金属材料物理性能手册 第1册 金属物理性能及测试方法PDF电子书下载

第一篇 密度＆卢邦洪 何华春 1

第1章 金属的密度 1

1.基本概念与密度的理论计算 1

1.1 密度及与密度有关的物理量 1

1.2 密度的理论计算 1

2.密度与金属结构 2

2.1 密度与原子间结合力 2

2.2 密度与相变和化学键 4

3.影响密度的因素 6

3.1 合金组分的影响 6

3.2 工艺过程的影响 7

3.3 温度和热膨胀的影响 10

第2章 密度的测量方法 12

4.密度测量的基本知识 12

4.1 密度测量的意义 12

4.2 密度测量的基本原理 12

4.3 测量方法和评价 13

5.质量测定 15

5.1 测定质量的装置 15

5.2 影响质量测定的因素 16

6.流体静力学方法 18

6.1 天平称量法 18

6.2 弹簧秤法 20

6.3 扭力天平法 21

6.4 尼科尔森称法 21

6.5 宣读比重仪和固体比重天平法 21

6.6 利用两种液体的浮力差测量密度的方法 23

6.7 影响密度测量的因素 23

7.液相置换法 26

7.1 比重瓶法 26

7.2 勒夏特利埃重瓶法 27

7.3 排代法 28

8.与重液比较的方法 28

8.1 悬浮法 28

8.2 密度梯度管法 30

9.粉末及多孔材料密度的测量方法 31

9.1 测量粉末真密度的流体静力学方法 31

9.2 气体置换法 32

9.3 测量多孔材料体积密度的方法 33

9.4 松装密度测量方法 34

9.5 振实密度测量方法 34

10.射线法 35

10.1 X射线衍射法 35

10.2 放射性同位素法 36

11.直接形状法 37

11.1 直接测量体积法 37

11.2 静滴法 37

12.超声波法 38

12.1 阻抗法 38

12.2 测速法 39

附录 41

附录1 测量密度用纯水的制备方法 41

附录2 不同温度下纯水的密度 42

附录3 不同温度下几种工作液体的密度 43

附录4 20℃时某些工作液体的性质 43

附录5 干燥空气的密度 44

参考文献 45

第二篇 弹性与非弹性＆李昕 47

第1章 弹性的基本理论与影响因素 47

1.弹性及其表述方法 47

1.1 胡克定律 47

1.2 晶体的弹性 49

1.3 弹性的技术常数与晶体的弹性系数和弹性常数 50

2.弹性的基本理论 52

2.1 弹性与原子结合力 52

2.2 弹性与晶格固有振动 53

3.弹性与其它物理参量的关系 55

3.1 弹性与德拜温度的关系 55

3.2 弹性与点阵常数和熔点的关系 56

3.3 弹性与溶质原子浓度的关系 57

3.4 弹性与其它力学量的关系 58

4.影响弹性的因素 58

4.1 温度的影响 58

4.2 冷加工与择优取向的影响 59

4.3 磁场的影响 61

4.4 变形速度和弛豫过程的影响 63

第2章 静态测量方法 65

5.静态拉伸法 65

6.静态扭转法 66

7.静态弯曲法 66

7.1 理论基础 66

7.2 悬臂测量法 68

7.3 简支测量法 70

第3章 共振测量方法 73

8.弯曲共振法 73

8.1 理论基础 73

8.2 自由弯曲共振法 79

8.3 悬臂弯曲共振法 85

8.4 敲击测量法 89

9.纵向共振法 91

9.1 纵振测量基本原理 91

9.2 纵共振测量方法 94

10.扭转共振法 101

10.1 扭振测量基本原理 101

10.2 扭共振测量方法 107

11.共振判别方法 112

11.1 预算法 112

11.2 共振的判别与单自由度系统的受迫振动 113

11.3 幅度判别法 115

11.4 相位判别法 115

11.5 频率比判别法 116

11.6 虚假共振与共振法适用限度 117

第4章 弹性波速测量方法 118

12.固体中的应力波与弹性常数 118

12.1 介质纵波与横波 118

12.2 细杆的拉伸波与扭转波 120

12.3 杆中的弯曲波 121

12.4 板中的蓝姆波与表面波 121

12.5 波速与弹性常数 123

12.6 尺寸因素的影响与修正办法 124

13.波速测量方法 126

13.1 连续波法 126

13.2 脉冲回波法与相位比较法 128

13.3 调频技术的应用 131

13.4 表面波的测量与其应用 133

第5章 其它测量方法 136

14.泊松比测量法 136

15.衍射技术的应用 137

15.1 X射线衍射法 137

15.2 中子衍射法 137

16.激光技术的应用 137

第6章 非弹性基本理论与影响因素 139

17.金属中的非弹性现象 139

17.1 非弹性与理想弹性体 139

17.2 粘弹性与静滞后 140

18.金属中的内耗 142

18.1 内耗与非弹性 142

18.2 内耗的表述及有关量间的关系 142

18.3 内耗的形式理论 144

19.金属结构对内耗的影响 146

19.1 一些典型的内耗源 146

19.2 弛豫谱 149

第7章 金属的非弹性测量方法 150

20.应力弛豫测量法 150

21.弹性后效测量法 151

21.1 概述 151

21.2 弯曲后效测量法 151

22.超低频内耗测量法 153

22.1 测量原理 154

22.2 测量装置 155

23.音频内耗测量法 158

23.1 衰减法 158

23.2 幅比法 160

23.3 峰宽法 163

23.4 方法选择与结果讨论 166

24.超声频内耗测量法 167

25.内耗测量在扩散过程研究中的应用 168

25.1 间隙原子扩散系数的测定 168

25.2 扩散激活能的测定 169

25.3 间隙原子浓度变化的测定 169

附录 171

附录1 弯曲振动中均匀杆的固有频率与简正波形 171

附录2 弯曲振动中圆杆的尺寸因素、泊松比与修正系数 173

附录3 矩形杆弯曲共振弹性模量测定公式修正因子 173

附录4 圆形杆纵共振弹性模量测定公式修正系数 176

附录5 矩形杆扭共振测切变模量形状因子 176

附录6 圆形杆中拉伸波波速修正系数 179

附录7 单位换算表 180

参考文献 182

第三篇 热膨胀＆郭一玲 185

第1章 金属材料的热膨胀 186

1.热膨胀的基本理论 186

1.1 基本概念 186

1.2 热膨胀的定性解释 187

1.3 准谐振近似理论 188

1.4 格律乃森关系 190

1.5 热膨胀的各向异性 192

1.6 电子和磁性对热膨胀的贡献 195

2.热膨胀系数与其它性能的关系 197

2.1 热膨胀系数与热容量的关系 197

2.2 热膨胀系数与熔点的关系 197

2.3 热膨胀系数与德拜温度的关系 198

2.4 热膨胀系数与键能的关系 199

2.5 热膨胀系数与原子量、原子价、配位数等参数的关系 201

2.6 热膨胀与相变的关系 202

3.多相体和复合材料的热膨胀和应力 204

3.1 特诺（Turner）方程 204

3.2 诺（Kerner）方程 205

3.3 多层复合材料和多孔材料的热膨胀系数 206

3.4 热应力和热震性 206

4.合金成分对热膨胀的影响及其应用 207

4.1 合金成分对热膨胀的影响 207

4.2 膨胀合金——反常热膨胀行为的应用 208

第2章 热膨胀的测量方法 211

5.顶杆法 211

5.1 概述 211

5.2 千分表法 212

5.3 差动变压器法 213

5.4 可变变压器法 217

6.光杠杆法 219

6.1 史文纳尔膨胀仪 219

6.2 高灵敏光杠杆法 222

7.直接观测法 222

7.1 概述 222

7.2 测量装置 223

8.光干涉法 225

8.1 等厚干涉法 225

8.2 等倾干涉法 229

8.3 调频干涉法 230

8.4 偏振光干涉法 231

8.5 其它光干涉法 231

9.X光法 232

9.1 概述 232

9.2 粉末照像法 233

9.3 衍射仪法 234

10.电容法 235

10.1 两瑞电容法 235

10.2 三端电容法 237

11.其它方法 239

11.1 光栅法 239

11.2 机械杠杆法 241

11.3 热调幅法 241

11.4 超声微波法 243

11.5 密度测量法 243

11.6 电阻测量法 244

12.热膨胀的标准参考材料和标准试验方法 244

12.1 标准参考材料 244

12.2 标准试验方法 244

附录 247

附录1 室温以下金属元素的微分线膨胀系数 247

附录2 高温下金属元素的微分线膨胀系数 249

参考文献 251

第四篇 热容＆张佩璜 254

第1章 基础理论 254

1.热力学基本概念 254

1.1 热力学第一定律，热、功和内能的关系 254

1.2 热力学第二定律及熵的概念 255

1.3 焓、热容和比热容的基本含义 257

2.解释固体热容的基本理论 258

2.1 杜隆-珀替定律 258

2.2 爱因斯坦的热容理论 259

2.3 德拜的热容理论 260

2.4 科珀-奈曼（Kopp-Neumann）定律 262

3.影响金属热容的几种因素 262

3.1 温度的影响 262

3.2 成分及杂质的影响 263

3.3 相变的影响 264

3.4 加工状态的影响 265

第2章 测试方法及装置 267

4.滴落式量热计法 268

4.1 水卡计法 268

4.2 冰卡计法 268

4.3 铜卡计法 271

4.4 反向量热计法 277

5.绝热量热计法 278

5.1 撒克司法 278

5.2 斯密特法 280

5.3 连续测定自动绝热量热计法 280

5.4 高分辨率量热计法 284

5.5 示差扫描量热计法 286

6.他热式脉冲法 288

6.1 激光脉冲法的发展 288

6.2 激光脉冲加热-降温法 289

6.3 激光吸收板法 293

7.自热式脉冲法 295

7.1 一般脉冲法 295

7.2 计算机运控全自动高速脉冲法 296

参考文献 298

第五篇 热传导＆何冠虎 299

第1章 固体热传导的基础知识 299

1.研究导热系数的意义 299

2.导热基本定律 299

2.1 温度场和温度梯度 299

2.2 傅立叶定律 300

2.3 各向异性固体的导热 301

3.稳定导热的计算公式 302

3.1 平壁的导热 302

3.2 圆筒壁的导热 303

3.3 球壁的导热 304

4.不稳定导热及导温系数的物理意义 305

4.1 不稳定导热的特点 305

4.2 导热微分方程的建立 305

4.3 导温系数的物理意义 307

5.导热系数单位的换算 307

第2章 金属导热的基本理论和影响因素 308

6.金属导热物理机理概述 308

7.金属中的电子导热 309

7.1 自由电子费密气体的能级和能级密度 309

7.2 电子气的热容 310

7.3 金属导热系数与导电系数之比 311

7.4 金属的电子导热 312

8.金属中的晶格导热 315

8.1 晶格导热概说 315

8.2 声子对声子的散射 316

8.3 电子对声子的散射 316

8.4 缺陷对声子的散射 317

9.其他导热机制 317

10.影响金属导热的因素 319

10.1 金属原子结构对导热的影响 319

10.2 成分和结构对导热的影响 319

10.3 气孔率对导热的影响 323

10.4 温度对导热的影响 324

第3章 测量导热系数的稳态法 326

11.测量方法概述和分类 326

12.纵向热流法 326

12.1 纵向热流绝对法（低温部分） 327

12.2 纵向热流绝对法（高温部分） 330

12.3 纵向热流比较法（分割式棒状法） 332

13.福培斯（Fobes)法 333

13.1 概述 333

13.2 改进的福培斯法—荷根（Hogan）法 334

14.径向热流法 336

14.1 径向热流圆柱法 336

14.2 圆球法和椭球法 338

15.直接通电加热法 338

15.1 径向法 339

15.2 纵向法 340

15.3 细长棒近似法 342

15.4 矩形试样法 346

16.热比较仪法 349

17.标准参考材料 350

18.测试方法和测试数据的综合评价 352

第4章 测量导热系数的非稳态法 354

19.概述 354

20.棒状试样周期热流纵向法（Angstrom法） 354

20.1 基本原理 354

20.2 温度波速变法和振幅衰减法 356

20.3 改进的棒状试样周期热流纵向法 356

21.板状试样周期热流纵向法 358

21.1 基本原理 358

21.2 实验方法 359

22.闪光法（Flash method） 359

22.1 闪光法的测试原理和装置 360

22.2 闪光法测试误差分析和几种修正方法 362

22.3 导温系数与比热的同时测量 371

23.移动热源法 371

23.1 基本原理 371

23.2 实验过程 372

参考文献 374

第六篇 热辐射＆卫锦先 377

第1章 热辐射基础理论 377

1.辐射传热 377

1.1 研究热辐射的意义 377

1.2 定义和符号 377

2.基本定律 378

2.1 普朗克定律 378

2.2 斯蒂芬-波尔兹曼定律 379

2.3 基尔霍夫定律 382

2.4 兰贝特余弦定律 383

3.金属材料的热辐射特性及其与表面特征的关系 384

3.1 关于金属材料的热辐射特性 384

3.2 热辐射特性的表征 387

3.3 热辐射特性的相互关系 388

3.4 热辐射特性的理论模型 392

3.5 热辐射特性与金属表面特征的关系 396

第2章 热辐射特性的测试方法 399

4.基础技术 399

4.1 热辐射特性测试技术概述 399

4.2 热辐射特性测试方法的分类 399

5.卡计技术 400

5.1 稳态卡计法 400

5.2 非稳态卡计法 403

6.辐射计技术 405

6.1 分离黑体技术 406

6.2 试样构成黑体技术 408

7.反射计技术 409

7.1 热性反射计 409

7.2 积分球反射计 410

7.3 积分反射镜反射计 411

参考文献 414

第七篇 电阻＆尤清照 魏丽坤 418

第1章 金属的电阻 418

1.基本概念 418

1.1 金属材料的电导率及电阻率 418

1.2 各向异性金属晶体的电导率及电阻率 419

1.3 电阻温度系数及电阻温度常数 420

2.固体金属电导理论 421

2.1 经典自由电子理论 421

2.2 传导量子理论 424

3.金属与合金的电阻及其影响因素 427

3.1 温度对电阻的影响 427

3.2 合金化对电阻的影响 429

3.3 影响电阻的其它因素 431

第2章 电阻测量方法 433

4.直流测量方法 433

4.1 直接读数法（伏安法） 433

4.2 电桥法 433

4.3 电位差计法 437

4.4 数字仪表测量及其自动化 438

5.交流测量方法 439

5.1 交流电位差计法 439

5.2 交流电桥法 441

5.3 感应法 442

6.电子计算机在电阻测量中的应用 444

6.1 DJS-25型电子计算机及外部设备简单介绍 445

6.2 电阻测量及软件设计 445

第3章 电阻测量的应用 448

7.电阻测量方法在生产检验及科研工作中的应用 448

7.1 钨、钼丝产品检验 448

7.2 超导体的电阻 448

7.3 四探针电阻测量 449

8.电阻分析方法在金属材料研究中的应用 450

8.1 测定合金相图中的溶解度曲线 450

8.2 相变动力学的研究 451

8.3 研究合金有序-无序转变 451

8.4 不均匀固溶体的研究 452

参考文献 454

第八篇 热电势＆张孙元 455

第1章 基本概念 455

1.金属的热电现象 455

1.1 概述 455

1.2 三种热电效应 455

1.3 金属的热电势 457

2.影响金属材料热电性能的因素 462

2.1 压力对热电势的影响 462

2.2 磁场对热电势的影响 462

2.3 杂质对热电势的影响 464

2.4 热电势率随金属状态和相变的变化 465

2.5 其它因素的影响 466

第2章 热电势的测量方法 468

3.热电测量常用的仪器设备 468

3.1 测量仪器 468

3.2 常用热源 469

3.3 热电参考材料 469

3.4 其它辅助设备 470

4.热电势测量方法 471

4.1 定点法 472

4.2 比较法 474

4.3 微差法 475

5.热电势率测量方法 476

5.1 相对热电势率测量 476

5.2 珀耳帖系数的测量 478

5.3 汤姆逊系数的测量 480

5.4 绝对热电势率的测量 481

第3章 热电测量的应用 484

6.金属材料热电性能的研究 484

7.热电偶在温度测量中的应用 484

8.热电分析 486

8.1 成分分析 486

8.2 均匀性分析 487

8.3 相分析 488

8.4 其它转变 489

参考文献 490

第九篇 磁性＆周文生 491

第1章 磁性的基本概念 491

1.宏观物体电磁运动的基本规律 491

1.1 电磁基本关系与状态参数 491

1.2 热力学关系 492

2.离子或原子的磁性 493

2.1 电子和原子核的磁矩 493

2.2 离子或原子的磁矩 495

2.物质的磁性 500

3.1 物质磁性的分类 500

3.2 金属的抗磁性和顺磁性 501

第2章 金属的磁有序结构 506

4.磁有序结构的理论基础 506

4.1 分子场（平均场)理论 506

4.2 海森堡交换作用理论 510

4.3 能带理论 512

4.4 自旋波理论 516

4.5 RKKY相互作用理论 520

4.6 金属及合金中的磁转变 522

5.铁磁畴及磁化过程 525

5.1 磁晶各向异性 526

5.2 磁致伸缩 527

5.3 磁畴结构 529

5.4 静态磁化过程概述 531

5.5 磁导率 532

5.6 矫顽力 534

5.7 动态磁化过程 535

第3章 金属中的磁效应 537

6.磁共振 537

6.1 塞曼效应和磁头振 537

6.2 核磁共振 538

6.3 穆斯堡尔效应 539

6.4 铁磁共振 540

7.中子衍射 541

7.1 单个原子对中子的弹性散射 541

7.2 固体的中子弹性散射 542

7.3 中子的非弹性散射 543

8.磁-电、磁-热和磁光效应 543

8.1 磁-电效应 543

8.2 磁-热效应 545

8.3 磁光效应 547

第4章 磁场的产生和测量 549

9.磁场的产生 549

9.1 永久磁体 549

9.2 电流线圈 549

9.3 电磁铁 552

9.4 超导磁体 554

9.5 脉冲磁场 554

9.6 磁场的稳定 555

10.磁场的测量 557

10.1 磁通测量法 557

10.2 霍尔效应法和磁电阻效应法 560

10.3 核磁共振法 562

10.4 弱磁场的测量（Ⅰ)——磁通门磁强计和磁性薄膜磁强计 562

10.5 弱磁场的测量（Ⅱ)——光泵共振磁强计 566

第5章 静态磁性的测量 568

11.冲击法 568

11.1 闭磁路样品的测量 568

11.2 开磁路样品的测量 570

12.电子积分器法 572

12.1 光电积分放大器 572

12.2 电子积分放大器 573

12.3 数字积分器 575

13.振动样品磁强计 576

13.1 基本原理 576

13.2 探测线圈 577

13.3 测量装置 579

14.磁秤法 580

14.1 基本原理 580

14.2 梯度磁场的产生 581

14.3 磁秤的结构 582

15.超导量子干涉器件磁强计 585

15.1 约瑟夫逊效应和SQUID的基本原理 585

15.2 SQUID磁强计 587

15.3 仪器的校准 588

16.测量磁化强度的其他方法 589

16.1 电流线圈替代法 589

16.2 铁磁共振法 590

第6章 动态磁性的测量 592

17.动态磁性的自动测量 592

17.1 交流磁滞回线（B-H)的自动测量 592

17.2 交流磁化曲线（Bm-Hm)的自动测量 594

17.3 交流磁导率曲线（μm-Hm)的自动测量 594

17.4 交直流迭加磁化的测量 596

18.交流磁化损耗的测量 596

18.1 交流磁化损耗的分离 596

18.2 艾泼斯坦方圈和瓦特计法 597

18.3 时间分割乘法器 598

18.4 硅钢带损耗的连续自动测量 600

19.交流电桥 601

19.1 四臂电桥 601

19.2 变压器电桥 604

19.3 低场交流磁化率的测量 604

第7章 本征磁性的测量 607

20.磁晶各向异性常数的测量 607

20.1 转矩磁强计 607

20.2 转动样品磁强计 611

20.3 根据磁化曲线测定磁晶各向异性常数 613

21.磁致伸缩系数的测量 615

21.1 张力计法 615

21.2 光干涉法 616

21.3 根据趋近饱和定律测定多晶样品的磁致伸缩系数 617

22.居里温度的测量 618

第8章 磁结构的研究 621

23.磁畴的观测 621

23.1 胶液技术 621

23.2 磁光效应 623

23.3 电子显微镜法 624

24.中子衍射技术 625

24.1 中子衍射谱仪 625

24.2 中子衍射在磁结构研究中的应用 627

25.核磁共振技术 629

25.1 连续波核磁共振谱仪 629

25.2 脉冲核磁共振谱仪 629

26.穆斯堡尔效应的应用 632

26.1 穆斯堡尔谱仪 632

26.2 穆斯堡尔效应的应用 632

附录 635

附录表1 在国际单位制（SI)和高斯单位制（CGS)中电磁学量的单位 635

附录表2 重要的物理常数 636

参考文献 637

第十篇 热分析技术与金属中的相变＆陈洪荪 641

第1章 热分析原理 641

1.热分析概说 641

1.1 热分析技术的发展概况 641

1.2 热分析的基本原理 643

1.3 热分析技术的应用范围 644

2.热分析曲线的类型 644

2.1 简单热分析曲线〔温度（T)-时间（τ)曲线〕 645

2.2 示差热分析曲线（I)〔温差（△T)-时间（τ)、温度（T)-时间（τ)联合曲线〕 645

2.3 示差热分析曲线（Ⅱ)〔温差（△T)-温度（T)曲线〕 645

2.4 升温速度曲线及速度倒数曲线（dT/aτ-τ及aτ/dT-τ曲线 646

2.5 温差导数曲线［d/dτ（△T)-τ曲线］ 646

2.6 示差扫描量热曲线〔补偿功率（△W)-时间（τ)曲线〕 647

3.相交温度测定 648

3.1 相变热分析曲线的基本形式 648

3.2 热分析曲线的钝化 648

3.3 热分析曲线特征点与相变特征温度之间的关系 649

4.相变热测量 650

4.1 热效应峰面积与相变热的关系 650

4.2 定量热分析方法 652

4.3 示差扫描量热法 653

第2章 金属相变的理论基础 654

5.相变热力学基础 654

5.1 相与元 654

5.2 热力学平衡状态及其判据 654

5.3 相变 655

5.4 状态图 655

5.5 金属的三态及固态的相结构 656

5.6 相变的热力学分类（相变时物理性质的变化） 657

6.相变动力学基础 658

6.1 晶核的形成 658

6.2 新相的长大 662

6.3 相变速度 663

7.金属和合金中的相变 664

7.1 固液转变 664

7.2 固相中的基本转变 666

7.3 非平衡转变 668

7.4 二阶转变 669

8.金属相变热分析曲线的典型形式 671

8.1 等温转变 671

8.2 连续转变 672

8.3 混合转变 672

8.4 不可逆转变 672

8.5 持续转变 672

第3章 热分析技术 674

9.热分析装置 674

9.1 探测部分 674

9.2 变温部分 678

9.3 记录部分 682

10.示差扫描量热计 683

11.影响热分析记录的因素 684

11.1 试样的性质 685

11.2 试样量 686

11.3 试样的形态 687

11.4 参考样品的性质 688

11.5 样品支持器 689

11.6 升（降)温速度 690

11.7 热偶的测量位置 691

12.热分析仪器介绍 692

12.1 塞莫夫列克斯（Thermoflex)系列台式热分析仪 693

12.2 DT-2B系列热分析仪 694

12.3 DSC-2C型示差扫描量热计 695

12.4 990组合式热分析仪 695

12.5 M5型微量差热分析仪 696

12.6 OD-102型导数记录仪（Derivatograph） 696

12.7 DTA2000差热分析装置 696

12.8 LCP-1型差热膨胀仪 698

12.9 CDR-1型差动热分析仪 699

参考文献 700