問題描述:
鋼鐵材料的彈性模量e和剪切模量g有什麽區別?它們的影響因素是什麽?!謝謝大家!
分析:
這種材料在外力的作用下會變形。外力較小時,發生彈性變形。彈性變形是可逆的。卸載時,變形消失,恢復原狀。在彈性變形範圍內,應力與應變呈線性關系,即服從胡克定律:
其中e是正彈性模量,g是剪切模量。它們之間存在以下關系:
彈性模量是代表晶體中原子間結合力強弱的物理量,因此是組織結構的不敏感參數。在工程中,彈性模量是材料剛度的壹種度量。
其實沒有理想的彈性體。大多數工程材料在彈性變形時,可能存在加載線和卸載線不重合、應變滯後於應力變化等彈性缺陷。彈性缺陷現象包括包辛格效應、彈性後效、彈性滯後和循環韌性。
對於非晶,甚至對於某些多晶體,在小應力下也可能出現粘彈性現象。粘彈性變形不僅與時間有關,而且具有可恢復的彈性變形,即具有彈性和粘性變形的特點。粘彈性變形是高分子材料的重要力學性能之壹。
當施加的應力超過彈性極限時,材料發生塑性變形,即發生不可逆的永久變形。通過塑性變形,不僅可以獲得預期的材料外部尺寸,還可以改變材料的內部結構和性能。
單晶塑性變形的兩種基本方式是滑移和孿晶。滑移和孿晶都是剪切應變,並且只有當外部剪切應力分量大於晶體的臨界分裂應力tC時才能開始。然而,滑移是非均勻剪切,孿晶是均勻剪切。
對於多晶體,要求每個晶粒至少有五個獨立的滑移系,以滿足每個晶粒在變形過程中的相互制約和協調。在多晶體中,晶界的存在阻礙了室溫下的滑移,實踐證明多晶體的強度隨著晶粒的細化而提高,可以用著名的Hall-Petch公式來描述:
當合金為單相固溶體時,由於溶質原子的存在,會表現出固溶強化效應,部分材料會發生屈服和應變時效。當合金具有多相結構時,其變形也會受到第二相的影響,表現出彌散強化效應。
而陶瓷晶體的塑性變形要比金屬材料困難得多,這是因為成鍵(離子鍵和價鍵)的性質,而且陶瓷晶體中的滑移系較少,位錯B較大,所以只有帶離子鍵的單晶陶瓷才能發生較大的塑性變形。對於高分子材料來說,塑性變形是由粘性流動而不是滑移引起的,因此與材料的粘度密切相關,受溫度影響較大。
塑性變形後,外力所做的功以儲能的形式存在於材料中,使系統自由能上升,處於不穩定狀態。因此,回復再結晶是材料冷變形後的壹種自發趨勢,加熱加速了這壹過程。
當加熱溫度低且時間短時,發生恢復。此時主要表現為亞結構的變化和多邊化過程。第壹類內應力大部分消除,電阻率降低,但對微觀結構和力學性能影響不大。
當加熱溫度高且時間長時,發生再結晶。在再結晶過程中,新的未畸變等軸晶將取代冷變形組織,其性能將基本恢復到冷變形前的狀態。
當再結晶後繼續加熱時,晶粒會長大。