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影响航空材料弹性模量的因素

时间:2023-08-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:从原子间的相互作用力来看,弹性模量是表征原子间结合力的一个物理量,其值反映了原子间结合力的大小。因此弹性模量主要取决于金属的本性,即与晶格类型和原子间距有密切关系。室温下金属的弹性模量是原子序数的周期函数。过渡族金属的弹性模量最高,这可能和它们的d层电子未被填满而引起的原子间结合力增大有关。因此工程上通常的加载速度不会明显影响金属的弹性模量。

影响航空材料弹性模量的因素

原子间的相互作用力来看,弹性模量是表征原子间结合力的一个物理量,其值反映了原子间结合力的大小。因此弹性模量主要取决于金属的本性,即与晶格类型和原子间距有密切关系。室温下金属的弹性模量是原子序数的周期函数。同一周期的元素如Na、Mg、Al、Si等,E值随原子序数增加而增大,这与元素价电子增多及原子半径减小有关。同一族的元素,如Be、Mg、Ca、Sr、Ba等,E值随原子序数增加而减小,这与原子半径增大有关。但是对于过渡族金属来说并不适用。过渡族金属的弹性模量最高,这可能和它们的d层电子未被填满而引起的原子间结合力增大有关。常用的过渡族金属,如Fe、Ni、Mo、W、Mn、Co等,其弹性模量都很大,显然这也是这些金属被广泛应用的原因之一。

合金中固溶溶质元素虽可改变合金的晶格常数,但对于常用钢铁合金来说,合金化对其晶格常数改变不大,因而对弹性模量影响很小。例如各种低合金钢和碳钢相比,其E值相当接近。所以若仅考虑构件的刚度问题时,选用碳钢可以满足要求。

热处理是改变组织的强化工艺,但对弹性模量却影响不大。如晶粒大小对E值无影响,第二相的大小和分布对E值影响也很小,淬火后稍有下降,但回火后又恢复至退火状态的E值。

冷塑性变形使E值稍有降低,一般降低4%~6%,但当变形量很大时,因形变织构而使其出现各向异性,沿变形方向E值最大。(www.xing528.com)

加载速度对弹性模量也没有影响,固体中弹性变形的传播速度与声速相当。因为声音本身就是机械振动在弹性介质中的传播,而金属的弹性变形速度极快,远远超过了一般的加载速度。因此工程上通常的加载速度不会明显影响金属的弹性模量。

温度的变化能改变弹性模量,金属的弹性模量总是随温度升高而减小,因为温度升高使原子间距增大,使原子间结合力减弱。一般对钢来说,温度每升高100℃,E值下降3%~5%。但在-50~50℃范围内,钢的E值变化不大。

综上所述,作为表征金属材料刚度的弹性模量(EG),是一个对成分、组织都不敏感的力学性能指标。其大小主要决定于金属本性和晶体结构,是金属最稳定的力学性能,热处理、合金化、冷加工三大金属强化手段对其作用均很小。

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