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第1章　金属材料力学性能相关知识1

1.1　金属材料力学性能与工程应用1

1.2　力学性能试验的试样制备1

1.2.1　力学性能试验的试样相关术语1

1.2.2　试料的状态2

1.2.3　试样类型2

1.2.4　样坯切取的原则和规定3

1.2.5　取样方法4

1.3　数值修约规则19

1.3.1　术语和定义19

1.3.2　数值修约规则19

1.3.3　极限数值的表示和判定21

1.4　试验数据的处理和误差分析24

1.4.1　误差的定义和分类24

1.4.2　直接测定量的误差表示法26

1.4.3　力学性能试验数据处理举例27

第2章　金属材料的拉伸性能31

2.1　拉伸性能相关知识31

2.1.1　拉伸性能及拉伸试验的定义31

2.1.2　拉伸试验常用术语31

2.2　拉伸试样的制备34

2.2.1　试样的一般要求34

2.2.2　厚度在0.1～＜3mm范围内的薄板和薄带使用的试样35

2.2.3　厚度≥3mm的板材和扁材及直径或厚度≥4mm的线材、棒材和型材使用的试样36

2.2.4　直径或厚度＜4mm的线材、棒材和型材使用的试样38

2.2.5　管材使用的试样39

2.2.6　焊接接头使用的试样40

2.2.7　焊缝及熔敷金属使用的试样43

2.2.8　低温拉伸试样44

2.3　拉伸试验机及引伸计46

2.3.1 电子万能试验机的结构原理46

2.3.2　试验机的技术要求48

2.3.3　引伸计的结构原理及选用48

2.4　试验要求49

2.4.1　原始标距的标记49

2.4.2　原始横截面积的测定49

2.4.3　试验设备的准确度50

2.4.4　试验速率50

2.4.5　高温拉伸时的加热51

2.4.6　低温拉伸时的冷却52

2.5　拉伸性能的测定52

2.5.1　断后伸长率和断裂总伸长率的测定52

2.5.2　最大力总伸长率和最大力非比例伸长率的测定62

2.5.3　屈服点延伸率的测定63

2.5.4　上屈服强度和下屈服强度的测定64

2.5.5　规定非比例延伸强度的测定64

2.5.6　规定总延伸强度的测定66

2.5.7　抗拉强度的测定66

2.5.8　断面收缩率的测定66

2.5.9　拉伸杨氏模量的测定67

2.5.10　弦线模量的测定67

2.5.11　切线模量的测定68

2.5.12　电阻应变计测定弹性模量69

2.5.13　泊松比的测定70

2.5.14　薄板和薄带拉伸应变硬化指数的测定70

2.6　拉伸试样的宏观断口形态73

第3章　金属材料的硬度75

3.1　硬度相关知识75

3.1.1　硬度及硬度试验的定义75

3.1.2　硬度试验常用术语76

3.2　硬度试样的制备76

3.2.1　试样的一般要求76

3.2.2　洛氏硬度试样76

3.2.3　布氏硬度试样78

3.2.4　维氏硬度试样79

3.2.5　努氏硬度试样79

3.2.6　肖氏硬度试样79

3.2.7　里氏硬度试样79

3.3　硬度计81

3.3.1　洛氏硬度计81

3.3.2　布氏硬度计82

3.3.3　维氏硬度计和努氏硬度计82

3.3.4　肖氏硬度计83

3.3.5　里氏硬度计83

3.4　试验要求84

3.5　硬度的测定84

3.5.1　洛氏硬度的测定84

3.5.2　布氏硬度的测定89

3.5.3　维氏硬度的测定106

3.5.4　努氏硬度的测定114

3.5.5　肖氏硬度的测定147

3.5.6　里氏硬度的测定147

3.5.7　焊接接头硬度的测定149

3.5.8　钢铁热处理零件硬度测试通则155

3.6　各种硬度及强度之间的转换157

3.6.1　各种硬度间的换算关系157

3.6.2　钢铁材料硬度与强度的换算关系158

3.6.3　有色金属材料硬度与强度的换算关系162

第4章　金属材料的冲击性能163

4.1　冲击性能相关知识163

4.1.1　冲击性能及冲击试验的定义163

4.1.2　冲击试验常用术语163

4.2　冲击试样的制备166

4.2.1　试样的一般要求166

4.2.2　夏比V形缺口试样166

4.2.3　夏比U形缺口试样167

4.2.4　非标准试样167

4.2.5　焊接接头冲击试验用试样168

4.3　冲击试验机170

4.3.1　摆锤冲击试验机170

4.3.2　低温冲击试验机170

4.3.3　高温冲击试验机172

4.4　试验要求172

4.4.1　一般要求172

4.4.2　试验温度172

4.4.3　试样的转移173

4.5　冲击性能的测定174

4.5.1　夏比摆锤冲击法174

4.5.2　夏比V形缺口摆锤冲击试验仪器化法174

4.6　冲击断口的测定177

4.6.1　纤维断面率的测定177

4.6.2　侧膨胀值的测定179

第5章　金属材料的扭转性能181

5.1　扭转性能相关知识181

5.1.1　扭转性能及扭转试验的定义181

5.1.2　扭转试验常用术语181

5.2　扭转试样的制备182

5.2.1　圆柱形试样182

5.2.2　管形试样182

5.2.3　小规格金属线材扭转试样182

5.2.4　大规格金属线材扭转试样183

5.2.5　试样尺寸的测量183

5.3　扭转试验机和扭转计184

5.3.1　扭转试验机184

5.3.2　扭转计185

5.4　试验要求185

5.5　扭转性能的测定185

5.5.1　试验原理185

5.5.2　剪切模量的测定186

5.5.3　规定非比例扭转强度的测定187

5.5.4　上屈服强度和下屈服强度的测定190

5.5.5　抗扭强度的测定190

5.5.6　最大非比例切应变的测定191

5.5.7　金属线材扭转性能的测定191

5.5.8　测得性能数值的修约191

5.6　扭转试样的断口形貌及特征192

第6章　金属材料的压缩性能193

6.1　压缩性能相关知识193

6.1.1　压缩性能及压缩试验的定义193

6.1.2　压缩试验常用术语193

6.2　压缩试样的制备194

6.2.1　试样的一般要求194

6.2.2　侧向无约束试样195

6.2.3　板状试样196

6.2.4　试样尺寸测量197

6.3　压缩试验机及其附属装置197

6.3.1　压缩试验机197

6.3.2　附属装置197

6.4　试验要求199

6.5　压缩性能的测定200

6.5.1　板状试样夹紧力的选择200

6.5.2　板状试样实际压缩力的测定200

6.5.3　规定非比例压缩强度的测定201

6.5.4　规定总压缩强度的测定201

6.5.5　上压缩屈服强度和下压缩屈服强度的测定202

6.5.6　抗压强度的测定204

6.5.7　压缩弹性模量的测定204

6.5.8　压缩性能测定结果数值的修约204

6.6　压缩试样的破坏形式205

第7章　金属材料的弯曲性能206

7.1　弯曲性能相关知识206

7.1.1　弯曲性能和弯曲试验的定义206

7.1.2　弯曲试验常用术语206

7.2　弯曲试样的制备207

7.2.1　试样的一般要求207

7.2.2　圆形横截面和矩形横截面试样208

7.2.3　金属管试样209

7.2.4　焊接接头试样209

7.2.5　金属线材反复弯曲试样213

7.2.6　试样尺寸的测量213

7.3　弯曲试验设备214

7.3.1　试验机214

7.3.2　三点弯曲试验装置214

7.3.3　四点弯曲试验装置214

7.3.4　薄板试样用三点弯曲试验装置215

7.3.5　薄板试样用四点弯曲试验装置216

7.3.6　挠度计216

7.3.7　金属管弯曲试验设备217

7.3.8　V形模具式弯曲装置217

7.3.9　台虎钳式弯曲装置217

7.3.10　翻板式弯曲装置217

7.3.11　金属线材反复弯曲试验设备218

7.3.12　热双金属弯曲试验装置218

7.4　试验要求221

7.5　弯曲性能的测定222

7.5.1　弯曲弹性模量的测定222

7.5.2　规定非比例弯曲应力的测定223

7.5.3　规定残余弯曲应力的测定224

7.5.4　抗弯强度的测定225

7.5.5　断裂挠度的测定226

7.5.6　弯曲断裂能量的测定226

7.5.7　测试结果数值的修约226

7.5.8　金属管弯曲性能的测定227

7.5.9　金属线材反复弯曲性能测定227

7.5.10　焊接接头弯曲性能的测定228

第8章　金属材料的剪切性能233

8.1　剪切性能相关知识233

8.1.1　剪切性能和剪切试验的定义233

8.1.2　剪切试验常用术语234

8.2　剪切试样的制备234

8.2.1　一般要求234

8.2.2　线材试样234

8.2.3　铆钉试样235

8.3　剪切试验设备235

8.3.1　线材和铆钉剪切试验设备235

8.3.2　销剪切试验设备239

8.4　试验要求239

8.4.1　线材及铆钉剪切试验要求239

8.4.2　销剪切试验要求239

8.5　剪切性能的测定240

第9章　金属材料的断裂韧度241

9.1　断裂韧度相关知识241

9.1.1　断裂韧度及断裂韧度试验的定义241

9.1.2　断裂韧度试验常用术语241

9.2　断裂韧度试样的制备243

9.2.1　平面应变裂纹止裂断裂韧度试样243

9.2.2　平面应变断裂韧度试样244

9.2.3　表面裂纹拉伸断裂韧度试样247

9.3　断裂韧度试验设备248

9.3.1　平面应变裂纹止裂断裂韧度试验装置248

9.3.2　表面裂纹拉伸断裂韧度试验装置250

9.3.3　其他断裂韧度试验装置251

9.4　试验要求253

9.5　断裂韧度的测定254

9.5.1　平面应变裂纹止裂断裂韧度的测定254

9.5.2　平面应变断裂韧度的测定259

9.5.3　表面裂纹拉伸断裂韧度的测定263

第10章　金属材料高温长时性能267

10.1　高温长时性能相关知识267

10.2　金属拉伸蠕变及持久试验268

10.2.1　拉伸蠕变及持久试验简介及相关术语268

10.2.2　拉伸蠕变及持久试样的制备270

10.2.3　拉伸蠕变及持久试验设备273

10.2.4　试验要求274

10.2.5　蠕变极限的测定275

10.2.6　持久强度极限的测定277

10.3　金属应力松弛试验278

10.3.1　应力松弛试验简介及相关术语278

10.3.2　应力松弛试样的制备280

10.3.3　应力松弛试验设备282

10.3.4　试验要求282

10.3.5　高温拉伸应力松弛的测定283

10.3.6　高温弯曲应力松弛的测定283

10.3.7　松弛曲线的建立与外推284

第11章　金属材料的疲劳性能285

11.1　疲劳性能相关知识285

11.2　扭应力疲劳试验285

11.2.1　试验原理285

11.2.2　试样286

11.2.3　试验设备及试验条件288

11.2.4　试验步骤288

11.2.5　扭转疲劳性能的测定288

11.2.6　试验结果的处理289

11.3　滚动接触疲劳试验290

11.3.1　试验术语290

11.3.2　试验原理290

11.3.3　试样和陪试件290

11.3.4　试验设备及试验条件294

11.3.5　试验步骤295

11.3.6　N次循环的中值接触疲劳强度的测定295

11.3.7　试验结果处理296

11.4　旋转弯曲疲劳试验300

11.4.1　试验术语300

11.4.2　试验原理300

11.4.3　试样300

11.4.4　试验设备及试验条件306

11.4.5　试验步骤307

11.4.6　试验结果的处理308

11.5　疲劳裂纹扩展速率试验309

11.5.1　试验术语309

11.5.2　试样311

11.5.3　试验设备及试验条件314

11.5.4　试验步骤315

11.5.5　试验结果的处理316

11.6　轴向等辐低循环疲劳试验317

11.6.1　试验术语317

11.6.2　试样320

11.6.3　试验设备及试验条件321

11.6.4　试验步骤323

11.6.5　试验结果的处理324

11.7　腐蚀疲劳循环失效试验325

11.7.1　试验术语325

11.7.2　试验原理325

11.7.3　试样326

11.7.4　试验装置及试验条件327

11.7.5　试验步骤327

第12章　铸铁和铸钢的力学性能329

12.1　铸铁的力学性能329

12.1.1　灰铸铁的力学性能329

12.1.2　白口铸铁的力学性能331

12.1.3　蠕墨铸铁的力学性能331

12.1.4　球墨铸铁的力学性能332

12.1.5　可锻铸铁的力学性能336

12.1.6　耐热耐蚀铸铁的力学性能337

12.1.7　耐磨铸铁的力学性能338

12.2　铸钢的力学性能340

12.3　不锈钢铸件的力学性能344

第13章　工具钢的力学性能346

13.1　碳素工具钢的力学性能346

13.1.1　普通碳素工具钢的硬度346

13.1.2　大型锻件用碳素工具钢的硬度346

13.1.3　手表用碳素工具钢冷轧钢带的力学性能347

13.2　合金工具钢的力学性能347

13.2.1　合金工具钢的力学性能347

13.2.2　高速工具钢的硬度350

13.2.3　塑料模具用钢的力学性能351

13.2.4　弹簧钢和工具钢冷轧钢带的力学性能352

第14章　结构钢的力学性能353

14.1　钢种的力学性能353

14.1.1　碳素结构钢的力学性能353

14.1.2　合金结构钢的力学性能354

14.1.3　易切削结构钢的力学性能361

14.2　专用结构钢的力学性能364

14.2.1　冷拉、冷镦和冷挤结构钢的力学性能364

14.2.2　汽轮机叶片用结构钢的力学性能367

14.2.3　矿用高强度圆环链用钢的力学性能369

14.2.4　重型机械用弹簧钢的力学性能370

14.2.5　桥梁及船体用结构钢的力学性能370

14.2.6　铁塔用热轧角钢的力学性能373

14.2.7　铁路车辆用结构钢的力学性能373

14.2.8　轴承钢的力学性能374

14.2.9　弹簧钢的力学性能375

14.3　钢板及钢带的力学性能376

14.3.1　石油天然气输送用钢板及钢带的力学性能376

14.3.2　碳素结构钢钢板及钢带的力学性能378

14.3.3　合金结构钢薄钢板的力学性能380

14.3.4　压力容器用钢板的力学性能381

14.3.5　冷轧钢板及钢带的力学性能382

14.3.6　汽车用钢板和钢带的力学性能385

14.3.7　连续热镀合金镀层钢板及钢带的力学性能386

14.3.8　特殊结构钢板及钢带的力学性能391

14.4　钢管的力学性能397

14.4.1　压力设备用钢管的力学性能391

14.4.2　焊接钢管的力学性能401

14.4.3　无缝钢管的力学性能402

14.4.4　异型钢管的力学性能407

14.4.5　合金钢钢管的力学性能408

14.4.6　优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢管的力学性能410

14.5　盘条和钢筋的力学性能412

14.5.1　盘条的力学性能412

14.5.2　钢筋的力学性能413

14.6　钢棒和钢丝的力学性能414

14.6.1　钢棒的力学性能414

14.6.2　钢丝的力学性能418

第15章　不锈钢及耐热钢的力学性能422

15.1　不锈钢的力学性能422

15.1.1　不锈钢钢板和钢带的力学性能422

15.1.2　不锈钢钢管的力学性能430

15.1.3　不锈钢钢丝的力学性能437

15.1.4　不锈钢钢棒的力学性能440

15.1.5　特种不锈钢的力学性能445

15.2　耐热钢的力学性能447

15.2.1　耐热钢板和钢带的力学性能447

15.2.2　耐热钢棒的力学性能452

第16章　高温合金和耐蚀合金的力学性能456

16.1　高温合金的力学性能456

16.1.1　高温合金板材的力学性能456

16.1.2　高温合金管材的力学性能458

16.1.3　高温合金棒材和丝材的力学性能459

16.1.4　高温合金环件毛坯的力学性能461

16.1.5　高温合金锻制圆饼的力学性能463

16.1.6　铸造高温合金母合金的力学性能464

16.2　耐蚀合金的力学性能467

16.2.1　耐蚀合金板带材的力学性能467

16.2.2　耐蚀合金棒材的力学性能468

16.2.3　耐蚀合金锻件的力学性能469

第17章　铝及铝合金的力学性能470

17.1　铝及铝合金板带材的力学性能470

17.1.1　一般工业用铝及铝合金板带材的力学性能470

17.1.2　印刷版基用铝板带的力学性能498

17.1.3　百叶窗用铝合金带材的力学性能498

17.1.4　易拉罐罐体用铝合金带材的力学性能498

17.1.5　表盘及装饰用纯铝板的力学性能498

17.1.6　钎焊用铝合金复合板的力学性能502

17.1.7　瓶盖用铝合金板带材的力学性能503

17.1.8　铁道货车用铝合金板材的力学性能504

17.1.9　铝及铝合金花纹板的力学性能504

17.1.10　铝及铝合金彩色涂层板带材的力学性能505

17.1.11　铝及铝合金铸轧带材的力学性能512

17.1.12　铝幕墙板用板基的力学性能513

17.2　铝及铝合金箔材的力学性能514

17.2.1　半刚性容器用铝及铝合金箔的力学性能514

17.2.2　泡罩包装用铝及铝合金箔的力学性能515

17.2.3　空调器散热片用素铝箔的力学性能516

17.2.4　啤酒标用铝合金箔的力学性能517

17.2.5　铝及铝合金箔的力学性能518

17.2.6　电缆用铝箔的力学性能520

17.3　铝及铝合金管材的力学性能521

17.3.1　SB211壳体用919铝合金厚壁挤压管的力学性能521

17.3.2　铝及铝合金连续挤压管的力学性能521

17.3.3　铝及铝合金拉（轧）制无缝管材的力学性能521

17.3.4　铝及铝合金热挤压无缝圆管的力学性能524

17.3.5　铝及铝合金热挤压有缝管材的室温纵向力学性能525

17.3.6　凿岩机用铝合金管的力学性能527

17.4　铝及铝合金棒材的力学性能527

17.4.1　一般工业用铝及铝合金棒材的室温纵向力学性能527

17.4.2　铝及铝合金挤压扁棒的力学性能528

17.4.3　铝及铝合金挤压棒的力学性能530

17.4.4　高强度铝合金挤压棒的力学性能531

17.4.5　煤矿支柱用铝合金棒材的力学性能531

17.4.6　电工圆铝杆的力学性能531

17.5　铝及铝合金线材和丝材的力学性能532

17.5.1　半导体器件键合用铝丝的力学性能532

17.5.2　电工用铝及铝合金扁线的力学性能532

17.5.3　电工圆铝线的力学性能533

17.5.4　电缆屏蔽用铝镁合金线的力学性能533

17.5.5　铝及铝合金拉制圆线材的力学性能534

17.5.6　铝钛合金线的力学性能535

17.6　铝及铝合金锻件的力学性能535

17.6.1　SB211壳体用919铝合金模锻件的力学性能535

17.6.2　一般工业用铝及铝合金模锻件的力学性能536

17.7　铝及铝合金铸件的力学性能538

17.7.1　冶金设备铝合金铸件的力学性能538

17.7.2　烟草机械用铝合金铸件的力学性能539

17.7.3　铸造铝合金的力学性能540

17.8　铝及铝合金导体的力学性能543

第18章　镁及镁合金的力学性能544

18.1　镁及镁合金板材的力学性能544

18.2　镁合金热挤压管材的力学性能545

18.3　镁合金棒材的力学性能545

18.3.1　镁合金挤压棒的力学性能545

18.3.2　镁合金热挤制矩形棒的力学性能546

18.4　镁合金热挤压型材的力学性能546

18.5　镁及镁合金铸件的力学性能547

18.5.1　镁合金铸件的力学性能547

18.5.2　便携式工具用镁合金压铸件的力学性能548

第19章　铜及铜合金的力学性能549

19.1　铜及铜合金板带材的力学性能549

19.1.1　无氧铜板带材的力学性能549

19.1.2　电子元器件用铍青铜板带材的力学性能549

19.1.3　电子元器件用铍青铜板带材时效处理后的力学性能549

19.1.4　电缆用铜带的力学性能550

19.1.5　导电用铜板和条的力学性能550

19.1.6　连铸结晶器用铜板的力学性能550

19.1.7　变压器用铜带的力学性能551

19.1.8　铍青铜板带材的力学性能551

19.1.9　铜及铜合金板材的力学性能552

19.1.10　铜及铜合金带材的力学性能554

19.1.11　散热器水室和主片用黄铜带材的力学性能558

19.2　铜及铜合金箔材的力学性能558

19.2.1 电解铜箔的力学性能558

19.2.2　铜及铜合金箔材的力学性能558

19.2.3　散热器散热片专用纯铜及黄铜带箔材的力学性能559

19.3　铜及铜合金管材的力学性能559

19.3.1　卫生洁具用黄铜管的力学性能559

19.3.2　电缆用无缝铜管的力学性能560

19.3.3　压力容器用镍铜合金无缝管的力学性能560

19.3.4　导电用无缝圆形铜管的力学性能560

19.3.5　连铸圆坯结晶器铜管的力学性能560

19.3.6　海水淡化装置用铜合金无缝管的力学性能561

19.3.7　换热器用铜及铜合金无缝翅片管的力学性能561

19.3.8　普通级铜及铜合金毛细管的力学性能562

19.3.9　纯铜管材的力学性能562

19.3.10　黄铜管材及白铜管材的力学性能563

19.3.11　拉杆天线套管的力学性能564

19.3.12　磁控管用无氧铜管的力学性能564

19.4　铜及铜合金棒材的力学性能565

19.4.1 电子元器件用铍青铜棒材的力学性能565

19.4.2　电极材料用铬锆青铜棒的力学性能565

19.4.3　导电用铜棒的力学性能566

19.4.4　钟表用铅黄铜棒与线的力学性能566

19.4.5　热锻水暖管件用黄铜棒的力学性能566

19.4.6　铍青铜棒的力学性能567

19.4.7　铜及铜合金圆形棒、方形棒和六角形棒材的力学性能567

19.4.8　铜及铜合金矩形棒材的力学性能570

19.4.9　铅黄铜拉花棒的力学性能570

19.5　铜及铜合金线材的力学性能570

19.5.1 电力牵引用铜及铜合金双沟形接触线的力学性能570

19.5.2　电子器件用镀锡铜线的力学性能571

19.5.3　电工用铜扁线的力学性能572

19.5.4　电工用铜线坯的力学性能572

19.5.5　电工圆铜线的力学性能572

19.5.6　铜及铜合金扁线材的力学性能574

19.5.7　铍青铜线的力学性能575

19.5.8　镀银软圆铜线的力学性能575

19.6　铜及铜合金铸件的力学性能576

19.6.1　铸造铜合金的力学性能576

19.6.2　压铸铜合金的力学性能578

19.7　引线框架用铜及铜合金的力学性能578

第20章　锌、钛、镍及其合金的力学性能580

20.1　铸造锌合金的力学性能580

20.2　钛及钛合金的力学性能580

20.2.1　板式换热器钛板的力学性能580

20.2.2　钛及钛合金板材的力学性能581

20.2.3　钛及钛合金板材的高温力学性能582

20.2.4　钛及钛合金带、箔材的力学性能583

20.2.5　工业流体用焊接钛及钛合金管的力学性能584

20.2.6　钛及钛合金管材的力学性能584

20.2.7　换热器及冷凝器用钛及钛合金管材的力学性能584

20.2.8　钛及钛合金结构件丝热处理后的力学性能584

20.2.9　外科植入物用钛及钛合金加工丝材的力学性能585

20.2.10　钛及钛合金棒材的力学性能585

20.2.11　钛及钛合金饼和环的力学性能586

20.3　镍及镍合金的力学性能587

20.3.1　镍及镍合金板材的力学性能587

20.3.2　镍及镍合金带材的力学性能587

20.3.3　压力容器用镍铜合金无缝管的力学性能588

20.3.4　镍及镍合金管材的力学性能588

20.3.5　镍及镍合金棒材的力学性能589

20.3.6　镍及镍合金焊条熔敷金属的力学性能589

20.3.7　镍及镍合金线的力学性能591

20.3.8　电池用泡沫镍的室温力学性能593

附录594

附录A　金属材料力学性能测试标准代号及名称594

附录B　金属材料力学性能试验相关符号及说明598

附录C　拉伸性能指标名称和符号新旧对照607

参考文献608