热处理及各种影响材料弹性模量的因素

1、合金元素与钢弹性挠度的关系

原子间的斥力取决于金属原子本身和晶格类型，因此弹性挠度也主要取决于金属原子的性质和晶格类型。 虽然溶质元素可以改变合金的晶格常数，但对于常用的金属材料来说，合金元素对晶格常数的改变并不大，因此对弹性挠度影响不大。 合金和不锈钢的弹性挠度值相当接近，相差不小于12%。

2、热处理对弹性挠度的影响

热处理对弹性挠度影响不大。 例如，晶界的大小对弹性挠度没有影响； 第二相的尺寸和分布对弹性挠度影响也较小； 调质后虽然弹性挠度没有增加，但调质后又恢复到原来的值。 固溶前的状态值。 而且，弹簧钢（60SiSi22MnAMnA）热处理（渗碳+回火）后，弹性模量变化不大，但在不同水温回火后，剪切模量变化较明显。 如果设计时不考虑这一点，可能会导致一定的偏差。

对于60SiSi22MnAMnA材料，热处理似乎对E影响不大，但G却有明显变化。 根据剪切挠度、弹性挠度与铁损的关系：G=E/(2(1+υ))，可以得出热处理会影响υ值。 此外，这些关系是否具有普遍性仍有待剖析。

3 应变增强对弹性挠度的影响

如果试件是塑性材料，加载到塑性阶段然后卸载，当材料恢复到平衡状态时，弹性应变消失，但塑性应变没有消失，导致材料产生永久变形，如图所示在图a中。 这个过程称为应变强化或冷加工硬化。 这样，虽然比例极限提高了，但塑性和延展性却有一定程度的降低。 从图a可以看出，强化前后，曲线直线段的直线趋于平行，斜率相同，弹性挠度相同。 事实上，当试样从A'点卸载，然后加载到同一点时，会损失部分热量或能量。 因此，加载和卸载过程的曲线不重叠。 如图b中实线所示，将会出现机械滞后区。 。 在为振动结构或机械设备选择阻尼材料时，重要的是要考虑它们的机械迟滞特性。

材料强化工艺示意图

4、冷塑性变形对弹性挠度的影响

冷塑性变形使弹性挠度略有增加，通常增加4％至6％，这与残余挠度有关。 当塑性变形量较大时，弹性挠度因变形而变得各向异性，沿变形方向弹性挠度最大。 这些冷塑性变形引起的材料弹性模量的变化会影响精密零件的冷成形精度。

5、温度对弹性挠度的影响

随着温度下降，原子间宽度减小，弹性挠度增大。 不锈钢受热时，每下降100℃，弹性变形量增加3%～5%，但在-50℃～50℃范围内，钢的弹性模量变化不大。

6 加载速度对弹性挠度的影响

由于弹性变形以波速在介质中传播，因此金属介质中的波速相当大，如钢中为4982m/s； 而在普通摆锤冲击试验中，绝对变形速度仅为4~5.5m/s，虽然高速冲击试验的变形速度也在10³m/s以内。 在这样的冲击载荷作用下，弹性变形始终能跟随冲击外力的变化，因此应变速率对金属材料的弹性行为和弹性挠度没有影响。

在现代机器中，各类零件的应变率范围为 10-6 至 106 s-1。 例如，静态拉伸试验的应变速率为10-5~10-2s-1（称为准静态应变速率），冲击载荷的应变速率为102~104s-1，称为高应变速率。 据悉，也有应变速率为10-2~102s-1的中应变速率试验，如落锤、旋转飞轮等。实践表明，当应变速率在10-4~10-2s内时-1，材料的热性能没有明显变化，可以视为静载荷。 当应变加载速度小于10-2s-1时，材料的热性能将发生显着变化，这就需要考虑应变速率降低引起的一系列热性能变化。

在塑性变形阶段，随着加载速度的降低，变形减小得相对缓慢。 因此，当加载速度很快时，塑性变形来不及充分进行，表现为弹性极限、屈服硬度等微量塑性变形抗力的增加。 同时还发现，冲击载荷作用下的塑性变形相对集中在某些局部区域，反映出塑性变形极不均匀。 这些不均匀的条件也限制了塑性变形的发展，使塑性变形不能充分进行，导致屈服硬度和拉伸硬度提高，其中屈服硬度提高较多，伸长硬度提高较少。

来源：产品设计研究院陌陌公众号（ID：gh_ecd074a00e00），铁损