衡量材料的参数很多,其中弹性模量、刚度、强度、硬度这些参数我们见的最多,但是很多朋友没有真正理解这些参数,下面我们重新来审视一下这几个概念,来重新认识一下它们之间的相互关系。

弹性模量

弹性模量是什么

弹性模型是材料重要的性能参数,弹性模量表征材料的弹性,弹性模量越大,材料的弹性越大,其抵抗变形的能力越强。

在弹性范围内,应力除以应变成正比例关系,满足胡克定律,其比值为弹性模量。

弹性模量是材料本身的固有属性,是原子、分子或离子之间键合强度的反映。

材料的化学成分、晶体结构、温度对弹性模量有所影响。

一般来说材料的温度越高,弹性模量越低,比如锻造零件时要先对零件加热降低材料的弹性模量及屈服强度,而不是选择在常温状态下直接锻造。

热处理对弹性模量有影响吗

金属材料的热处理有整体热处理(退火、淬火、回火、正火)和表面热处理(渗碳、渗氮、高中低频淬火、铝合金的阳极氧化等),热处理可以提高材料的屈服强度及抗拉强度。

不管是哪种热处理方式,对弹性模量的影响都不大,弹性模量约有5%的变化。在工程应用中,通常把弹性模量做为一个常数使用

刚度

刚度是零件在外力的作用下抵抗弹性变形的能力。

零件的刚度与零件本身的几何形状(如不同截面的杆的刚度不同)和零件本身的材料选用(对于同样的结构,弹性模量越大,结构的刚度越大)有关。

在工程应用中,刚度和零件精度相关,比如机床的主轴,在机床工作的时候,我们不希望机床的主轴受力后发生变形影响加工精度,因此在设计机床主轴时我们要从结构及材料的弹性模量上双重考虑。

强度

强度用来衡量零件本身的承载能力。

对于脆性材料,我们使用抗拉或抗压极限强度来判断零件是否失效。

对于弹性材料,我们使用屈服强度来判断零件是否发生永久变形,抗拉强度来判断零件是否断裂。

硬度

硬度是指材料抵抗硬物压人表面的能力,测量硬度是使用压头压人零件表面,根据零件表面的压痕深度来判断材料的硬度。

因此硬度表示的是材料抵抗塑性变形的能力,材料的屈服强度越高,硬度也越高。

硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的,材料的强度越高,塑性变形抗力越高,硬度值也就越高。

对于金属材料,提高硬度常用的方法是热处理,整体淬火可以提高整体硬度,表面淬火可以提高表面硬度。材料本身的硬度提高后会失去韧性,也就是我们所说的材料变脆,材料变脆归根到底还是屈强比提高了,屈服强度和抗拉强度接近,材料发生达到屈服后几乎没有塑性变形的过程直接发生了断裂。

弹性模量与硬度的关系​

弹性模量和硬度没有关系。硬度测量的是材料抵抗塑性变形的能力, 弹性模量是材料本身的材料常数。