弹性模量变化规律及影响因素

当金属受力时发生变形，而当外力去除后，能完全恢复原来形状的性能称为弹性。变形越大，弹性越好。在弹性变形范围内，金属材料承受的最大应力称弹性极限，弹性极限表示金属材料可承受的最大弹性变形的能力。在弹性范围内，其变形量与应力的关系符合胡克定律：

EB=P或

式中 P——金属变形时受到的应力；

B——弹性变形时的应变；

E——弹性模量。

弹性模量E是金属抵抗弹性变形能力的指标，反映材料产生弹性变形的难易程度。

弹性模量E与外力类型有关，若P为拉应力，则B代表伸长量，这时弹性模量为正弹性模量仍用E表示；若P为切应力，则B代表扭转角，这时弹性模量为切变弹性模量用G表示，它们之间关系为

式中 μ——泊松系数，它表示弹性变形时物体的体积的变化，数值在0～0.5。

弹性模量是一个比较稳定的常数，很难通过合金化、晶粒大小大幅度调整。影响弹性模量大小主要因素：

1.金属的本质、点阵间距、晶格类型

金属的弹性变形是外力作用引起的原子间距离发生可逆变化的结果，弹性模量本质上表征原子间结合力。弹性模量与原子间距离、熔点之间存在着下列近似关系：

式中 a——原子之间距离；

T_s——金属的熔点（K）；(www.xing528.com)

K、m——均为常数；

V——比热容；

k、a、b——常数（通常a≈1，b≈2）。

2.弹性模量与周期表的关系

金属的弹性模量与金属元素的价电子数以及原子半径大小有关。在常温下，弹性模量是原子序数的函数，因而发生周期性变化，同一主族从上到下，其弹性模量逐渐减小。过渡金属与其他金属相比，有较高的弹性模量，如图2-17所示。

图2-17 正弹性模量的周期变化

3.冷变形的影响

塑性变形使弹性模量稍有降低，一般为5%左右。大量塑性变形，出现各向异性，沿变形的方向弹性模量加大。

4.温度及载荷速度

在-50～+50℃，弹性模量变化很小，高温时每升高100℃，弹性模量下降4%左右。

加载速度对弹性模量也无多大影响。

金属发生相变时，弹性模量将发生异常变化。金属弹性变形很小，通常只有0.5%，一般不大于1%。