目錄
第0章 緒論 1
0.1 金屬材料發(fā)展歷史 1
0.1.1 金屬材料發(fā)展史的四個(gè)階段 1
0.1.2 我國(guó)材料科學(xué)家的典型貢獻(xiàn)與事跡 8
0.2 金屬材料微觀(guān)組織與力學(xué)性能的內(nèi)在聯(lián)系 9
0.2.1 強(qiáng)化機(jī)制對(duì)力學(xué)性能的影響 10
0.2.2 熱處理對(duì)力學(xué)性能的影響 11
0.3 金屬材料宏微觀(guān)力學(xué)行為的工程應(yīng)用 12
0.3.1 單晶葉片精密鑄造 12
0.3.2 鈦合金開(kāi)坯 13
0.3.3 增材制造微觀(guān)組織演變 15
第1章 金屬晶體學(xué)基礎(chǔ) 18
1.1 原子間的鍵合方式 18
1.1.1 共價(jià)鍵 18
1.1.2 金屬鍵 19
1.1.3 混合鍵 20
1.2 晶體與非晶體 20
1.3 空間點(diǎn)陣 21
1.3.1 空間點(diǎn)陣與晶胞 21
1.3.2 晶系和布拉菲點(diǎn)陣 23
1.3.3 空間點(diǎn)陣與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系 24
1.4 晶面指數(shù)與晶向指數(shù) 25
1.4.1 晶向指數(shù) 25
1.4.2 晶面指數(shù) 26
1.5 常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)及其幾何特征 28
1.5.1 純金屬晶體結(jié)構(gòu) 28
1.5.2 合金相晶體結(jié)構(gòu) 32
1.6 晶體中原子的堆垛方式 35
1.7 應(yīng)用案例分析 36
1.7.1 相變誘導(dǎo)塑性鋼 36
1.7.2 受晶體微結(jié)構(gòu)啟發(fā)的耐損傷結(jié)構(gòu)材料 37
1.7.3 LaNi5最大儲(chǔ)氫量的晶體結(jié)構(gòu)分析 37
第2章 金屬晶體的位錯(cuò)、滑移和孿生 39
2.1 位錯(cuò)理論 39
2.1.1 位錯(cuò)的發(fā)現(xiàn) 39
2.1.2 位錯(cuò)的定義與伯格斯矢量 40
2.2 滑移 42
2.2.1 滑移要素及滑移系 42
2.2.2 Schmid定律及應(yīng)用 43
2.2.3 滑移過(guò)程中晶體轉(zhuǎn)動(dòng) 45
2.3 孿生 47
2.3.1 孿生過(guò)程 47
2.3.2 孿生的晶體學(xué) 49
2.3.3 孿生時(shí)原子的運(yùn)動(dòng)和特點(diǎn) 50
2.4 滑移和孿生的比較 51
2.5 應(yīng)用分析案例 53
2.5.1 晶體塑性有限元方法 53
2.5.2 孿晶誘導(dǎo)塑性鋼的應(yīng)用 55
2.5.3 分子動(dòng)力學(xué)模擬 58
2.5.4 呂德斯帶現(xiàn)象 59
2.5.5 超強(qiáng)韌性結(jié)構(gòu)材料微觀(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 60
第3章 金屬塑性變形及其微觀(guān)組織演變 62
3.1 冷變形工藝及其特點(diǎn) 62
3.2 冷變形微觀(guān)組織及其演變機(jī)制 64
3.2.1 金屬塑性變形機(jī)理 64
3.2.2 冷變形的微觀(guān)組織特征 65
3.2.3 塑性變形過(guò)程中晶粒的分裂與碎化 69
3.2.4 冷塑性變形的微觀(guān)組織演變 70
3.3 熱變形工藝及其特點(diǎn) 71
3.4 熱變形微觀(guān)組織及其演變機(jī)制 73
3.4.1 熱塑性變形中的軟化過(guò)程 73
3.4.2 熱變形后的軟化過(guò)程 78
3.5 應(yīng)用分析案例 79
3.5.1 鋁合金室溫循環(huán)塑性變形的析出強(qiáng)化 79
3.5.2 利用晶界分層制備強(qiáng)韌組合的超強(qiáng)鋼 81
第4章 金屬?gòu)椝苄粤�學(xué)行為 83
4.1 張量概念和求和約定 83
4.2 彈性與塑性 85
4.2.1 金屬的彈性 86
4.2.2 金屬的內(nèi)耗 87
4.2.3 單晶體的塑性變形 87
4.2.4 多晶體的塑性變形 90
4.3 屈服曲面和屈服準(zhǔn)則 91
4.3.1 屈服曲面 91
4.3.2 屈服準(zhǔn)則 93
4.4 本構(gòu)方程 96
4.4.1 Johnson-Cook本構(gòu)方程 97
4.4.2 Hansel-Spittel本構(gòu)方程 97
4.4.3 Arrhenius本構(gòu)方程 98
第5章 金屬?gòu)椝苄粤�學(xué)應(yīng)用分析 99
5.1 金屬成形分析 99
5.1.1 用主應(yīng)力法求解平面應(yīng)變條件下的鐓粗 100
5.1.2 軸對(duì)稱(chēng)拉拔 104
5.1.3 板料沖壓的軸對(duì)稱(chēng)平衡方程 108
5.1.4 薄膜結(jié)構(gòu)的塑性屈服案例分析 110
5.2 金屬管件大變形吸能 115
5.2.1 圓管的折疊變形115
5.2.2 方管的折疊變形117
5.2.3 破損機(jī)構(gòu)的理想化 118
5.2.4 波紋夾芯圓柱殼的折疊變形 120
第6章 宏微觀(guān)斷裂行為 123
6.1 宏觀(guān)斷裂行為 123
6.1.1 理論抗拉強(qiáng)度 124
6.1.2 應(yīng)力集中 125
6.1.3 Grif.th斷裂準(zhǔn)則 126
6.1.4 塑性裂紋擴(kuò)展 129
6.1.5 線(xiàn)彈性斷裂力學(xué) 129
6.1.6 塑性區(qū)尺寸修正 134
6.1.7 其他斷裂韌性參數(shù) 135
6.2 微觀(guān)斷裂行為 138
6.2.1 裂紋形核 140
6.2.2 延性斷裂 140
6.2.3 脆性斷裂 145
6.2.4 斷口觀(guān)測(cè)與斷口分析 147
6.3 應(yīng)用案例分析 149
6.3.1 卡車(chē)轉(zhuǎn)向橫拉桿球頭銷(xiāo)斷裂分析 149
6.3.2 TC4鈦合金壓緊桿斷裂分析研究 152
6.3.3 42CrMo鋼軸箱端蓋疲勞斷裂原因 154
第7章 金屬材料微觀(guān)組織表征 155
7.1 金相分析 155
7.1.1 金相試樣的制備 155
7.1.2 金相顯微鏡 157
7.2 X射線(xiàn)衍射分析 159
7.2.1 X射線(xiàn)衍射方法簡(jiǎn)介 159
7.2.2 多晶物相分析 163
7.2.3 應(yīng)力測(cè)量與分析 167
7.3 電子顯微分析 170
7.3.1 掃描電子顯微鏡 170
7.3.2 透射電子顯微鏡 174
7.4 其他微觀(guān)組織表征方法 176
7.4.1 電子探針 X射線(xiàn)顯微分析儀 176
7.4.2 原子探針層析技術(shù) 179
第8章 金屬的疲勞與蠕變 181
8.1 金屬疲勞的概念、特征和機(jī)理分析 181
8.1.1 金屬疲勞的概念 181
8.1.2 金屬疲勞損傷的特征 181
8.1.3 疲勞損傷的機(jī)理 182
8.2 金屬疲勞的相關(guān)概念 187
8.2.1 變動(dòng)應(yīng)力 187
8.2.2 金屬疲勞曲線(xiàn) 188
8.2.3 低周疲勞 191
8.2.4 金屬材料疲勞極限與疲勞強(qiáng)度 194
8.3 影響金屬材料疲勞強(qiáng)度的因素 195
8.3.1 表面粗糙度對(duì)金屬材料疲勞強(qiáng)度的影響 195
8.3.2 尺寸效應(yīng)對(duì)金屬材料疲勞強(qiáng)度的影響 196
8.3.3 應(yīng)力集中對(duì)金屬材料疲勞強(qiáng)度的影響 197
8.4 金屬材料蠕變 199
8.4.1 蠕變曲線(xiàn) 199
8.4.2 蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度 200
8.5 應(yīng)用案例分析 201
8.5.1 激光選區(qū)熔化 17-4PH不銹鋼疲勞行為的影響 201
8.5.2 40Cr鋼超高周疲勞性能 204
8.5.3 金屬間化合物 TiAl(W,Si)合金的蠕變行為 206
第9章 金屬材料強(qiáng)化機(jī)制 208
9.1 細(xì)晶強(qiáng)化 208
9.1.1 細(xì)晶強(qiáng)化的基本概念 208
9.1.2 細(xì)晶強(qiáng)化的原理 209
9.1.3 細(xì)化金屬晶粒的方法 210
9.2 加工硬化 211
9.2.1 加工硬化的基本概念 211
9.2.2 加工硬化的原理211
9.2.3 加工硬化的意義 213
9.3 第二相顆粒強(qiáng)化 213
9.3.1 第二相強(qiáng)化的基本概念 213
9.3.2 第二相顆粒的分類(lèi)及原理 214
9.3.3 第二相顆粒尺寸控制 216
9.4 固溶強(qiáng)化 216
9.4.1 固溶強(qiáng)化的基本概念 216
9.4.2 固溶強(qiáng)化的效應(yīng) 217
9.4.3 固溶強(qiáng)化的原理 218
9.5 其他強(qiáng)化方法 220
9.5.1 相變強(qiáng)化 220
9.5.2 形變熱處理強(qiáng)化 220
9.5.3 界面強(qiáng)化 221
9.5.4 復(fù)合強(qiáng)化 222
9.6 應(yīng)用案例分析 223
9.6.1 晶粒細(xì)化誘導(dǎo)純鎂力學(xué)性能的大幅提升 223
9.6.2 激光沖擊強(qiáng)化誘導(dǎo)多種強(qiáng)化機(jī)制復(fù)合的材料性能提升 224
9.6.3 第二相顆粒強(qiáng)化在材料制造工藝中的應(yīng)用 225
第10章 金屬材料力學(xué)性能測(cè)試 228
10.1 材料力學(xué)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) 228
10.2 金屬材料力學(xué)試驗(yàn)的取樣 229
10.3 應(yīng)變的測(cè)量 230
10.3.1 宏觀(guān)應(yīng)變的測(cè)量 230
10.3.2 微觀(guān)應(yīng)變的測(cè)量 231
10.4 金屬材料的拉伸試驗(yàn) 231
10.4.1 試驗(yàn)原理和試驗(yàn)設(shè)備 231
10.4.2 金屬常溫拉伸試樣 232
10.4.3 金屬高溫拉伸試樣 233
10.4.4 拉伸試驗(yàn)結(jié)果處理 234
10.4.5 雙向拉伸試驗(yàn) 236
10.4.6 原位拉伸試驗(yàn) 237
10.5 金屬材料的壓縮試驗(yàn) 238
10.5.1 壓縮試驗(yàn)的基本特點(diǎn) 238
10.5.2 壓縮試驗(yàn)試樣 239
10.5.3 壓縮試驗(yàn)結(jié)果處理 240
10.6 金屬材料的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn) 240
10.6.1 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)試樣 241
10.6.2 扭轉(zhuǎn)應(yīng)變 241
10.6.3 剪切模量的測(cè)定 242
10.7 金屬材料的彎曲試驗(yàn) 242
10.7.1 彎曲試驗(yàn)的原理與裝置 242
10.7.2 彎曲試樣的形狀與尺寸 243
10.8 金屬材料的剪切試驗(yàn) 243
10.8.1 剪切試驗(yàn)的原理 243
10.8.2 剪切試驗(yàn)試樣 244
10.8.3 剪切試驗(yàn)設(shè)備 245
10.9 金屬硬度試驗(yàn) 245
10.9.1 布氏硬度 246
10.9.2 洛氏硬度 247
10.9.3 維氏硬度 248
10.9.4 肖氏硬度試驗(yàn) 249
10.10 金屬夏比沖擊試驗(yàn) 250
10.10.1 試驗(yàn)原理 250
10.10.2 沖擊試樣與設(shè)備 251
10.11 金屬材料蠕變?cè)囼?yàn) 251
10.11.1 試驗(yàn)原理 251
10.11.2 試樣形狀和尺寸 252
10.12 金屬疲勞試驗(yàn) 252
10.12.1 疲勞試驗(yàn)簡(jiǎn)述 252
10.12.2 疲勞試驗(yàn)要求 255
10.12.3 設(shè)計(jì)與結(jié)果處理 257
參考文獻(xiàn) 260