第一章 金属材料基础知识 1
第一节 金属学与热处理基础知识 1
一、金属与合金的晶体结构与结晶 1
二、金属热处理简介 5
第二节 结构材料对力学性能的要求 7
一、强度 7
二、塑性 8
三、硬度 8
四、韧性 8
五、成形性 8
第三节 金属材料的分类 8
一、黑色金属材料的分类 9
二、有色金属材料的分类 13
第四节 常用金属材料牌号的表示方法 13
一、钢铁产品牌号表示方法 13
二、铸钢牌号表示方法 15
三、铸铁牌号表示方法 15
四、铸造有色金属及其合金牌号表示方法 16
五、变形铝及铝合金牌号表示方法 16
思考题 17
第二章 力学性能试验取样基本知识 18
第一节 试样类型及取样原则 18
一、力学性能试验的试样类型 18
二、取样原则 18
三、样坯切取 19
四、试料状态 20
第二节 金属材料试样轴线 20
一、无缺口试样的标识 20
二、缺口（或预裂纹）试样的标识 22
第三节 钢材的取样位置 22
一、型钢 23
二、条钢 24
三、钢板 26
四、钢管 27
第四节 焊接接头的取样 28
一、焊接试板的制备 28
二、样坯的切取 28
思考题 31
第三章 金属材料的拉伸试验 32
第一节 拉伸过程中的物理现象及有关术语 32
一、应力及应变 32
二、拉伸时的物理现象 33
三、术语 35
第二节 金属拉伸试样 36
一、拉伸试样的分类 36
二、试样的形状及尺寸 37
三、加工要求 39
第三节 试验设备 40
一、拉力试验机 40
二、引伸计 40
三、高低温试验辅助装置 41
第四节 强度和塑性指标的测定 42
一、准备工作 42
二、强度指标测定 44
三、塑性指标测定 49
第五节 弹性模量及泊松比的测定 52
一、弹性模量的测定 52
二、泊松比的测定 54
三、性能的数据修约 55
第六节 应变硬化指数和塑性应变比的测定 55
一、应变硬化指数n值的测定 55
二、塑性应变比r值的测定 57
第七节 高、低温拉伸试验 59
一、高温拉伸试验 59
二、低温拉伸试验 61
第八节 试验结果的处理及数值修约 62
一、试验结果的处理 62
二、数值修约 63
三、拉伸试验的力学性能指标修约 64
第九节 影响拉伸试验结果的主要因素 65
一、试样形状、尺寸及表面粗糙度的影响 65
二、试样装夹的影响 65
三、试验速度的影响 65
第十节 拉伸的弹、塑性变形及断裂特征的应用 66
一、弹性及弹性变形 66
二、塑性及塑性变形 66
三、断裂 67
思考题 68
第四章 金属硬度试验 69
第一节 布氏硬度试验 69
一、试验原理 69
二、相似原理的应用 70
三、试样及试验设备 71
四、试验操作要点 72
五、试验结果处理 74
六、试验报告 74
七、应用范围及优缺点 74
第二节 洛氏硬度试验 74
一、试验原理 74
二、试样及试验设备 76
三、试验操作要点 78
四、试验结果处理 80
五、表面洛氏硬度 80
六、应用范围及优缺点 81
第三节 维氏硬度试验 81
一、试验原理 81
二、试样及试验设备 82
三、试验操作要点 84
四、试验结果处理 84
五、维氏硬度和布氏硬度的比较 85
六、应用范围及优缺点 86
第四节 肖氏硬度试验 86
一、试验原理 86
二、试样及硬度计 86
三、试验操作要点 87
四、试验结果处理 88
五、应用范围及优缺点 88
第五节 里氏硬度试验 88
一、试验原理 88
二、试验设备 89
三、试样 89
四、操作要点 90
五、试验结果处理 90
六、应用范围及优缺点 91
第六节 各种硬度及硬度与强度之间的换算 91
思考题 91
第五章 其他静载下金属力学性能试验 92
第一节 金属压缩试验 92
一、压缩试验的工程应用及特点 92
二、压缩试验时的力学分析 92
三、压缩试样 93
四、试验设备 94
五、压缩力学性能测定 95
六、压缩试验的破坏特征 98
第二节 金属弯曲试验 99
一、弯曲试验的工程应用及特点 99
二、弯曲试验的力学分析 99
三、弯曲试样 103
四、弯曲试验设备 103
五、脆性和低塑性材料的弯曲力学性能测定 103
第三节 金属扭转试验 107
一、扭转试验的工程意义和特点 107
二、金属材料扭转时的力学分析 107
三、扭转试样及试验设备 109
四、金属扭转力学性能指标的测定 110
五、扭转试样的断裂分析 112
六、全尺寸零部件实体扭转试验简介 113
第四节 金属剪切试验 113
一、剪切试验的工程应用及特点 113
二、金属剪切试验时的力学分析 114
三、剪切试样 115
四、试验设备 115
五、剪切性能测定 118
思考题 119
第六章 金属冲击试验 120
第一节 夏比摆锤冲击试验原理 120
第二节 夏比冲击试样与试验设备 121
一、试样 121
二、冲击试验机 123
三、温度控制系统 123
四、温度测量系统 124
第三节 常温冲击试验 124
一、试验前准备工作 124
二、试验操作要点 125
三、冲击试验结果处理及试验报告 126
第四节 高温和低温冲击试验 127
一、低温冲击试验 127
二、高温冲击试验 128
第五节 金属韧脆转变温度及低温系列冲击 129
一、金属的冷脆现象及韧脆转变温度 129
二、转变温度测量方法 129
三、剪切断面率的测定 130
四、侧膨胀值的测定 131
第六节 影响冲击性能测定的主要因素 132
一、与材料有关的因素 132
二、与样品取样和制备有关的因素 132
三、与试验机有关的因素 133
四、与试验过程有关的因素 133
第七节 应变时效敏感性试验 134
一、试验原理 134
二、试样 134
三、试验操作要点 134
第八节 落锤试验 135
一、试验原理 135
二、试样 136
三、试验装置 136
四、试验操作要点 137
五、落锤试验的应用 138
思考题 138
第七章 金属工艺性能试验 139
第一节 金属弯曲试验 139
一、试样 140
二、试验设备 142
三、试验程序 143
四、试验报告 144
第二节 金属杯突试验 144
一、试样 144
二、试验设备 144
三、试验程序 145
四、试验报告 146
第三节 金属线材扭转试验 146
一、试样 146
二、试验设备 147
三、试验程序 147
四、试验报告 148
第四节 金属顶锻试验 149
一、试样 149
二、试验设备 149
三、试验程序 149
四、试验报告 149
第五节 金属反复弯曲试验 150
一、试样 150
二、试验设备 150
三、试验程序 151
四、试验报告 152
第六节 金属线材缠绕试验 152
一、试样 152
二、试验设备 152
三、试验程序 152
四、试验报告 152
第七节 金属管材工艺性能试验 153
一、金属管扩口试验 153
二、金属管弯曲试验 154
三、金属管卷边试验 154
四、金属管压扁试验 155
思考题 156
第八章 金属疲劳试验 157
第一节 金属疲劳的基本概念 157
一、金属疲劳和疲劳试验 157
二、疲劳试验的分类 157
三、疲劳破坏的特征 158
第二节 循环载荷及循环应力 159
第三节 高周疲劳试验 160
一、S-N曲线和疲劳极限 160
二、金属弯曲疲劳试验 161
第四节 低周疲劳试验 168
一、低周疲劳现象和特点 168
二、循环应力—应变曲线 170
三、应变—寿命曲线 172
思考题 173
第九章 金属断裂韧度试验 174
第一节 断裂力学的基本概念 174
一、线弹性断裂力学 174
二、弹塑性断裂力学 179
第二节 平面应变断裂韧度KIC测定 183
一、概述 183
二、平面应变断裂韧度KIC定义及测试要求 183
三、试样制备 184
四、KIC计算 187
第三节 裂纹稳定扩展和非稳定扩展断裂韧度的测定 188
一、术语和符号的定义 188
二、断裂韧度δ的测定 192
三、断裂韧度J值的测定 196
四、阻力曲线δ-Δa，J-Δa和稳定裂纹扩展下的启裂韧度δ0．2BL， J0．2BL和Ji的测定 197
五、R曲线图 198
第四节 疲劳裂纹扩展速率da／dN的测定 200
一、疲劳裂纹扩展的特点和规律 200
二、试样的制备 201
三、试验方法和试验结果的处理 202
思考题 205
第十章 金属高温力学性能试验 206
第一节 高温力学性能试验的意义及用途 206
第二节 高温蠕变试验 206
一、蠕变现象与特征 206
二、蠕变试验 207
第三节 高温持久强度试验 212
一、持久强度的定义和技术意义 212
二、持久塑性和缺口敏感性 212
三、持久强度试验方法 213
四、试验数据的处理 216
第四节 高温应力松弛试验 219
一、应力松弛的现象和特征 219
二、应力松弛试验方法 220
三、数据处理与评定 225
第五节 高温强度试验的温度控制与测量 226
一、试验温度控制的要求 226
二、温度控制系统 226
思考题 227
第十一章 紧固件力学性能试验 228
第一节 紧固件基础知识 228
一、螺纹和螺纹紧固件 228
二、普通螺纹的基本牙型和基本参数 228
三、普通螺纹标记 228
四、紧固件冷镦成型工艺的特点 229
五、螺栓螺母性能标记 230
六、常用紧固件的力学性能 231
七、螺栓力学性能的试验项目分类 232
第二节 紧固件力学性能试验 232
一、螺栓的力学性能试验 232
二、螺母力学性能试验 236
第三节 钢结构螺栓连接副力学性能试验 237
一、概述 237
二、钢结构用高强度大六角头螺栓连接副扭矩系数试验 238
三、钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副预拉力（紧固轴力）复验 239
四、高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移系数试验 240
思考题 242
第十二章 力学性能试验结果的测量不确定度评定 243
第一节 测量不确定度的定义和分类 244
一、测量不确定度的定义 244
二、测量不确定度的分类 244
第二节 测量不确定度的评定方法和步骤 254
一、测量不确定度的评定方法 254
二、测量不确定度的评定步骤 255
第三节 测量结果与不确定度的有效位数及报告的表示 256
一、测量结果与不确定度的有效位数 256
二、测量不确定度的报告及表示 257
第四节 测量不确定度评定在力学试验中的应用实例 257
一、热轧带肋钢筋拉伸性能测量结果不确定度的评定 257
二、金属材料维氏硬度试验结果测量不确定度的评定实例 266
思考题 273
附录 常用国内外力学及工艺性能试验标准目录 274
参考文献 284