影響材料彈性模量的因素

1.合金元素與鋼材彈性模量的關系原子間作用力決定于金屬原子本身和晶格類型，故彈性模量也主要取決于金屬原子本性與晶格類型。溶質元素雖可以改變合金的晶格常數(shù)，但對于常用金屬材料而言，合金元素對其晶格常數(shù)的改變不大，因而對彈性模量影響小。合金鋼和碳鋼的彈性模量數(shù)值相當接近，差值不大于12%。2.熱處理對彈性模量的影響熱處理對彈性模量的影響不大，如晶粒大小對彈性模量無影響；第二相大小和分布對彈性模量影響也很??；淬火后彈性模量雖有所下降，但回火后又恢復到退火前的狀態(tài)值。但是，彈簧鋼（60Si2MnA）

在經(jīng)過熱處理（淬火+回火）后，彈性模量變化不大，而不同的溫度回火后，切變模量變化較明顯。設計中若對此不予以考慮，可能會造成一定誤差。對于60Si2MnA材料熱處理雖然對E的影響很小，但是G卻有明顯變化，根據(jù)剪切模量、彈性模量及泊松比的關系：G=E/（2(1+υ），可以得出是熱處理會影響υ值。但是，這種關系是否具有普適性還有待探討。3.

應變強化對彈性模量的影響若試件為塑性材料，被加載至塑性階段后再卸載，則當材料返回平衡狀態(tài)時，彈性應變消失，而塑性應變不會消失，結果材料出現(xiàn)永久變形，如圖a所示。該過程稱為應變強化或者冷作硬化。這樣，雖然比例極限提高了，但是在一定程度上降低了塑性，增加了脆性。從圖a中可以看出，強化前后，曲線線性段的直線趨于平行，斜率相同，彈性模量相同。實際上，試件從A’點卸載，再加載至同一點會損失部分熱量或能量，因而加載和卸載過程的曲線并不重合，如圖b虛線所示，會存在一個機械滯回區(qū)。在選擇振動結構或機械設備的阻尼器材料時，要重點考慮其機械滯回特性。材料強化過程示意圖4.

冷塑變形對彈性模量的影響冷塑變形使彈性模量稍有降低，一般降低4%~6%，這與殘余應力有關。當塑性變形量很大時，因產(chǎn)生形變使彈性模量出現(xiàn)各向異性，沿變形方向彈性模量最大。中指出，這種冷塑變形所造成的材料彈性模量變化，將會對精密零件的冷成型精度造成影響。5.

溫度對彈性模量的影響溫度升高，原子間間距增大，彈性模量降低。碳鋼加熱時，每升高100℃，彈性模量下降3%~5%，但在-50℃~50℃范圍內，鋼的彈性模量變化不大。6.

加載速率對彈性模量的影響由于彈性形變是以聲速在介質內傳播，金屬介質中的聲速相當大，如在鋼中為4982m/s；而普通的擺錘沖擊試驗時，絕對變形速率只有4~5.5m/s，即使高速沖擊試驗的變形速率也在103m/s以內，在這樣的沖擊載荷下，彈性形變總能緊跟上沖擊外力的變化，因而應變率對金屬材料的彈性行為及彈性模量沒有影響。現(xiàn)代機器中，各種不同件的應變率范圍為10-6~106s-1。如靜拉伸試驗的應變率為10-5~10-2s-1（稱為準靜態(tài)應變速率)，沖擊載荷的應變速率為102~104s-1，稱為高應變速率。此外，還有應變速率處于10-2~102s-1的中等應變速率試驗，如落錘、旋轉飛輪等。實踐表明，應變速率在10-4~10-2s-1內，材料的力學性能沒有明顯的變化，可按靜載荷處理。當應變載荷速率大于10-2s-1時，材料的力學性能將發(fā)生顯著變化，這就必須考慮到應變率增大而帶來的力學性能一系列變化。在塑性變形階段，隨著加載速率的增加，變形的增長比較緩慢，因而當加載速率很快時，塑性變形來不及充分進行，這就表現(xiàn)為彈性極限，屈服強度等微量塑性變形抗力的提高。同時還發(fā)現(xiàn)，沖擊載荷下塑性變形比較集中在某些局部區(qū)域，這反映了塑性變形是極不均勻的。這種不均勻的情況也限制了塑性變形的發(fā)展，使塑性變形不能充分進行，導致屈服強度、抗拉強度提高，且屈服強度提高得較多，抗拉強度提高得較少。探討：沖擊載荷下塑性變形的不均勻性具體如何體現(xiàn)，與應力集中相關嗎？從以上文獻對彈性模量影響因素和影響程度的介紹可以看出，當材料處于室溫彈性階段時，其彈性模量相對比較穩(wěn)定，可以認為是常數(shù)；但對某些精密元件的設計，分析中仍需要考慮其變化對產(chǎn)品精度的影響；其次還需要看到，雖然材料的彈性模量比較穩(wěn)定，但是