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1 金属的静拉伸机械性能1

1.1 拉伸试验时的应力-应变关系1

1.1.1 应力及应变的计算公式1

1.1.2 应力及应变计算举例4

1.1.3 静拉伸机械性能指标8

1.1.4 静拉伸试验及结果处理13

1.2 金属变形的物理本质21

1.2.1 金属的弹性与粘弹性变形21

1.2.2 金属塑性变形的宏观理论26

1.2.3 金属塑性变形的位错理论29

1.3 金属的断裂与断口特征34

1.3.1 金属的断裂现象34

1.3.2 金属的断口特征37

1.4 习题及答案44

参考文献50

2 结构强度与强度设计52

2.1 承受拉伸载荷时的强度计算52

2.1.1 直杆受拉伸时的强度条件52

2.1.2 强度计算例题详解54

2.2 在复杂应力状态下的强度条件59

2.2.1 应力状态的概念59

2.2.2 强度理论68

2.3 压缩、弯曲及扭转机械性能75

2.3.1 压缩试验及其性能指标75

2.3.2 弯曲试验及其性能指标79

2.3.3 扭转机械性能指标及其在强度设计中的应用82

2.3.4 金属的硬度85

2.4.1 强度设计中的材料强度问题89

2.4 材料强度与结构强度的关系89

2.4.2 按机械性能确定结构强度时应注意的问题92

2.5 习题及答案95

参考文献100

3 弹性理论在材料科学中的应用101

3.1 弹性理论求解问题的思路与基本方程101

3.1.1 求解弹性理论问题的基本思路及其方程推导101

3.1.2 弹性理论求解平面问题的基本方程及其求解举例107

3.2 位错的弹性性质114

3.2.1 位错的应力场114

3.2.2 位错的能量120

3.2.3 位错间的弹性交互作用力124

3.3.1 应力集中126

3.3 工程构件中的弹性应力126

3.3.2 残余应力132

3.3.3 接触应力142

3.4 习题及答案149

参考文献157

4 强化与断裂的微观理论159

4.1 强化机理159

4.1.1 形变强化159

4.1.2 固溶强化166

4.1.3 析出强化172

4.1.4 界面强化176

4.1.5 相变强化与综合强化182

4.2 断裂的微观机理186

4.2.1 位错塞积形成裂纹187

4.2.2 位错反应形成裂纹189

4.2.3 渗碳体开裂形成裂纹191

4.3 习题及答案193

参考文献198

5 金属的断裂韧性199

5.1 线弹性断裂力学201

5.1.1 应力强度因子201

5.1.2 断裂判据及其应用221

5.2 弹塑性断裂力学233

5.2.1 COD判据233

5.2.2 J积分判据242

5.3 断裂韧度的测试及其影响因素245

5.3.1 断裂韧度测试原理245

5.3.2 试样制备248

5.3.3 影响断裂韧度的因素258

5.4 习题及答案259

参考文献268

6 金属的冲击性能和钢的冷脆270

6.1 冲击加载与冲击试验270

6.1.1 冲击加载速度与变形速度270

6.1.2 冲击试验278

6.2 钢的冷脆断裂281

6.2.1 发生冷脆的条件281

6.2.2 冷脆转变温度的评定方法284

6.2.3 影响冷脆转变的因素287

6.2.4 金属夏比低温冲击试验288

6.3.1 多次冲击试验295

6.3.2 多次冲击试验方法295

6.3 多次冲击抗力295

6.3.3 多冲抗力的变化规律296

6.4 习题297

参考文献298

7 金属的疲劳断裂300

7.1 金属疲劳断裂的一般规律300

7.1.1 交变应力的概念300

7.1.2 疲劳曲线与疲劳极限301

7.1.3 疲劳宏观断口特征307

7.1.4 疲劳缺口敏感度311

7.2 疲劳裂纹形成与扩展机理313

7.2.1 疲劳裂纹形成机理313

7.2.2 疲劳裂纹扩展机制323

7.3.1 疲劳强度设计328

7.3 疲劳强度设计与疲劳剩余寿命估算328

7.3.2 疲劳裂纹扩展速率与剩余寿命估算336

7.4 特殊服役条件下的疲劳问题344

7.4.1 低周疲劳与热疲劳344

7.4.2 腐蚀疲劳347

7.4.3 接触疲劳349

7.5 习题及答案350

参考文献356

8 静载延迟断裂358

8.1 应力腐蚀开裂358

8.1.1 应力腐蚀开裂机理358

8.1.2 断裂力学在应力腐蚀中的应用363

8.1.3 钢的应力腐蚀365

8.2 氢脆367

8.2.1 氢脆类型及其特征367

8.2.2 氢脆机理373

8.2.3 氢脆与应力腐蚀的区别375

8.3 蠕变断裂及高温强度设计376

8.3.1 蠕变及蠕变断裂机理377

8.3.2 蠕变抗力及蠕变强度设计378

8.3.3 影响材料高温性能的因素384

8.4 习题385

参考文献387

9 失效分析概述388

9.1 机械构件失效的分类388

9.1.1 从质量管理和可靠性工程的角度对失效进行分类388

9.1.2 从经济法观点对失效进行分类390

9.1.3 从失效分析技术观点对失效进行分类390

9.1.4 按失效模式和失效机理分类391

9.1.5 按失效构件或组件的类型分类393

9.2 失效分析的思路394

9.2.1 按失效模式的分析思路395

9.2.2 按分析检验项目进行失效分析的思路396

9.2.3 按失效原因的分析思路——系统工程学的分析思路397

9.2.4 失效分析思路举例400

9.3 失效分析的步骤405

9.3.1 接受任务，明确目的和要求405

9.3.2 现场调查研究和收集资料406

9.3.3 确定和分析失效模式407

9.3.4 模拟试验409

9.3.5 综合分析及结论409

9.3.6 失效分析步骤举例409

9.4 失效分析技术及测试设备410

9.4.2 机械性能的测试及分析411

9.4.1 化学成分分析411

9.4.3 组织观察及结构分析412

9.4.4 缺陷检验及分析413

9.4.5 断口分析414

9.4.6 失效分析技术应用举例415

9.5 习题422

参考文献423

10 机械构件加工中的常见缺陷及失效分析425

10.1 铸件的缺陷及分析425

10.1.1 液态金属的凝固过程425

10.1.2 凝固组织和收缩量与缩孔的关系426

10.1.3 凝固组织与偏析的关系428

10.1.4 铸件中常见缺陷及其对铸件失效的影响428

10.1.5 铸件缺陷及失效分析举例430

10.2.1 锻件中常见缺陷及失效437

10.2 锻件和冷成形件中常见缺陷及失效分析437

10.2.2 冷成形件中常见缺陷及失效445

10.2.3 锻件及冷成形件失效分析举例445

10.3 热处理件的常见缺陷及失效分析460

10.3.1 金属热处理分类460

10.3.2 钢的常用热处理工艺461

10.3.3 热处理件常见缺陷及失效分析465

10.3.4 热处理件常见缺陷及失效分析举例467

10.4 焊接件的常见缺陷及失效分析470

10.4.1 焊接的分类470

10.4.2 焊接接头的金属组织及性能471

10.4.3 焊接件常见缺陷及失效分析举例473

10.5 习题482

参考文献483

11 零件表面损伤失效分析484

11.1 磨损失效484

11.1.1 粘着磨损484

11.1.2 磨料磨损485

11.1.3 液体冲蚀磨损485

11.1.4 腐蚀磨损486

11.1.5 影响材料耐磨性的因素488

11.1.6 润滑对磨损的影响489

11.1.7 磨损失效分析举例489

11.2 接触疲劳失效497

11.2.1 接触疲劳的类型和失效特征497

11.2.2 接触疲劳损坏过程498

11.2.3 影响零件接触疲劳寿命的因素500

11.2.4 接触疲劳失效分析举例501

11.3 腐蚀失效508

11.3.1 化学腐蚀引起的构件失效509

11.3.2 电化学腐蚀引起的构件失效509

11.3.3 应力腐蚀失效512

11.3.4 腐蚀失效分析举例513

11.4 习题527

参考文献528

12 典型零构件的失效分析529

12.1 齿轮的失效分析529

12.1.1 齿轮的基本结构529

12.1.2 齿轮传动的分类及特点530

12.1.3 齿轮失效类型532

12.1.4 齿轮失效分析举例532

12.2.1 轴的结构特点543

12.2 轴件的失效分析543

12.2.2 轴的强度计算544

12.2.3 轴件的失效类型及特性546

12.2.4 轴件失效分析举例548

12.3 弹簧的失效分析552

12.3.1 弹簧的类型及特性552

12.3.2 弹簧设计的基本概念554

12.3.3 弹簧的失效类型及失效原因556

12.3.4 弹簧失效分析举例556

12.4 压力容器的失效分析560

12.4.1 压力容器的种类及应力计算560

12.4.2 压力容器的失效类型及特征562

12.4.3 压力容器失效分析举例564

12.5.1 螺栓组联接的结构设计573

12.5 紧固件的失效分析573

12.5.2 螺栓联接的拧紧力计算574

12.5.3 螺纹紧固件的强度级别及螺栓螺母组合574

12.5.4 紧固件受力状态及失效原因576

12.5.5 紧固件失效分析举例577

12.6 习题584

参考文献588

附录A 国际单位制589

附录B 金属机械性能常用单位换算表592

附录C 常用钢种机械性能594

附录D 几种材料的平面应变断裂韧性KIc596

附录E 低温下使用的典型金属材料597

附录F 某些工程材料的疲劳门槛值ΔKth599

附录G 常用合金钢的平均线膨胀系数600