目录 1
绪论 1
第一章 高温短时拉伸试验 8
1.1 高温短时拉伸试验 8
1.1.1 拉伸曲线 8
1.1.2 试验设备及规范 11
1.1.3 试样 11
1.2 应力-应变曲线 12
1.2.1 条件应力-应变曲线 12
1.2.2 真实应力-应变曲线 14
1.2.3 修正的真实应力-应变曲线 16
1.3 拉伸性能指标及其测定 17
1.3.1 强度性能指标的测定 17
1.3.1.1 比例极限σp 17
1.3.1.2 弹性极限σe 19
1.3.1.3 屈服极限σs 19
1.3.1.4 条件屈服强度σ0.2 20
1.3.1.5 抗拉强度σb 21
1.3.1.6 断裂强度Sk 21
1.3.2 塑性指标及其测定 22
1.3.2.1 延伸率δ 22
1.3.2.2 断面收缩率ψ 23
1.3.3 刚性指标及其测定 25
1.3.3.1 弹性模量E 25
1.3.3.2 高温弹性模量测量法 25
1.3.4 塑性强化指标及其测定 27
1.3.4.1 强化系数D 27
1.3.4.2 强度、塑性、韧性与强化系数之间的关系 27
1.3.4.3 形变强化指数n 28
1.4 应力、应变与温度的关系 30
1.4.1 应力-温度曲线 30
1.4.2 应变-温度曲线 32
1.5.1 应变速度及加载时间的影响 33
1.5 影响试验结果的因素 33
1.5.2 应变速度对强度-温度曲线的影响 34
1.5.3 应变速度对材料塑性的影响 37
1.5.4 试验温度的影响 37
1.5.5 晶粒度的影响 38
1.5.6 位错密度的影响 38
1.6 试验结果的统计处理 39
1.7 高温快速拉伸试验 47
参考文献 47
第二章 高温硬度试验 48
2.1 试验方法 48
2.1.1 布氏硬度试验法 48
2.1.2 维氏硬度试验法 51
2.1.3 克努普（Knoop）硬度试验法 52
2.1.4 显微硬度试验法 53
2.2 金属高温硬度的一般规律 56
2.2.1 高温硬度与温度的关系 56
2.1.6 回跳法 56
2.1.5 相互压入法 56
2.2.2 高温硬度与保载时间的关系 59
2.3 影响高温硬度的若干因素 60
2.3.1 压头材料的影响 60
2.3.2 压头预热的影响 62
2.3.3 保载时间的影响 62
2.4 高温硬度的应用 62
2.4.1 用高温硬度估算物理性能 62
2.4.2 用高温硬度估算高温短时机械性能 63
2.4.3 用高温硬度估算高温持久强度 65
2.4.4 用高温硬度测定蠕变激活能 70
2.4.5 用高温硬度测定金属同素异晶转变 72
2.4.6 用高温硬度研究金属时效过程 73
2.4.6.1 研究时效动力学 73
2.4.6.2 测定应变时效敏感性 75
2.4.7.1 在热处理中的应用 76
2.4.7 高温硬度在热加工中的应用 76
2.4.7.2 确定工具钢最佳热处理规范及最佳工作温度 77
2.4.8 高温硬度在金属物理研究中的应用 80
2.4.8.1 研究位错的运动 80
2.4.8.2 测定滑移系统的变化 81
参考文献 83
第三章 蠕变及持久强度 84
3.1 蠕变及蠕变断裂现象 84
3.1.1 蠕变现象的研究 84
3.1.2 蠕变曲线 85
3.1.3 蠕变强度及持久强度 86
3.2 蠕变试验方法 87
3.2.1 蠕变试验规程 87
3.2.2 影响试验结果的因素 88
3.2.2.1 温度的影响 88
3.2.2.2 载荷的影响 90
3.2.2.3 试样受力偏心的影响 91
3.2.2.4 试样尺寸因素的影响 92
3.2.2.5 试样表面氧化的影响 95
3.3 蠕变的经验规律及试验结果的整理 96
3.3.1 蠕变曲线方程的分析 96
3.3.1.1 蠕变的时间律 97
3.3.1.2 蠕变的温度律 99
3.3.1.3 蠕变的应力律 101
3.3.2 稳态蠕变速度与应力之间的关系 101
3.3.3 稳态蠕变速度与温度之间的关系 103
3.3.4 蠕变试验数据的外推 103
3.4 蠕变的结构理论 103
3.5 持久强度试验方法 106
3.5.1 持久强度试验 106
3.5.2 影响试验结果的因素 107
3.5.2.1 温度的影响 107
3.5.3 蠕变及持久强度数据的统计分布规律 108
3.5.2.2 氧化的影响 108
3.6 持久强度试验数据的外推 111
3.6.1 外推方法的发展 111
3.6.2 持久强度数据的外推方法 113
3.6.2.1 解析法 113
3.6.2.2 图解法 120
3.6.3 持久强度外推中的计算方法 123
3.6.3.1 最小二乘法 123
3.6.3.2 回归分析法 124
3.6.3.3 站函数计算法 136
3.6.3.4 统计分布法 139
3.7 蠕变及蠕变断裂过程中金属性能的变化及影响因素 142
3.7.1 组织结构和物理性能的变化 142
3.7.2 组织因素和冶金因素对蠕变的影响 144
3.8 蠕变断裂机制 153
3.8.1 应力集中理论 153
3.8.2 空位聚集理论 154
参考文献 157
4.1 概述 159
4.2 材料在纯弯曲和纯扭转时的蠕变 159
4.2.1 高温纯弯曲蠕变试验 159
4.2.1.1 梁的应力分析 159
第四章 复杂应力下的蠕变和持久强度 159
4.2.1.2 梁的挠度 161
4.2.1.3 弯曲蠕变试验 162
4.2.2 纯扭转蠕变 163
4.3.1 基本假设 165
4.3 复杂应力下的蠕变速度方程 165
4.3.2 蠕变速度方程 167
4.3.3 试验验证 172
4.4 复杂应力状态下的持久强度 173
4.4.1 破坏的控制因素 173
4.4.1.1 Mises等效应力控制说 173
4.4.1.2 最大主应力控制说 174
4.4.1.3 其他控制说 174
4.4.2.1 小口径管内压持久爆破试验 176
4.4.2 复杂应力状态下的持久强度试验 176
4.4.2.2 确定任意应力状态下的持久强度 179
4.5 缺口试样的蠕变和持久强度试验 180
4.5.1 缺口部位的应力分布 181
4.5.2 缺口敏感性系数 181
4.5.3 影响缺口敏感性的因素 184
4.5.3.1 试验温度的影响 184
4.5.3.2 缺口形状及尺寸的影响 184
4.5.3.3 热处理工艺的影响 186
4.5.4 缺口持久强度试验 186
参考文献 187
第五章 高温应力松弛 188
5.1 应力松弛现象和松弛曲线 188
5.2 应力松弛理论 190
5.3 应力松弛试验方法 193
5.3.1 拉伸松弛试验 193
5.3.2 弯曲松弛试验 195
5.3.3 螺旋形弹簧松弛试验 199
5.4 各种因素对松弛标准的影响 201
5.4.1 重复加载的影响 201
5.4.2 试样尺寸与形状的影响 202
5.4.3 初应力的影响 206
5.5 应力松弛与蠕变的关系 207
5.6 应力松弛过程中金属的损伤 209
参考文献 211
5.7 试验数据的整理与外推 211
第六章 高温疲劳 213
6.1 高温疲劳的工程意义 213
6.2 高温疲劳试验 214
6.3 疲劳数据的整理 215
6.3.1 疲劳曲线的绘制及疲劳极限 215
6.3.2 旋转弯曲疲劳极限与拉压疲劳极限的关系 219
6.3.3 疲劳强度与抗拉强度的关系 221
6.4.1 试验温度的影响 222
6.4 影响高温疲劳性能的主要因素 222
6.4.2 频率的影响 223
6.4.3 应力集中的影响 225
6.4.4 平均应力的影响 227
6.4.5 表面状态的影响 228
6.4.6 气氛介质的影响 230
6.5 高温疲劳断裂 233
6.5.1 疲劳裂纹的萌生 233
6.5.2 疲劳裂纹的扩展 234
6.5.3 高温疲劳断口 236
参考文献 241
第七章 高温低周疲劳 242
7.1 高温低周疲劳研究的工程意义 242
7.2 高温低周疲劳的试验方法 243
7.2.1 试样 245
7.2.2 试验设备 246
7.3 高温低周疲劳寿命的估计方法 250
7.3.1 Coffin-Manson方法 251
7.3.2 通用斜率法 252
7.3.3 10％规则 253
7.3.4 应变范围划分法 255
7.3.4.1 应变范围的划分 255
7.3.4.2 应变范围与寿命的关系 256
7.3.4.3 寿命估计式 258
7.3.5 累积损伤法 259
7.4 影响高温低周疲劳寿命的因素 262
7.4.1 保持时间的影响 262
7.4.1.1 保时松弛 263
7.4.1.2 保时蠕变 264
7.4.1.3 混合型保时 264
7.4.2 频率的影响 265
7.4.3 缺口的影响 266
7.4.4 温度的影响 268
7.4.5 热处理的影响 268
7.4.6 环境的影响 270
参考文献 272
第八章 热疲劳 274
8.1 概述 274
8.2 典型的热疲劳损坏现象 274
8.3 热应力与热应变 277
8.4 应力-应变曲线 279
8.5 热疲劳试验方法 281
8.5.1 实物模拟的热疲劳试验（Full-Scale Trails） 281
8.5.2 自约束型热疲劳试验 281
8.5.3 外约束型热疲劳试验 282
8.5.4 有机械应变重叠的热疲劳试验 283
8.5.5 试验要点及结果整理 285
8.5.6 热疲劳与机械疲劳的区别 286
8.6 影响热疲劳强度的因素 288
8.6.1 温度的影响 288
8.6.2 温度循环与高温保持时间的影响 289
8.6.3 环境气氛的影响 291
8.6.4 试样或零件形状的影响 292
8.6.5 显微组织的影响 293
参考文献 296
第九章 高温断裂力学 297
9.1 引言 297
9.2 蠕变条件下的裂纹扩展 298
9.2.1 裂纹长度与时间的关系曲线 298
9.2.2 裂纹的开裂 300
9.2.3 裂纹的扩展速度 301
9.2.3.1 裂纹的扩展速度与应力强度因子K1的关系 301
9.2.3.2 裂纹的扩展速度与净截面应力σnet的关系 304
9.2.3.3 修正J积分C＊在蠕变裂纹扩展分析中的应用 306
9.2.3.4 等效应力在蠕变裂纹扩展分析中的应用 308
9.2.3.5 蠕变裂纹扩展速度与温度的关系 309
9.2.4 裂纹体的蠕变断裂 312
9.2.5 试样的型式及应力强度因子 314
9.2.6.1 显微组织的影响 323
9.2.6 影响蠕变裂纹扩展的因素 323
9.2.6.2 晶粒尺寸及晶界形态的影响 325
9.2.6.3 试样厚度及类型的影响 326
9.2.7 在蠕变条件下对裂纹长度的测量 327
9.2.7.1 电位法 328
9.2.7.2 电阻法 331
9.2.7.3 表面直读法 334
9.2.8 修正J积分C＊的测定及C＊-da/dt关系曲线的建立 334
9.2.9 净截面应力的计算 338
9.2.10 蠕变裂纹的扩展机制 340
9.3 高温疲劳条件下的裂纹扩展 343
9.3.1 高温疲劳裂纹亚临界扩展的控制参量 344
9.3.1.1 疲劳裂纹扩展速度da/dN与应力强度因子的幅度△K的关系 344
9.3.1.2 裂纹扩展速度da/dN与净截面应力幅度△σnet的关系 347
9.3.1.3 裂纹扩展速度da/dN与J积分幅度△J的关系 348
9.3.1.4 裂纹扩展速度da/dN与塑性应变幅度△εp及全应变幅度△ε的关系 351
9.3.2.1 平均应力或应力比的影响 352
9.3.2 影响高温疲劳裂纹扩展的因素 352
9.3.2.2 环境的影响 354
9.3.3 高温疲劳裂纹扩展的测试方法 355
9.3.3.1 柔度法 356
9.3.3.2 切口张开位移法 357
9.3.4 高温疲劳裂纹的扩展机制 360
9.4 周期加载条件下的裂纹扩展 362
9.4.1 周期加载条件下的裂纹扩展特性 362
9.4.2 在周期加载条件下裂纹扩展速度的控制参量 365
9.4.2.1 应力强度因子的应用 366
9.4.2.2 裂纹尖端张开位移的应用 367
9.4.2.3 修正J积分C＊的应用 367
9.4.3 周期加载条件下的裂纹扩展机制 368
附表9.1 应力强度因子常用单位换算表 368
附表9.2 一些镍基合金的化学成分 369
附表9.3 一些钢种的化学成分 370
附表9.4 一些铝合金的化学成分 370
参考文献 370