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第1章 绪论1

1.1 材料结构概述1

1.1.1 原子的电子结构1

1.1.2 原子的结合方式和结合键2

1.1.3 各类材料的结合键特点5

1.2 材料力学性能概述6

1.3 研究内容6

参考文献8

第一编 金属材料9

第2章 纯金属的晶体结构9

2.1 晶体结构的一般知识10

2.1.1 晶体结构的一些重要概念10

2.1.2 晶体中晶面和晶向的表示方法14

2.2 纯金属的典型晶体结构17

参考文献18

第3章 晶体缺陷19

3.1 晶体缺陷概述19

3.2 晶体中的点缺陷19

3.2.1 点缺陷的基本类型19

3.2.2 点缺陷的形成能及热平衡浓度21

3.3 晶体中的位错22

3.3.1 位错概念的引入23

3.3.2 位错的基本类型及其几何特征24

3.3.3 位错的普遍定义和伯格斯矢量26

3.3.4 位错的应力场和应变能29

3.3.5 位错的线张力35

3.3.6 位错在外应力场中所受的力36

3.3.7 平行位错间的相互作用力38

3.3.8 位错与点缺陷间的相互作用40

3.3.9 位错的运动43

3.3.10 位错的增殖48

3.3.11 位错的塞积52

3.3.12 位错的交割54

3.3.13 位错反应56

3.3.14 实际晶体中的位错57

3.3.15 位错对力学性能的影响57

3.4 晶体中的面缺陷58

3.4.1 晶体表面58

3.4.2 晶界58

3.4.3 相界62

参考文献62

第4章 合金的相结构和显微组织64

4.1 合金概述64

4.2 合金的相结构64

4.2.1 固溶体65

4.2.2 金属间化合物(中间相)67

4.3 合金的显微组织和相图69

4.3.1 相图概述69

4.3.2 几种基本的二元合金相图72

4.3.3 根据相图推断合金的性能77

4.4 铁碳合金的显微组织和相图78

4.4.1 铁碳合金的平衡相图和显微组织78

4.4.2 钢的热处理原理85

参考文献96

第5章 金属材料常规力学性能97

5.1 金属单向拉伸力学性能97

5.1.1 金属单向拉伸应力-应变曲线97

5.1.2 金属单向拉伸的力学性能指标98

5.1.3 脆性材料的拉伸性能100

5.2 金属扭转性能101

5.2.1 等截面直圆柱试件在扭矩作用下的应力和应变101

5.2.2 扭矩-扭角图和金属扭转性能指标102

5.3 金属材料的抗弯强度103

5.3.1 弯曲试验103

5.3.2 脆性材料的抗弯强度104

5.4 金属单向压缩的力学性能104

5.4.1 塑性材料的应力-应变曲线及力学性能指标104

5.4.2 低塑性和脆性材料的应力-应变曲线和力学性能指标105

5.5 金属硬度106

5.5.1 布氏硬度(HB)106

5.5.2 洛氏硬度107

5.5.3 维氏硬度108

5.5.4 维氏显微硬度109

5.6 金属材料的冲击韧性109

参考文献110

第6章 金属的弹性和塑性111

6.1 金属弹性变形的物理基础111

6.1.1 广义虎克定律111

6.1.2 弹性变形的物理本质113

6.2 金属塑性变形的物理基础115

6.2.1 单晶体塑性变形机制116

6.2.2 多晶体塑性变形的特征123

6.3 金属的屈服124

6.3.1 屈服现象124

6.3.2 非均匀屈服124

6.3.3 均匀屈服127

6.3.4 连续屈服128

6.3.5 影响金属屈服强度的因素129

6.4 金属晶体的应变硬化(加工硬化)130

参考文献132

第7章 金属的断裂133

7.1 金属断裂的基本类型和断口形貌133

7.2 理论断裂强度和实际晶体的脆断强度136

7.2.1 理论断裂强度136

7.2.2 脆性断裂的Griffith理论和实际晶体的断裂强度137

7.2.3 Griffith裂纹的形核机制139

7.3 韧性(延性)断裂142

7.4 脆性-韧性转变和影响材料断裂形式的基本因素143

7.4.1 应力状态和应力状态柔度系数(软性系数)143

7.4.2 温度和加载速率对断裂行为的影响144

7.4.3 材料的微细观结构对断裂行为的影响145

7.5 断裂韧性和裂纹开裂的宏观准则146

7.5.1 三种基本断裂模型147

7.5.2 裂纹尖端附近的应力场和应力强度因子147

7.5.3 断裂韧性和裂纹失稳扩展判据150

参考文献152

第8章 金属疲劳153

8.1 疲劳特征153

8.2 金属疲劳的有关概念：循环应力和疲劳寿命154

8.3 金属疲劳性能155

8.3.1 应力疲劳性能155

8.3.2 应变疲劳(低周疲劳)性能158

8.4 疲劳裂纹的形成和扩展机制161

8.4.1 疲劳裂纹的形成161

8.4.2 疲劳裂纹的扩展(疲劳条纹、Paris定律和疲劳门槛值)163

8.4.3 疲劳裂纹的闭合166

8.5 累积损伤理论和疲劳寿命估算167

参考文献170

第9章 金属的高温力学性能和低温力学性能171

9.1 金属的高温力学性能171

9.1.1 金属的高温蠕变171

9.1.2 蠕变断裂和蠕变断裂机制174

9.2 金属的低温脆性176

参考文献177

第二篇 非金属材料178

第10章 高分子材料178

10.1 高聚物的结构和分子运动特点178

10.1.1 高分子链的结构179

10.1.2 高分子的聚集态结构183

10.1.3 高聚物分子运动的特点184

10.2 高聚物的力学状态和转变186

10.2.1 线型无定型高聚物的三种力学状态及二种转变186

10.2.2 结晶性高聚物的力学状态和转变187

10.2.3 交联高聚物的力学状态及转变188

10.2.4 高聚物的次级转变188

10.3 高聚物的力学性能188

10.3.1 高聚物力学性能概述189

10.3.2 高聚物的高弹性190

10.3.3 高聚物的粘弹性196

10.3.4 高聚物的屈服和塑性变形208

10.3.5 高聚物的银纹现象213

参考文献213

第11章 陶瓷材料215

11.1 陶瓷材料概述215

11.2 陶瓷材料的物质结构和显微组织215

11.2.1 陶瓷的晶体相216

11.2.2 陶瓷的玻璃相和气相219

11.3 陶瓷材料的力学性能220

11.3.1 陶瓷材料的弹性220

11.3.2 常温下陶瓷材料的塑性和脆性222

11.3.3 陶瓷材料的脆性断裂与强度224

11.3.4 陶瓷材料的脆性及其改善226

11.3.5 陶瓷材料的高温蠕变228

参考文献230

第12章 复合材料的力学性能231

12.1 复合材料概述231

12.1.1 复合材料的定义及分类231

12.1.2 复合材料的力学特点232

12.1.3 复合材料的增强材料和基体材料233

12.1.4 研究内容236

12.2 单向连续纤维增强复合材料的力学性能236

12.2.1 单向复合材料的弹性性能237

12.2.2 平面应力下单向复合材料的强度和破坏准则241

12.3 单向连续纤维增强复合材料力学性能的细观分析245

12.3.1 单向复合材料的应力和应变245

12.3.2 单向复合材料的工程常数246

12.3.3 单向复合材料的强度249

参考文献252

第三篇 新材料253

第13章 纳米材料253

13.1 纳米材料概述253

13.2 纳米结构材料的基本单元255

13.3 纳米微粒的基本物理效应256

13.4 纳米固体材料的微结构和力学性能258

13.4.1 纳米固体的分类及其基本构成258

13.4.2 纳米固体材料的力学性能260

13.5 纳米复合材料的结构与力学性能264

参考文献265

附录266