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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KIc 596

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ΔKth 599

附录G 常用合金钢的平均线膨胀系数 600