常见材料的弹性模量

Posted2024年1月19日

Updated2024年1月19日

By木易·灵兮

弹性模量值越小，弹性模量变形相对越大，刚度越小，材料易发生变形柔性越好；弹性模量越大，材料发生弹性模量变形相对越小，刚度大，材料不易变形，脆性越强。

对弹性体施加一个外界作用力，弹性体会发生形状的改变(称为”应变”)，”弹性模量”的一般定义是:单向应力状态下应力除以该方向的应变。材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系(即符合胡克定律)，其比例系数称为弹性模量。弹性模量的单位是达因每平方厘米。

我们常用纳米压痕仪，在测量涂层表面硬度的同时，也可以测量涂层的弹性模量。但是纳狮的纳米涂层的弹性模量是个均值，通常为打底层、核心层和表面层的均值。这也意味着，纳米涂层可以通过调整涂层的梯度结构，来调整涂层的弹性模量，以匹配基材的物性。

如中碳钢的弹性模量为210Gpa左右，纳狮通常选用250Gpa 2000HV的Cr/CrN来做打底层，已增加涂层的可靠性。

名称	符号	抗拉强度σb/MPa	屈服强度σ0.2/MPa	伸长率δ(%)	硬度HBS	弹性模量E/(GPa)	备注
银	Ag	125	35	50	25	71	–
铝	Al	40～50	15～20	50～70	20～35	62	–
金	Au	103	30～40	30～50	18	78	–
铍	Be	228～352	186～262	1～3.5	75～85	275～300	–
铋	Bi	20	–	–	7	32	–
铈	Ce	117	28	22	22HV	30	γ相
镉	Cd	71	10	50	16～23	55	–
钴	Co	255	–	5	125	211	–
铜	Cu	209	33.3	60	37	128	–
镁	Mg	165～205	69～105	5～8	35	44	–
铝	Mo	600	450	60	300～400HV	320	–
铌	Nb	275	207	30	80HV	103	退火状态
镍	Ni	317	59	30	60～80	207	–
铅	Pb	15～18	5～lO	50	4～6	15～18	–
钯	Pd	185	32	40	32	114.8	–
铂	Pt	143	37	31	30	150	–
铑	Rh	951	70～100	30～35	55	293	–
锑	Sb	11.4	–	–	30～58	77.759	–
锡	Sn	15～27	12	40～70	5	44.3	–
钼	Ta	392	362	46.5	120HV	186	粉末冶金法
钛	Ti	235	140	54	60～74	106	–
钨	W	1000～1200	750	–	(350～450)HV	405～410	–
钇	Y	186	27	17	40HV	63.6	–
锌	Zn	110～150	90～100	40～60	30～42	130	–
锆	Zr	300～500	200～300	15～30	120	99	–

①刚性相同，相对质量ρ/E^(1/3)

合金代号	密度ρ/(g/cm^3)	弹性模量E/GPa	抗拉强度σb/MPa	屈服强度σ0.2/MPa	伸长率δ(%)	疲劳极限σ-1/MPa	σb/ρ	σ0.2/ρ	σ-1/ρ	相对刚性E/ρ^3	①
20钢	7.8	2l0	400	200	20	140	51	26	18	0.44	1.31
15CrA	7.8	210	650	350	15	260	83	45	33	0.44	1.31
40CrNiMoA	7.8	210	1000	850	12	410	130	110	53	0.44	1.31
铸铁	7.2	84	210	140	–	70	29	20	9.7	0.22	1.64
H62	8.4	105	300	150	40	120	36	18	14	0.18	1.78
QAl9-4	7.5	116	550	300	12	210	73	40	28	0.28	1.54
QBe2	8.2	133	1200	1000	2.5	200	146	122	24	0.24	1.61
BZnl5-20	8.7	126	380	140	35	130	44	16	15	0.19	1.74
2A12	2.8	72	460	380	15	115	164	136	41	3.3	0.67
ZL104	2.7	72	250	200	4	90	93	72	33	3.7	0.65
TC4	4.4	113	950	850	10	350	216	193	80	1.32	0.91
MB7	1.8	43	300	200	8	130	167	110	72	7.3	0.51
ZM5	1.8	43	250	100	5	100	139	110	56	7.3	0.51
NCu28-2.5-1.5	8.8	180	450	240	25	170	51	27	19	0.27	1.56
ZA4-1	6.7	130	280	–	2	–	42	–	–	0.44	1.32

PVD纳米涂层