材料力学笔记之——影响材料弹性模量的因素
本文探讨影响弹性模量的主要因素。
1. 合金元素与钢材弹性模量的关系
原子间作用力决定于金属原子本身和晶格类型，故弹性模量也主要取决于金属原子本性与晶格类型。溶质元素虽可以改变合金的晶格常数，但对于常用金属材料而言，合金元素对其晶格常数的改变不大，因而对弹性模量影响小。合金钢和碳钢的弹性模量数值相当接近，差值不大于 12%。
2. 热处理对弹性模量的影响
热处理对弹性模量的影响不大，如晶粒大小对弹性模量无影响；第二相大小和分布对弹性模量影响也很小；淬火后弹性模量虽有所下降，但回火后又恢复到退火前的状态值。但是，弹簧钢 (60Si2MnA) 在经过热处理（淬火 + 回火）后，弹性模量变化不大，而不同的温度回火后，切变模量变化较明显。设计中若对此不予以考虑，可能会造成一定误差。
对于 60Si2MnA 材料热处理虽然对 E 的影响很小，但是 G 却有明显变化，根据剪切模量、弹性模量及泊松比的关系：G=E/(2(1+υ))，可以得出是热处理会影响 υ 值。但是，这种关系是否具有普适性还有待探讨。
3. 应变强化对弹性模量的影响
若试件为塑性材料，被加载至塑性阶段后再卸载，则当材料返回平衡状态时，弹性应变消失，而塑性应变不会消失，结果材料出现永久变形，如图 a 所示。该过程称为应变强化或者冷作硬化。这样，虽然比例极限提高了，但是在一定程度上降低了塑性，增加了脆性。从图 a 中可以看出，强化前后，曲线线性段的直线趋于平行，斜率相同，弹性模量相同。实际上，试件从 A’点卸载，再加载至同一点会损失部分热量或能量，因而加载和卸载过程的曲线并不重合，如图 b 虚线所示，会存在一个机械滞回区。在选择振动结构或机械设备的阻尼器材料时，要重点考虑其机械滞回特性。
材料强化过程示意图
4. 冷塑变形对弹性模量的影响
冷塑变形使弹性模量稍有降低，一般降低 4%~6%，这与残余应力有关。当塑性变形量很大时，因产生形变使弹性模量出现各向异性，沿变形方向弹性模量最大。文献中指出，这种冷塑变形所造成的材料弹性模量变化，将会对精密零件的冷成型精度造成影响。
- 分享于 · 2022.04.11 20:21 · 阅读 · 3899
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