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)展史的四個階段 1
0.1.2 我國材料科學家的典型貢獻與事跡 8
0.2 金屬材料微觀組織與力學性能的內(nèi)在聯(lián)系 9
0.2.1 強化機制對力學性能的影響 10
0.2.2 熱處理對力學性能的影響 11
0.3 金屬材料宏微觀力學行為的工程應用 12
0.3.1 單晶葉片精密鑄造 12
0.3.2 鈦合金開坯 13
0.3.3 增材制造微觀組織演變 15
第1章 金屬晶體學基礎 18
1.1 原子間的鍵合方式 18
1.1.1 共價鍵 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 空間點陣 21
1.3.1 空間點陣與晶胞 21
1.3.2 晶系和布拉菲點陣 23
1.3.3 空間點陣與晶體結(jié)構(gòu)的關系 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 應用案例分析 36
1.7.1 相變誘導塑性鋼 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最大儲氫量的晶體結(jié)構(gòu)分析 37
第2章 金屬晶體的位錯、滑移和孿生 39
2.1 位錯理論 39
2.1.1 位錯的發(fā)現(xiàn) 39
2.1.2 位錯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定律及應用 43
2.2.3 滑移過程中晶體轉(zhuǎn)動 45
2.3 孿生 47
2.3.1 孿生過程 47
2.3.2 孿生的晶體學 49
2.3.3 孿生時原子的運動和特點 50
2.4 滑移和孿生的比較 51
2.5 應用分析案例 53
2.5.1 晶體塑性有限元方法 53
2.5.2 孿晶誘導塑性鋼的應用 55
2.5.3 分子動力學模擬 58
2.5.4 呂德斯帶現(xiàn)象 59
2.5.5 超強韌性結(jié)構(gòu)材料微觀結(jié)構(gòu)設計 60
第3章 金屬塑性變形及其微觀組織演變 62
3.1 冷變形工藝及其特點 62
3.2 冷變形微觀組織及其演變機制 64
3.2.1 金屬塑性變形機理 64
3.2.2 冷變形的微觀組織特征 65
3.2.3 塑性變形過程中晶粒的分裂與碎化 69
3.2.4 冷塑性變形的微觀組織演變 70
3.3 熱變形工藝及其特點 71
3.4 熱變形微觀組織及其演變機制 73
3.4.1 熱塑性變形中的軟化過程 73
3.4.2 熱變形后的軟化過程 78
3.5 應用分析案例 79
3.5.1 鋁合金室溫循環(huán)塑性變形的析出強化 79
3.5.2 利用晶界分層制備強韌組合的超強鋼 81
第4章 金屬彈塑性力學行為 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 屈服曲面和屈服準則 91
4.3.1 屈服曲面 91
4.3.2 屈服準則 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 金屬彈塑性力學應用分析 99
5.1 金屬成形分析 99
5.1.1 用主應力法求解平面應變條件下的鐓粗 100
5.1.2 軸對稱拉拔 104
5.1.3 板料沖壓的軸對稱平衡方程 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 宏微觀斷裂行為 123
6.1 宏觀斷裂行為 123
6.1.1 理論抗拉強度 124
6.1.2 應力集中 125
6.1.3 Grif.th斷裂準則 126
6.1.4 塑性裂紋擴展 129
6.1.5 線彈性斷裂力學 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 斷口觀測與斷口分析 147
6.3 應用案例分析 149
6.3.1 卡車轉(zhuǎn)向橫拉桿球頭銷斷裂分析 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射線衍射分析 159
7.2.1 X射線衍射方法簡介 159
7.2.2 多晶物相分析 163
7.2.3 應力測量與分析 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 其他微觀組織表征方法 176
7.4.1 電子探針 X射線顯微分析儀 176
7.4.2 原子探針層析技術 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 疲勞損傷的機理 182
8.2 金屬疲勞的相關概念 187
8.2.1 變動應力 187
8.2.2 金屬疲勞曲線 188
8.2.3 低周疲勞 191
8.2.4 金屬材料疲勞極限與疲勞強度 194
8.3 影響金屬材料疲勞強度的因素 195
8.3.1 表面粗糙度對金屬材料疲勞強度的影響 195
8.3.2 尺寸效應對金屬材料疲勞強度的影響 196
8.3.3 應力集中對金屬材料疲勞強度的影響 197
8.4 金屬材料蠕變 199
8.4.1 蠕變曲線 199
8.4.2 蠕變強度和持久強度 200
8.5 應用案例分析 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 金屬材料強化機制 208
9.1 細晶強化 208
9.1.1 細晶強化的基本概念 208
9.1.2 細晶強化的原理 209
9.1.3 細化金屬晶粒的方法 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 第二相顆粒強化 213
9.3.1 第二相強化的基本概念 213
9.3.2 第二相顆粒的分類及原理 214
9.3.3 第二相顆粒尺寸控制 216
9.4 固溶強化 216
9.4.1 固溶強化的基本概念 216
9.4.2 固溶強化的效應 217
9.4.3 固溶強化的原理 218
9.5 其他強化方法 220
9.5.1 相變強化 220
9.5.2 形變熱處理強化 220
9.5.3 界面強化 221
9.5.4 復合強化 222
9.6 應用案例分析 223
9.6.1 晶粒細化誘導純鎂力學性能的大幅提升 223
9.6.2 激光沖擊強化誘導多種強化機制復合的材料性能提升 224
9.6.3 第二相顆粒強化在材料制造工藝中的應用 225
第10章 金屬材料力學性能測試 228
10.1 材料力學性能測試標準 228
10.2 金屬材料力學試驗的取樣 229
10.3 應變的測量 230
10.3.1 宏觀應變的測量 230
10.3.2 微觀應變的測量 231
10.4 金屬材料的拉伸試驗 231
10.4.1 試驗原理和試驗設備 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 拉伸試驗結(jié)果處理 234
10.4.5 雙向拉伸試驗 236
10.4.6 原位拉伸試驗 237
10.5 金屬材料的壓縮試驗 238
10.5.1 壓縮試驗的基本特點 238
10.5.2 壓縮試驗試樣 239
10.5.3 壓縮試驗結(jié)果處理 240
10.6 金屬材料的扭轉(zhuǎn)試驗 240
10.6.1 扭轉(zhuǎn)試驗試樣 241
10.6.2 扭轉(zhuǎn)應變 241
10.6.3 剪切模量的測定 242
10.7 金屬材料的彎曲試驗 242
10.7.1 彎曲試驗的原理與裝置 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 243
10.8.1 剪切試驗的原理 243
10.8.2 剪切試驗試樣 244
10.8.3 剪切試驗設備 245
10.9 金屬硬度試驗 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 249
10.10 金屬夏比沖擊試驗 250
10.10.1 試驗原理 250
10.10.2 沖擊試樣與設備 251
10.11 金屬材料蠕變試驗 251
10.11.1 試驗原理 251
10.11.2 試樣形狀和尺寸 252
10.12 金屬疲勞試驗 252
10.12.1 疲勞試驗簡述 252
10.12.2 疲勞試驗要求 255
10.12.3 設計與結(jié)果處理 257
參考文獻 260