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第一章 金属材料基础知识1

第一节 金属学与热处理基础知识1

一、金属与合金的晶体结构与结晶1

二、金属热处理简介5

第二节 结构材料对力学性能的要求7

一、强度7

二、塑性8

三、硬度8

四、韧性8

五、成形性8

第三节 金属材料的分类8

一、黑色金属材料的分类9

二、有色金属材料的分类13

第四节 常用金属材料牌号的表示方法13

一、钢铁产品牌号表示方法13

二、铸钢牌号表示方法15

三、铸铁牌号表示方法15

四、铸造有色金属及其合金牌号表示方法16

五、变形铝及铝合金牌号表示方法16

思考题17

第二章 力学性能试验取样基本知识18

第一节 试样类型及取样原则18

一、力学性能试验的试样类型18

二、取样原则18

三、样坯切取19

四、试料状态20

第二节 金属材料试样轴线20

一、无缺口试样的标识20

二、缺口（或预裂纹）试样的标识22

第三节 钢材的取样位置22

一、型钢23

二、条钢24

三、钢板26

四、钢管27

第四节 焊接接头的取样28

一、焊接试板的制备28

二、样坯的切取28

思考题31

第三章 金属材料的拉伸试验32

第一节 拉伸过程中的物理现象及有关术语32

一、应力及应变32

二、拉伸时的物理现象33

三、术语35

第二节 金属拉伸试样36

一、拉伸试样的分类36

二、试样的形状及尺寸37

三、加工要求39

第三节 试验设备40

一、拉力试验机40

二、引伸计40

三、高低温试验辅助装置41

第四节 强度和塑性指标的测定42

一、准备工作42

二、强度指标测定44

三、塑性指标测定49

第五节 弹性模量及泊松比的测定52

一、弹性模量的测定52

二、泊松比的测定54

三、性能的数据修约55

第六节 应变硬化指数和塑性应变比的测定55

一、应变硬化指数n值的测定55

二、塑性应变比r值的测定57

第七节 高、低温拉伸试验59

一、高温拉伸试验59

二、低温拉伸试验61

第八节 试验结果的处理及数值修约62

一、试验结果的处理62

二、数值修约63

三、拉伸试验的力学性能指标修约64

第九节 影响拉伸试验结果的主要因素65

一、试样形状、尺寸及表面粗糙度的影响65

二、试样装夹的影响65

三、试验速度的影响65

第十节 拉伸的弹、塑性变形及断裂特征的应用66

一、弹性及弹性变形66

二、塑性及塑性变形66

三、断裂67

思考题68

第四章 金属硬度试验69

第一节 布氏硬度试验69

一、试验原理69

二、相似原理的应用70

三、试样及试验设备71

四、试验操作要点72

五、试验结果处理74

六、试验报告74

七、应用范围及优缺点74

第二节 洛氏硬度试验74

一、试验原理74

二、试样及试验设备76

三、试验操作要点78

四、试验结果处理80

五、表面洛氏硬度80

六、应用范围及优缺点81

第三节 维氏硬度试验81

一、试验原理81

二、试样及试验设备82

三、试验操作要点84

四、试验结果处理84

五、维氏硬度和布氏硬度的比较85

六、应用范围及优缺点86

第四节 肖氏硬度试验86

一、试验原理86

二、试样及硬度计86

三、试验操作要点87

四、试验结果处理88

五、应用范围及优缺点88

第五节 里氏硬度试验88

一、试验原理88

二、试验设备89

三、试样89

四、操作要点90

五、试验结果处理90

六、应用范围及优缺点91

第六节 各种硬度及硬度与强度之间的换算91

思考题91

第五章 其他静载下金属力学性能试验92

第一节 金属压缩试验92

一、压缩试验的工程应用及特点92

二、压缩试验时的力学分析92

三、压缩试样93

四、试验设备94

五、压缩力学性能测定95

六、压缩试验的破坏特征98

第二节 金属弯曲试验99

一、弯曲试验的工程应用及特点99

二、弯曲试验的力学分析99

三、弯曲试样103

四、弯曲试验设备103

五、脆性和低塑性材料的弯曲力学性能测定103

第三节 金属扭转试验107

一、扭转试验的工程意义和特点107

二、金属材料扭转时的力学分析107

三、扭转试样及试验设备109

四、金属扭转力学性能指标的测定110

五、扭转试样的断裂分析112

六、全尺寸零部件实体扭转试验简介113

第四节 金属剪切试验113

一、剪切试验的工程应用及特点113

二、金属剪切试验时的力学分析114

三、剪切试样115

四、试验设备115

五、剪切性能测定118

思考题119

第六章 金属冲击试验120

第一节 夏比摆锤冲击试验原理120

第二节 夏比冲击试样与试验设备121

一、试样121

二、冲击试验机123

三、温度控制系统123

四、温度测量系统124

第三节 常温冲击试验124

一、试验前准备工作124

二、试验操作要点125

三、冲击试验结果处理及试验报告126

第四节 高温和低温冲击试验127

一、低温冲击试验127

二、高温冲击试验128

第五节 金属韧脆转变温度及低温系列冲击129

一、金属的冷脆现象及韧脆转变温度129

二、转变温度测量方法129

三、剪切断面率的测定130

四、侧膨胀值的测定131

第六节 影响冲击性能测定的主要因素132

一、与材料有关的因素132

二、与样品取样和制备有关的因素132

三、与试验机有关的因素133

四、与试验过程有关的因素133

第七节 应变时效敏感性试验134

一、试验原理134

二、试样134

三、试验操作要点134

第八节 落锤试验135

一、试验原理135

二、试样136

三、试验装置136

四、试验操作要点137

五、落锤试验的应用138

思考题138

第七章 金属工艺性能试验139

第一节 金属弯曲试验139

一、试样140

二、试验设备142

三、试验程序143

四、试验报告144

第二节 金属杯突试验144

一、试样144

二、试验设备144

三、试验程序145

四、试验报告146

第三节 金属线材扭转试验146

一、试样146

二、试验设备147

三、试验程序147

四、试验报告148

第四节 金属顶锻试验149

一、试样149

二、试验设备149

三、试验程序149

四、试验报告149

第五节 金属反复弯曲试验150

一、试样150

二、试验设备150

三、试验程序151

四、试验报告152

第六节 金属线材缠绕试验152

一、试样152

二、试验设备152

三、试验程序152

四、试验报告152

第七节 金属管材工艺性能试验153

一、金属管扩口试验153

二、金属管弯曲试验154

三、金属管卷边试验154

四、金属管压扁试验155

思考题156

第八章 金属疲劳试验157

第一节 金属疲劳的基本概念157

一、金属疲劳和疲劳试验157

二、疲劳试验的分类157

三、疲劳破坏的特征158

第二节 循环载荷及循环应力159

第三节 高周疲劳试验160

一、S-N曲线和疲劳极限160

二、金属弯曲疲劳试验161

第四节 低周疲劳试验168

一、低周疲劳现象和特点168

二、循环应力—应变曲线170

三、应变—寿命曲线172

思考题173

第九章 金属断裂韧度试验174

第一节 断裂力学的基本概念174

一、线弹性断裂力学174

二、弹塑性断裂力学179

第二节 平面应变断裂韧度KIC测定183

一、概述183

二、平面应变断裂韧度KIC定义及测试要求183

三、试样制备184

四、KIC计算187

第三节 裂纹稳定扩展和非稳定扩展断裂韧度的测定188

一、术语和符号的定义188

二、断裂韧度δ的测定192

三、断裂韧度J值的测定196

四、阻力曲线δ-Δa，J-Δa和稳定裂纹扩展下的启裂韧度δ0．2BL， J0．2BL和Ji的测定197

五、R曲线图198

第四节 疲劳裂纹扩展速率da／dN的测定200

一、疲劳裂纹扩展的特点和规律200

二、试样的制备201

三、试验方法和试验结果的处理202

思考题205

第十章 金属高温力学性能试验206

第一节 高温力学性能试验的意义及用途206

第二节 高温蠕变试验206

一、蠕变现象与特征206

二、蠕变试验207

第三节 高温持久强度试验212

一、持久强度的定义和技术意义212

二、持久塑性和缺口敏感性212

三、持久强度试验方法213

四、试验数据的处理216

第四节 高温应力松弛试验219

一、应力松弛的现象和特征219

二、应力松弛试验方法220

三、数据处理与评定225

第五节 高温强度试验的温度控制与测量226

一、试验温度控制的要求226

二、温度控制系统226

思考题227

第十一章 紧固件力学性能试验228

第一节 紧固件基础知识228

一、螺纹和螺纹紧固件228

二、普通螺纹的基本牙型和基本参数228

三、普通螺纹标记228

四、紧固件冷镦成型工艺的特点229

五、螺栓螺母性能标记230

六、常用紧固件的力学性能231

七、螺栓力学性能的试验项目分类232

第二节 紧固件力学性能试验232

一、螺栓的力学性能试验232

二、螺母力学性能试验236

第三节 钢结构螺栓连接副力学性能试验237

一、概述237

二、钢结构用高强度大六角头螺栓连接副扭矩系数试验238

三、钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副预拉力（紧固轴力）复验239

四、高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移系数试验240

思考题242

第十二章 力学性能试验结果的测量不确定度评定243

第一节 测量不确定度的定义和分类244

一、测量不确定度的定义244

二、测量不确定度的分类244

第二节 测量不确定度的评定方法和步骤254

一、测量不确定度的评定方法254

二、测量不确定度的评定步骤255

第三节 测量结果与不确定度的有效位数及报告的表示256

一、测量结果与不确定度的有效位数256

二、测量不确定度的报告及表示257

第四节 测量不确定度评定在力学试验中的应用实例257

一、热轧带肋钢筋拉伸性能测量结果不确定度的评定257

二、金属材料维氏硬度试验结果测量不确定度的评定实例266

思考题273

附录 常用国内外力学及工艺性能试验标准目录274

参考文献284