madalam) purunemispinge saavutatakse, andes murdumise eel vähe hoiatust.