Young modülü neden 3 faktörden neredeyse etkilenmiyor: malzeme bileşimi, mikro yapı ve işleme durumu?

Young modülünü iyi bilmek ve başlık çubuğundaki bu soruyu cevaplamak için malzemelerin nasıl elastikiyet kazandığını düşünmemiz gerekir.

Metal malzemeler için, içlerinin atomlardan oluştuğunu, birçok atomun düzenli olarak kristaller oluşturacak şekilde düzenlendiğini ve birçok tanenin genellikle gördüğümüz metali oluşturmak üzere bir araya getirildiğini biliyoruz.

Esneklik, taneler arasındaki etkileşimden mi gelir? Açıkçası hayır, çünkü hem tek kristal hem de amorf esnekliğe sahiptir.

Bu nedenle, esneklik muhtemelen atomlar arasındaki etkileşimden gelir.

Mümkün olduğunca basit ve kullanışlı olmak için karmaşık kavramları veya matematiksel formülleri kullanmamaya çalışıyoruz. ile başlayalım en basit iki atomlu model.

Young modülünün iki atomlu modeli

İki atomlu model: İki atom arasındaki etkileşim, potansiyel fonksiyonla (kırmızı çizgi) tanımlanabilir. Yatay eksen iki atom arasındaki “r” mesafesidir ve dikey eksen U(r) potansiyel enerjisidir; Etkileşim kuvveti (yeşil hat), potansiyel fonksiyon türetilerek elde edilebilir. İki atom arasında, etkileşim kuvveti F = 0 ve potansiyel enerjinin en düşük olduğu bir denge konumu r0r_ {0} olduğunu belirtmekte fayda var; Yani bu pozisyondan çıktığınızda sağda solda da olsa onu geri çekmeye çalışan bir kuvvet olacaktır.

Bir yay gibi, doğal halde böyle bir denge pozisyonu vardır. Yayı sıksanız da gerseniz de, elinizi bıraktıktan sonra hala orijinal konumuna geri döner.

Atom seviyesinden esnekliğin kaynağı budur!

Tabii ki, gerçek metallerin veya diğer malzemelerin içinde birçok atom bulunur. Bu atomik etkileşimler basitçe bir çift atomik etkileşimin üst üste binmesi olarak anlaşılabilir.

Young modülü ve diğer parametreler arasındaki ilişkinin analizi

Genel olarak, bu potansiyel fonksiyonun aşağıdaki forma sahip olduğunu varsayabiliriz:

Yukarıdaki fonksiyon, denge konumu R0R_ olan dört değişken parametreye sahiptir.{0}, Teklif enerjisi U0U_{0}, ve parametreleri N ve M. Yukarıdaki parametreler farklı Atom türleri için değişiklik gösterebilir.

Şimdi bu iki atomu bağımsız bir sistem olarak alıyoruz ve onları geriyoruz veya sıkıştırıyoruz.

Denge konumuna yakın iki atom arasındaki mesafeyi değiştirmek için uygulanacak F kuvveti

Young modülüne karşılık gelmek için, onu σ= E ε Formuna çevirmemiz, her iki tarafı da bir r02r_ {0} ^ {2} ile bölmemiz ve yukarıdaki formülü yerine koymamız ve çalışıyormuş gibi yapmamız gerekir:

Çözüm

Yani, Young modülü E esas olarak N, m, u0u_ {0}、r0r_ {0}'den etkilenir. Atomik türler ve sıcaklık bu parametreleri etkileyebilir. Farklı atom türlerinin etkisi açıktır ve tüm parametreler değişecektir. Sıcaklığın etkisi daha az belirgin görünüyor.

Sıcaklığın etkisini gözlemlemek için potansiyel fonksiyon eğrisinin kendisine geri dönmeliyiz. Potansiyel fonksiyonu mükemmel bir simetrik eğri olmadığı için, sıcaklık yükseldiğinde, atomun daha kuvvetli hareket ettiği ve termal genleşme ve soğuk büzülme gibi hareket aralığının daha büyük olduğu anlamına gelir. Bu sırada, aşağıdaki şekilde yeşil çizgi ile gösterildiği gibi, r0r_ {0} bakiye konumu dengelenecektir.

Atomların her zaman hareket halinde olduğu kanıtlanabilir. Sıcaklık yüksek olduğunda, denge konumu r0r_ {0} büyüdükçe malzemenin hacmi artar ve gencin modülü azalır.

İlk sorumuza dönersek, farklı çelik kalitelerindeki demir atomlarının sayısı 90%'den fazlasını açıklayabilir. Saf demir ile karşılaştırıldığında bile, atomlar arasındaki etkileşim kuvveti büyük ölçüde değişmez, bu nedenle genç modülü alaşım bileşiminin değişiminden pek etkilenmez; Benzer şekilde, mikroyapı değişiklikleri veya iş sertleşmesi ne olursa olsun, atomların yeniden düzenlenmesi atomlar arasındaki kuvveti değiştirmez, dolayısıyla gencin modülünü etkilemez.

Young modülüne ek olarak, erime noktası, termal genleşme katsayısı ve mükemmel kristalin gerilme mukavemeti gibi fiziksel nicelikler de bu modelden türetilebilir.

Gençlerin yüksek elastik durumdaki kauçuğun modülünün sıcaklığın artmasıyla artması anormal fenomenine gelince, bunun nedeni kauçuğun elastikiyet kaynağının geleneksel malzemelerinkinden farklı olmasıdır.