绪论 1
1 材料的常规力学性能 10
1.1 单向静拉伸试验及性能 10
1.1.1 单向静拉伸试验 10
1.1.2 拉伸曲线 11
1.1.3 单向静拉伸基本力学性能指标 14
1.2 其他静载下的力学试验及性能 19
1.2.1 应力状态软性系数 19
1.2.2 压缩 20
1.2.3 弯曲 22
1.2.4 扭转 23
1.2.5 剪切 25
1.2.6 几种静载试验方法的比较 25
1.3 缺口效应 26
1.3.1 缺口处应力分布及缺口效应 26
1.3.2 缺口敏感度 28
1.4 硬度 29
1.4.1 布氏硬度 29
1.4.2 洛氏硬度 32
1.4.3 维氏硬度 33
1.4.4 其他硬度 34
1.4.5 常用材料的硬度 35
1.4.6 纳米硬度 36
1.5 冲击韧度 37
1.5.1 夏比缺口冲击试验 37
1.5.2 冲击韧度和冲击功的适用性 38
1.5.3 冲击试验的应用 38
1.6 强度的统计学分析 39
本章小结 41
名词及术语 42
思考题及习题 43
2 材料的变形 46
2.1 弹性变形 46
2.1.1 弹性变形的宏观描述 46
2.1.2 弹性变形的微观本质 48
2.1.3 弹性模量影响因素 50
2.1.4 橡胶弹性 56
2.1.5 非理想弹性变形 57
2.2 黏弹性变形 61
2.2.1 黏弹性行为 61
2.2.2 力学松弛 62
2.2.3 黏弹性变形的唯象描述 64
2.2.4 时温等效原理 68
2.3 塑性变形 69
2.3.1 塑性变形的一般特点 69
2.3.2 塑性变形机理 69
2.3.3 屈服 80
2.3.4 应变硬化 85
2.3.5 颈缩 87
2.4 先进材料的力学性能 89
2.4.1 金属玻璃 89
2.4.2 多孔材料 91
2.4.3 纳米结构材料 94
本章小结 96
名词及术语 97
思考题及习题 97
3 材料的断裂 100
3.1 断裂概述 100
3.1.1 断裂类型 100
3.1.2 断裂强度 101
3.1.3 宏观断口 104
3.1.4 断裂机制图 105
3.2 断裂过程及机制 107
3.2.1 解理断裂 108
3.2.2 微孔聚集断裂 113
3.2.3 沿晶断裂 116
3.2.4 韧－脆转变 116
3.3 非金属材料的断裂 120
3.3.1 陶瓷材料的断裂 120
3.3.2 高分子材料的断裂 125
3.4 断裂韧度 128
3.4.1 裂纹尖端应力强度因子 129
3.4.2 断裂韧度 131
3.4.3 裂纹尖端塑性区及有效裂纹修正 131
3.4.4 断裂韧度的测试 134
3.4.5 断裂韧度的工程应用 137
3.4.6 裂纹扩展能量释放率 140
3.5 材料的韧化 141
3.5.1 金属材料的韧化 141
3.5.2 陶瓷材料的韧化 143
3.6 弹塑性断裂力学简介 149
3.6.1 CTOD法 149
3.6.2 J积分 152
本章小结 156
名词及术语 157
思考题及习题 159
4 材料的疲劳 162
4.1 疲劳概述 162
4.1.1 变动应力 162
4.1.2 疲劳破坏特点 163
4.1.3 疲劳宏观断口 164
4.2 疲劳的宏观表征 165
4.2.1 疲劳曲线 165
4.2.2 疲劳极限 167
4.2.3 疲劳过载 172
4.2.4 疲劳缺口敏感度 174
4.2.5 低周疲劳 175
4.2.6 疲劳裂纹扩展速率 179
4.3 疲劳的微观过程 181
4.3.1 延性固体的循环变形 181
4.3.2 疲劳裂纹的萌生 182
4.3.3 疲劳裂纹的扩展 185
4.3.4 疲劳裂纹扩展的阻滞和瞬态过程 187
4.4 非金属材料的疲劳 190
4.4.1 陶瓷材料的疲劳 190
4.4.2 高分子材料的疲劳 192
4.5 特种条件下的疲劳 195
4.5.1 接触疲劳 195
4.5.2 冲击疲劳 197
4.5.3 微动疲劳 198
4.5.4 多轴疲劳 198
4.5.5 变幅疲劳 199
本章小结 201
名词及术语 202
思考题及习题 202
5 材料在不同工程环境下的力学性能 205
5.1 高温强度 205
5.1.1 概述 205
5.1.2 蠕变曲线 205
5.1.3 蠕变极限 207
5.1.4 持久强度及持久塑性 208
5.1.5 松弛稳定性 210
5.1.6 蠕变的微观过程 211
5.1.7 常见高温结构材料的蠕变性能 215
5.1.8 高温疲劳 219
5.2 高速加载下的力学性能 222
5.2.1 概述 222
5.2.2 高速载荷下的变形 226
5.2.3 高速载荷下的断裂 229
5.2.4 动态断裂韧度 232
5.2.5 高分子材料的冲击强度 232
5.3 环境诱发断裂 233
5.3.1 应力腐蚀断裂 234
5.3.2 氢致开裂 240
5.3.3 液体金属脆 244
5.4 材料的磨损性能 245
5.4.1 概述 245
5.4.2 磨损机理 248
5.4.3 磨损试验方法 253
5.4.4 非金属材料的磨损特性 256
5.5 材料在极端环境下的行为 258
5.5.1 超高温 258
5.5.2 超低温 260
5.5.3 超高压 262
5.5.4 超高真空 263
5.5.5 空间环境 263
5.5.6 辐照条件下材料的行为 265
本章小结 268
名词及术语 269
思考题及习题 270
6 材料的热学性能 272
6.1 热容 272
6.1.1 热容的定义 272
6.1.2 固体热容理论简介 273
6.1.3 金属及合金的热容 276
6.1.4 陶瓷材料的热容 277
6.1.5 聚合物材料的热容 278
6.1.6 相变对热容的影响 279
6.1.7 热容的测量 280
6.2 材料的热膨胀 281
6.2.1 热膨胀的表征及工程意义 281
6.2.2 热膨胀的物理本质 282
6.2.3 格留乃森定律及固体极限膨胀方程 284
6.2.4 影响热膨胀的因素 285
6.2.5 常用工程材料的热膨胀性能 289
6.2.6 热膨胀系数的测定 292
6.3 热传导 294
6.3.1 热传导的表征及工程意义 294
6.3.2 热传导的物理机制 295
6.3.3 魏德曼－弗朗兹定律 297
6.3.4 工程材料的热导率及其影响因素 298
6.3.5 热导率的测定 302
6.4 热电性 303
6.4.1 热电效应及本质 303
6.4.2 材料热电性能的表征 306
6.4.3 热电效应的应用 308
6.5 热分析方法及应用 310
6.5.1 热分析方法 310
6.5.2 热分析的应用 312
本章小结 315
名词及术语 315
思考题及习题 316
7 磁学性能 317
7.1 磁性基本概念及磁学量 317
7.1.1 磁场强度、磁感应强度和磁导率 317
7.1.2 磁矩和原子固有磁矩 318
7.1.3 磁化强度和磁化率 318
7.2 物质磁性的分类 319
7.3 抗磁性和顺磁性 320
7.3.1 抗磁性 320
7.3.2 顺磁性 321
7.3.3 自由电子的顺磁性和抗磁性 322
7.3.4 金属的抗磁性和顺磁性 324
7.4 铁磁性 325
7.4.1 铁磁性材料的特性——磁性曲线和磁滞回线 325
7.4.2 铁磁性的物理本质 327
7.5 磁各向异性和磁晶能 330
7.5.1 磁各向异性及其形成原因 330
7.5.2 磁各向异性常数 331
7.5.3 铁磁体的形状各向异性和退磁能 332
7.6 磁致伸缩和磁弹性能 333
7.7 磁畴结构 336
7.8 技术磁化微观机制 339
7.9 动态磁化 340
7.9.1 交流磁化过程与交流磁滞回线 340
7.9.2 复数磁导率 341
7.10 铁磁性的影响因素 342
7.10.1 温度的影响 343
7.10.2 应力的影响 343
7.10.3 加工硬化和晶粒细化的影响 344
7.10.4 磁场退火 344
7.10.5 合金成分和组织的影响 345
7.11 磁性的测量及磁性分析的应用 346
7.11.1 磁性的测量 346
7.11.2 磁性分析的应用 351
本章小结 353
名词及术语 354
思考题及习题 354
8 电学性能 356
8.1 导电性能 356
8.1.1 概述 356
8.1.2 金属的导电性 360
8.1.3 半导体的电学性能 365
8.1.4 超导电性 372
8.1.5 非金属材料的导电性 374
8.1.6 电阻的测量及在材料研究中的应用 378
8.2 介电性 382
8.2.1 介电性及电介质的极化 382
8.2.2 介质损耗 387
8.2.3 介电强度 392
8.3 铁电性 393
8.3.1 铁电性基本理念 393
8.3.2 铁电性的微观理论 394
8.3.3 铁电体的类型 396
8.4 压电性 397
8.4.1 压电效应 397
8.4.2 压电性表征 398
8.4.3 压电效应的应用 400
8.5 热释电性 400
8.5.1 热释电效应 400
8.5.2 热释电效应本质及表征 401
8.5.3 热释电效应的应用 402
本章小结 402
名词及术语 403
思考题及习题 403
9 光学性能 406
9.1 光的基本性质 406
9.1.1 光的波粒二象性 406
9.1.2 光与固体相互作用 408
9.2 光在固体中的传播特性 409
9.2.1 光的折射 409
9.2.2 光的反射 412
9.2.3 光的吸收 415
9.2.4 光的散射 418
9.2.5 光的透射 420
9.3 材料的光发射 422
9.3.1 光发射概述 422
9.3.2 冷光 426
9.3.3 激光 427
9.4 耦合光学效应 429
9.4.1 电光效应 429
9.4.2 磁光效应 430
9.4.3 光弹效应 432
9.4.4 声光效应 432
9.5 非线性光学效应 434
9.5.1 非线性光学效应概述 434
9.5.2 产生二阶非线性光学效应的条件 435
本章小结 436
名词及术语 437
思考题及习题 437
10 材料的耐环境性能 439
10.1 金属材料的腐蚀 439
10.1.1 腐蚀概论 439
10.1.2 金属的电化学腐蚀机理 443
10.1.3 常见的腐蚀形态 453
10.1.4 腐蚀环境 457
10.1.5 金属的耐蚀性能 462
10.2 高分子材料的老化 465
10.2.1 高分子材料老化类型 465
10.2.2 高分子材料防老化措施 471
10.2.3 高分子材料老化测试与评价 473
本章小结 477
名词及术语 478
思考题及习题 478
参考文献 480