　　本书主要介绍工程材料在各种载荷作用及服役条件下的力学性能。全书共11章，有关金属材料力学性能的内容分设8章，是全书的基础；聚合物材料力学性能、陶瓷材料力学性能、复合材料力学性能各立1章。书中分别阐述了工程材料在静载荷、冲击载荷和交变载荷及兼有环境介质作用下的力学性能，以及抗断裂、耐磨损等性能。全书努力做到：宏观规律与微观机理相结合，以阐述宏观规律为主；加强力学性能指标物理意义与工程应用的介绍，促进理论联系实际。
　　本书可作为高等工科院校材料科学与工程类专业本科生教材，也可供有关专业的大学生及工程技术人员参考。

第3版前言
第2版前言
第1版前言
本书主要符号
第一章金属在单向静拉伸载荷下的
力学性能
第一节拉伸力�采斐ぃㄑ由欤┣�线和
应力�灿Ρ淝�线
第二节弹性变形
一、弹性变形及其实质
二、胡克定律
三、弹性模量
四、弹性比功
五、滞弹性
六、包申格(Bauschinger)效应
第三节塑性变形
一、塑性变形方式及特点
二、屈服现象和屈服强度
三、影响屈服强度的因素
四、应变硬化(形变强化)
五、缩颈现象和抗拉强度
六、塑性
七、屈强比
八、静力韧度（强塑积）
第四节金属的断裂
一、断裂的类型
二、解理断裂
三、微孔聚集断裂
四、断裂强度
五、断裂理论的意义
思考题与习题
第二章金属在其他静载荷下的力学
性能
第一节应力状态软性系数
第二节压缩
一、压缩试验的特点
二、压缩试验
第三节弯曲
一、弯曲试验的特点
二、弯曲试验
第四节扭转
一、扭转试验的特点
二、扭转试验
第五节缺口试样静载荷试验
一、缺口效应
二、缺口试样静拉伸试验
三、缺口试样静弯曲试验
第六节硬度
一、金属硬度的意义及硬度试验
的特点
二、硬度试验
思考题与习题
第三章金属在冲击载荷下的力学
性能
第一节冲击载荷下金属变形
和断裂的特点
第二节冲击弯曲和冲击韧性
第三节低温脆性
一、低温脆性现象
二、韧脆转变温度
三、落锤试验和断裂分析图
第四节影响韧脆转变温度的冶金
因素
一、晶体结构
二、化学成分
三、显微组织
思考题与习题
第四章金属的断裂韧度
第一节线弹性条件下的金属断裂
韧度
一、裂纹扩展的基本形式
二、应力场强度因子KⅠ及断裂
韧度KⅠC
三、裂纹扩展能量释放率GⅠ及
断裂韧度GⅠC
第二节断裂韧度KⅠC的测试
一、试样的形状、尺寸及制备
二、测试方法
三、试验结果的处理
第三节影响断裂韧度KⅠC的因素
一、断裂韧度KⅠC与常规力学
性能指标之间的关系
二、影响断裂韧度KⅠC的因素
第四节断裂韧度在金属材料中的
应用举例
一、高压容器承载能力的计算
二、高压壳体的热处理工艺选
择
三、高强度钢容器水爆断裂失效
分析
四、大型转轴断裂分析
五、评定钢铁材料的韧脆性
第五节弹塑性条件下金属断裂韧度的
基本概念
一、J积分及断裂韧度JⅠC
二、裂纹尖端张开位移及断裂
韧度δc
思考题与习题
第五章金属的疲劳
第一节金属疲劳现象及特点
一、变动载荷和循环应力
二、疲劳现象及特点
三、疲劳宏观断口特征
第二节疲劳曲线及基本疲劳力学
性能
一、疲劳曲线和对称循环疲劳
极限
二、疲劳图和不对称循环疲劳
极限
三、抗疲劳过载能力
四、疲劳缺口敏感度
第三节疲劳裂纹扩展速率及疲劳
门槛值
一、疲劳裂纹扩展曲线
二、疲劳裂纹扩展速率
三、疲劳裂纹扩展寿命的估算
第四节疲劳过程及机理
一、疲劳裂纹萌生过程及机理
二、疲劳裂纹扩展过程及机理
第五节影响疲劳强度的主要
因素
一、表面状态的影响
二、残余应力及表面强化的
影响
三、材料成分及组织的影响
第六节常见疲劳断裂
一、低周疲劳
二、缺口机件疲劳寿命估算
三、低周冲击疲劳
四、热疲劳
第七节疲劳短裂纹扩展简介
思考题与习题

工程材料力学性能

目录
第六章金属的应力腐蚀和氢
脆断裂
第一节应力腐蚀
一、应力腐蚀现象及其产生
条件
二、应力腐蚀断裂机理及断口
形貌特征
三、应力腐蚀抗力指标
四、防止应力腐蚀的措施
第二节氢脆
一、氢在金属中的存在形式
二、氢脆类型及其特征
三、钢的氢致延滞断裂机理
四、氢致延滞断裂与应力腐蚀的
关系
五、防止氢脆的措施
思考题与习题
第七章金属磨损和接触疲劳
第一节磨损概念
一、磨损
二、耐磨性
第二节磨损模型
一、黏着磨损
二、磨粒磨损
三、冲蚀磨损
四、腐蚀磨损
五、微动磨损
第三节磨损试验方法
第四节金属接触疲劳
一、接触疲劳现象与接触应力
二、接触疲劳破坏机理
三、接触疲劳试验方法
四、影响接触疲劳寿命的因素
思考题与习题
第八章金属高温力学性能
第一节金属的蠕变现象
第二节蠕变变形与蠕变断裂
机理
一、蠕变变形机理
二、蠕变断裂机理
第三节金属高温力学性能指标及其
影响因素
一、蠕变极限
二、持久强度极限
三、剩余应力
四、影响金属高温力学性能的主要
因素
思考题与习题
第九章聚合物材料的力学
性能
第一节聚合物材料的结构
一、高分子链的近程结构——
构型
二、高分子链的远程结构——
构象
三、聚合物聚集态结构——晶态、
非晶态及取向
第二节线型非晶态聚合物的
变形
一、非晶态聚合物在玻璃态下的
变形
二、非晶态聚合物在高弹态下的
变形
三、非晶态聚合物在黏流态下的
变形
第三节结晶态聚合物的变形
第四节聚合物的黏弹性
一、静态黏弹性——蠕变与应力
松弛
二、动态黏弹性——滞后和
内耗
第五节聚合物的强度与断裂
一、强度与硬度
二、银纹与断裂过程
三、韧性与增韧
四、摩擦与磨损
第六节聚合物的疲劳强度
思考题与习题
第十章陶瓷材料的力学性能
第一节陶瓷材料的结构
一、陶瓷材料的组成与结合键
二、陶瓷材料的显微结构
第二节陶瓷材料的变形与断裂
一、陶瓷材料的弹性变形
二、陶瓷材料的塑性变形
三、陶瓷材料的断裂
第三节陶瓷材料的强度
一、弯曲强度
二、拉伸强度
三、压缩强度
第四节陶瓷材料的硬度与
耐磨性
一、陶瓷材料的硬度
二、陶瓷材料的耐磨性
第五节陶瓷材料的断裂韧度与
增韧
一、陶瓷材料的断裂韧度
二、陶瓷材料的增韧
第六节陶瓷材料的疲劳
一、陶瓷材料的疲劳类型
二、陶瓷材料疲劳特性评价
第七节陶瓷材料的抗热震性
一、抗热震断裂
二、抗热震损伤
思考题与习题
第十一章复合材料的力学性能
第一节复合材料的定义和性能
特点
一、复合材料的定义和分类
二、复合材料的性能特点
第二节单向复合材料的力学
性能
一、单向复合材料的弹性性能
二、单向复合材料的强度
第三节短纤维复合材料的力学
性能
一、基体与纤维间的应力传递
二、短纤维复合材料的弹性
模量
三、短纤维复合材料的强度
第四节复合材料的断裂、冲击和
疲劳
一、复合材料的断裂
二、复合材料的韧性
三、复合材料的冲击性能
四、复合材料的疲劳性能
思考题与习题
附录
附录A与本书内容有关的材料
力学性能试验方法
标准及其适用范围
附录BΦ2值表
附录C表面裂纹修正因子
附录D金属材料室温拉伸试验方法
国家标准力学性能指标
名称和符号对照
附录E不同条件下的试验力（GB/T
231 1—2009《金属材料布
氏硬度试验第1部分：
试验方法》
参考文献

前言/序言

　　工程用材料一般指金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料，其中金属材料产量最大，应用最广，在制造业中占比最高。随着国家社会经济的持续发展，新材料不断出现，工程领域对材料品种和数量的需求快速增加，对材料力学性能的要求越来越高。在不同工程领域，产品服役条件不尽相同，对材料力学性能的要求也不一样。因此，在编写《工程材料力学性能》新版教材时，编者希望，既要介绍材料力学性能的基本理论、基本知识、基本规律和试验技术，还要从以传统机械工程产品作为联系实际的对象，扩大到兼顾交通运输工程、建筑工程等领域，进一步提高教材的实用性。
　　机件因疲劳破坏而造成的失效事件占总失效事件的80%左右，一些关键机件的疲劳破坏常和表面的微细裂纹扩展有关。因此，有必要简单介绍“疲劳短裂纹”扩展的内容。
　　金属材料力学性能试验方法的国家标准化建设步伐不断加速，已先后颁布实施了新的《金属材料室温拉伸试验方法》《金属材料布氏硬度试验方法》《金属材料洛氏硬度试验方法》《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》等。新标准已逐渐被企业广泛采用，并在专业学术期刊上的应用面也日益扩大，读者已逐渐熟悉。对此，教材应积极贯彻新标准，将有关新标准内容以适当方式吸收纳入教材中。编者以为，贯彻新标准要考虑教材的任务和整体性以及标准的特点，还要与有关学科及工程技术领域的科学著作、教材和手册中力学性能的名称和符号相衔接。为此，编者在第一、二章中，采用了两种应力符号：一是“R”，也表征材料在拉伸或压缩载荷作用下对变形的抗力（或强度）（下角附特征点符号）；二是“σ”，既是工程力学中的基本符号，又是全书后续各章中的应力或强度符号（下角附特征点符号）。
　　本书此次修订时，浙江大学李志章教授、江苏大学罗启富教授、大连交通大学戴雅康教授、南昌大学杨平生教授曾对有关章节进行了审阅，他们提出了一些有价值的意见，编者谨向几位老教授致以诚挚的谢意。
　　本次修订工作由束德林任主编，修订章节人员保持不变。陈九磅还负责了全书的插图、照片、名称符号、附录标准以及书稿的整理工作。
　　编者在本书修订中参考和引用了一些单位及作者的资料、研究成果、插图和图片，谨此致以谢意。
　　由于编者学术水平和条件所限，书中疏漏之处在所难免，敬希读者指正。
　　束德林于合肥本书体系是经多年实践逐步形成的，为了适应国家社会经济发展和高等学校本科教学改革的需要，编者对第1版中的部分内容进行了充实和更新，其中主要有：①新增高应变速率条件下的低周冲击疲劳，并将原“冲击疲劳”标题改为“低周冲击疲劳”，内含金属材料在低应变速率和高应变速率条件下的冲击疲劳行为；②重新编入用断裂韧度“评定钢铁材料的韧脆性”，增加“金属材料的冲蚀磨损”，聚合物和复合材料的韧性与增韧的有关内容，介绍聚合物材料的屈服和冷拉伸性能、摩擦学特性和磨损性能等，这些材料力学性能与使用性能、工艺性能相关的部分，进一步加强了理论与实际的联系；③简要介绍了非金属材料的一些力学性能试验方法和相应的力学性能指标，如聚合物和复合材料的冲击试验方法、冲击强度和断裂能等；④适应材料力学性能试验方法国家标准更新速度加快的要求，对书中涉及的力学性能试验方法及时进行了更新，如硬度试验等。但金属材料室温拉伸试验方法中，新旧标准指标、名称和符号差异颇大，目前在教材中将新标准介绍给读者，似乎尚不成熟。为了方便读者，编者采用了过渡方法，在书末附录部分列出了GB/T228—2002《金属材料室温拉伸试验方法》中力学性能指标名称和符号对照表，供读者查阅参考。
　　在此版教材成书过程中，我们得到了兄弟院校四位老教授的关心和支持。他们认真地审阅了有关章节的书稿，提出了不少有益的意见，对提高本书的质量做出了重要贡献。他们是：太原理工大学刘会亭教授（审第一、四、五章）；江苏大学罗启富教授（审第三、七、九、十章）；大连交通大学戴雅康教授(审第二、六、八、十一章)；南昌大学杨平生教授（审低周冲击疲劳）。编者谨向这几位老教授致以诚挚的谢意。
　　参加本书修订工作的有：合肥工业大学束德林(第一、二、四、五、六、八、九章)、陈九磅(第三、七、十章)、凤仪(第十一章)。陈九磅还负责了全书插图、照片、名称符号、附录标准以及书稿的整理工作。全书由束德林任主编。
　　作者在编写本书时曾参考和引用了一些单位及作者的资料、研究成果和图片，在此谨致谢意。
　　编者学术水平有限，时间又紧迫，书中错误之处，敬希读者不吝指正。
　　束德林于合肥本书是在原《金属力学性能》(第2版)教材基础上编写的。
　　编写的思路主要是：教材要为大学本科材料科学与工程类专业学生选材、变革冷热加工工艺、失效分析提供基础知识；篇幅不宜过大，但又要留有一定余地，以便读者自主选择；以金属材料力学性能知识为基础，作为介绍聚合物材料、陶瓷材料和复合材料力学性能的先导。金属材料力学性能的内容安排仍保留原来的体系，共设8章，但几乎每一章的内容都做了不同程度的压缩与调整：如第一章中解理断裂机理只保留了位错塞积与位错反应模型，微孔聚集断裂形核长大模型也做了简化处理；第四章关于弹塑性断裂力学只介绍了J积分与COD的基本概念，既压缩了篇幅，又突出了线弹性断裂力学的内容和基础地位；第五章中疲劳裂纹扩展过程仅叙述了塑性钝化模型；第七章磨损部分内容也做了删减和改写等。鉴于材料力学行为都与材料自身的结构有密切联系，本书将聚合物材料和陶瓷材料的力学性能分开立章，在简要叙述了它们的结构特点后再讨论其力学行为，可能有助于读者对这些材料力学性能的理解与掌握，也有利于对内容做适当充实。复合材料力学性能因材料结构的特殊性，且又涉及较多力学问题，本书只介绍了最基本的知识。
　　书中名词术语、力学性能指标及其符号和测定方法均按国家现行标准叙述和书写，但复合材料力学性能一章仍保留了复合材料科学的现有用法。
　　为了适应国家进一步改革开放的需要，书中附录还列出了有关国家部分材料力学性能试验标准编号和名称，供读者查阅参考。
　　参加1995年《金属力学性能》(第2版)教材编写工作的老师除束德林(第一、三、七章，原安徽工学院)外，尚有刘会亭(第四、五章，原太原工业大学)、戴雅康(第二、六、八章，原大连铁道学院)、罗启富(第九章，原江苏理工大学)，由浙江大学李志章教授主审。他们为金属力学性能教材建设做出了很大贡献，没有他们的参与和打下的基础，第2版和本书不可能问世。在此次重新编写过程中，罗启富教授对有关章节进行了审阅并提了宝贵意见；戴雅康教授除对有关章节提出修改建议外，还为国内外材料力学性能试验标准的收集与整理做了大量工作。编者在向他们表示深切谢意的同时，还向《金属力学性能》(第1版)教材主审天津大学陈敏熊教授、编写者山东工业大学孙希泰教授致以由衷的感谢。
　　参加本书编写工作的老师有：合肥工业大学束德林(第一、二、四、五、六、八、九、十章)、陈九磅(第三、七章)、凤仪(第十一章)。陈九磅老师还负责了全书插图、名词符号、附录标准的整理等工作。全书由束德林任主编。
　　作者在编写本书时曾参考和引用了一些单位及作者的资料、研究成果和图片，在此谨致谢意。
　　由于编者学术水平和客观条件所限，书中疏漏之处在所难免，敬希读者批评指正。
　　束德林于合肥

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