弹性模数主要取决于金属本性,与晶格类型和原子间距有密 切关系。室温下金属弹性模数E是原子序数的周期函数。同一周期的元素如Na、Mg、A1、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。但是对于过渡金属来说并不适用。由图1可知,过渡族金属的弹性模数最高,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、Mn、Co等,其弹性模数都很大,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,因而对弹性模数影响很小。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,但对弹性模数却影响不大。如晶粒大小对E值无影响,第二相大小和分布对E值影响也很小,淬火后稿有下降,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。
温度升高原予间距增大,使E值降低。钢每加热100℃,下降3~5%。但在-50℃至50℃范围内,钢的E值变化不大,可以不考虑温度的影响。
加载速度对弹性模数也无大影响。这是因为弹性变形极快,声波在金属中的传播速度,远高于一般加载速度。
总之,弹性模数是一个对组织不敏感的机械性能指标,其大小主要决定于金属本性和晶体结构,而和显微组织关系不大。因此,热处理、合金化和冷变形等三大金属强化手段对其作用均很小。