金属材料力学性能检测技术与应用 中国中车股份有限公司计量理化技术委员会

金属材料是目前应用最广泛的材料之一，涉及国防、民生、科技等社会的方方面面，在机械、交通、建筑、化工、冶金、航空航天等领域发挥着重要作用，对国家经济与科技发展起着关键的支撑作用。而力学性能作为金属材料的重要属性，得到各应用领域的高度关注。
为了帮助检验人员深入理解试验标准、获得准确的金属材料力学性能参数，从而为正确选择材料、合理进行工程设计、制订热处理工艺和提高产品质量等提供有关材料性能方面的依据，多位长期从事力学性能检测的专家共同努力，在借鉴国内外相关资料的基础上，根据目前力学性能检测人员的实际情况和需求编写了这本《金属材料力学性能检测技术与应用》。书中采用现行的相关国家标准和行业标准，内容系统全面，数据齐全可靠，查阅方便快捷，具有实用性、综合性、先进性和可靠性等优点。
本书全面系统地介绍了金属材料力学性能试验方法的原理、试验程序及相关标准，在层次安排上由浅入深，注重基本理论与实践相结合，详细讲解了金属材料基础知识，力学性能试验取样方法，拉伸、硬度、冲击、弯曲、压缩、剪切、疲劳等金属材料力学性能试验的基本概念、意义、范围、原理、方法和分析等，同时还介绍了测量不确定度的相关知识，并给出了测量不确定度评定实例。此外，本书还融入了各位作者多年从事材料力学性能测试的工作经验和体会。本书可供从事工程设计、材料研究、质量检测的技术人员使用，也可作为轨道交通力学检验人员的培训教材，同时也可供相关专业的在校师生阅读参考。
本书由于跃斌、王文生担任主编，张旻昌、尚增飞担任副主编，参加编写工作还有颜晓飞、侯兴华、杨健、李凌医、杨文强、赵璐。其中，第1章由尚增飞编写，第2章由赵璐、于跃斌编写，第3章由杨健编写，第4章由杨文强编写，第5章由李凌医编写，第6章由侯兴华编写，第7章由颜晓飞编写，第8章由张旻昌编写，第9章和附录由王文生编写。
在本书的编写过程中，参考了国内外同行的大量文献和相关标准，在此谨向有关人员表示衷心的感谢！由于编者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，敬请广大读者批评指正。

王文生

本书全面系统地介绍了金属材料的各种力学性能试验原理、方法和试验程序等，主要内容包括金属材料基础知识，力学性能试验取样方法，金属材料拉伸试验，金属材料硬度试验，金属材料夏比摆锤冲击试验，金属材料弯曲、压缩与剪切试验，金属材料疲劳试验，紧固件力学性能试验，测量不确定度。本书采用现行的相关国家标准和行业标准，内容由浅入深，注重基本理论与实践相结合，数据齐全可靠，查阅方便快捷，具有实用性、综合性、先进性和可靠性。

于跃斌，中国中车集团有限公司科技质量与信息化部部长，正高级工程师。长期从事铁路移动装备技术创新和科技管理工作，搭建了我国铁路货车研发、试验仿真、制造和产业化平台与标准体系，组织构建了中车“开放、协同、一体化、全球布局、自主可控”的科技创新体系，创造性提出并建设“两纵两横一贯通”的科技创新体系。享受政府特殊津贴，国家百千万人才工程“有突出贡献中青年专家”，获全国五一劳动奖章、詹天佑成就奖、中央企业劳动模范。获国家科技进步奖2项、省部级科技成果奖12项、发明专利34项，发表论文26篇。

前言
第1章金属材料基础知识1
1 .1金属的晶体结构1
1 .1 .1晶体结构的基础知识1
1 .1 .2实际金属的晶体结构2
1 .1 .3合金中的相结构3
1 .2金属材料的分类4
1 .2 .1钢铁材料的分类5
1 .2 .2有色金属材料的分类8
1 .3金属材料的热处理方法9
1 .3 .1热处理概述9
1 .3 .2常用热处理工艺9
1 .4金属材料的牌号表示方法12
1 .4 .1铸铁牌号表示方法12
1 .4 .2钢铁牌号表示方法13
1 .4 .3铸钢牌号表示方法15
1 .4 .4变形铝及铝合金牌号表示方法15
1 .4 .5铸造有色金属及其合金牌号表示方法16
第2章力学性能试验取样方法17
2 .1取样原则17
2 .1 .1试验概述17
2 .1 .2取样原则18
2 .2型钢的取样位置20
2 .2 .1型钢宽度方向的取样位置20
2 .2 .2型钢厚度方向的取样位置20
2 .3条钢的取样位置21
2 .3 .1圆钢的取样位置21
2 .3 .2六角型钢的取样位置22
2 .3 .3矩形截面条钢的取样位置23
2 .4钢板的取样位置24
2 .4 .1钢板拉伸试样的取样位置24
2 .4 .2钢板冲击试样的取样位置25
2 .5管材的取样位置25
2 .5 .1圆形管材和圆形空心型材的取样位置25
2 .5 .2矩形空心型材的取样位置26
2 .6焊接接头的取样方法27
2 .6 .1拉伸试验取样方法27
2 .6 .2冲击试验取样方法28
2 .6 .3硬度试验取样方法28
2 .6 .4弯曲试验取样方法28
第3章金属材料拉伸试验30
3 .1拉伸试验基本概念30
3 .1 .1应力 -应变曲线30
3 .1 .2拉伸试验相关术语和定义32
3 .2试验设备33
3 .2 .1试验机及引伸计33
3 .2 .2高低温试验辅助装置34
3 .3金属拉伸试样35
3 .3 .1试样的分类36
3 .3 .2试样的加工37
3 .4试验前的准备工作38
3 .4 .1测量试样横截面积38
3 .4 .2标记试样标距38
3 .4 .3选取夹持方式39
3 .4 .4设置试验力零点39
3 .4 .5确定试验速率39
3 .5拉伸性能指标测定41
3 .5 .1强度性能指标测定41
3 .5 .2塑性性能指标测定44
3 .5 .3弹性性能指标测定47
3 .6高、低温拉伸试验50
3 .6 .1高温拉伸试验50
3 .6 .2低温拉伸试验52
3 .7拉伸试验结果处理及数值修约53
3 .7 .1试验结果的处理53
3 .7 .2数值的修约53
3 .7 .3拉伸试验力学性能指标修约要求54
3 .8影响拉伸试验结果的主要因素54
第4章金属材料硬度试验56
4 .1布氏硬度56
4 .1 .1试验原理56
4 .1 .2压痕相似原理57
4 .1 .3试验设备58
4 .1 .4试样尺寸及加工要求58
4 .1 .5试验要点59
4 .1 .6适用范围60
4 .2洛氏硬度60
4 .2 .1试验原理60
4 .2 .2试验设备62
4 .2 .3试样尺寸及加工要求62
4 .2 .4试验要点62
4 .2 .5适用范围63
4 .3维氏硬度63
4 .3 .1试验原理63
4 .3 .2试验设备64
4 .3 .3试样尺寸及加工要求65
4 .3 .4试验要点66
4 .3 .5适用范围67
4 .4里氏硬度67
4 .4 .1试验原理67
4 .4 .2试验设备68
4 .4 .3试样要求68
4 .4 .4试验要点69
4 .4 .5适用范围70
4 .5硬度试验结果处理及数值修约70
第5章金属材料夏比摆锤冲击试验71
5 .1夏比摆锤冲击试验原理71
5 .2试验设备73
5 .2 .1机架73
5 .2 .2摆锤73
5 .2 .3砧座与支座74
5 .2 .4温控装置74
5 .3试样尺寸及加工要求75
5 .3 .1试样尺寸75
5 .3 .2试样缺口76
5 .3 .3试样缺口的加工及检查77
5 .4冲击试验方法77
5 .4 .1常温冲击试验方法77
5 .4 .2高、低温冲击试验方法80
5 .5冲击试验结果处理及数值修约80
5 .6韧脆转变温度的测定81
5 .6 .1能量法81
5 .6 .2断面法82
5 .6 .3侧膨胀值法83
5 .7冲击试验结果影响因素84
第6章金属材料弯曲、压缩与剪切试验87
6 .1弯曲力学性能试验87
6 .1 .1弯曲试样受力分析87
6 .1 .2弯曲试样88
6 .1 .3试验设备89
6 .1 .4弯曲力学性能测定90
6 .2弯曲工艺性能试验93
6 .2 .1弯曲试验原理93
6 .2 .2试验装置93
6 .2 .3弯曲试样94
6 .2 .4试验程序96
6 .2 .5试验报告97
6 .3金属压缩试验97
6 .3 .1压缩试验的特点97
6 .3 .2压缩试样98
6 .3 .3试验设备100
6 .3 .4压缩力学性能测定100
6 .4金属剪切试验104
6 .4 .1剪切试验基本概念104
6 .4 .2试验设备105
6 .4 .3试验方法106
第7章金属材料疲劳试验108
7 .1疲劳试验基本概念108
7 .1 .1疲劳试验的分类108
7 .1 .2疲劳破坏机理及特征109
7 .1 .3应力 -寿命曲线110
7 .1 .4疲劳试验结果的分散性和P -S -N曲线112
7 .2高周疲劳试验113
7 .2 .1金属轴向疲劳试验113
7 .2 .2试验方法114
7 .2 .3应力 -寿命曲线的绘制118
7 .3低周疲劳试验120
7 .3 .1低周疲劳的特点120
7 .3 .2低周疲劳基本理论121
第8章紧固件力学性能试验126
8 .1紧固件的基本概念126
8 .1 .1螺纹的基本参数126
8 .1 .2螺纹标注方法127
8 .1 .3螺栓性能等级标记127
8 .1 .4螺母性能等级标记127
8 .2螺栓、螺钉和螺柱力学性能试验128
8 .2 .1试验分类128
8 .2 .2成品拉伸试验129
8 .2 .3楔负载试验130
8 .2 .4头部坚固性试验131
8 .2 .5保证载荷试验132
8 .2 .6机械加工试件拉伸试验132
8 .2 .7硬度试验133
8 .2 .8扭矩试验133
8 .3螺母力学性能试验134
8 .3 .1保证载荷试验134
8 .3 .2硬度试验135
8 .4高强度螺栓

本书全面系统地介绍了金属材料的各种力学性能试验原理、方法和试验程序等，主要内容包括金属材料基础知识，力学性能试验取样方法，金属材料拉伸试验，金属材料硬度试验，金属材料夏比摆锤冲击试验，金属材料弯曲、压缩与剪切试验，金属材料疲劳试验，紧固件力学性能试验，测量不确定度。本书采用现行的相关国家标准和行业标准，内容由浅入深，注重基本理论与实践相结合，数据齐全可靠，查阅方便快捷，具有实用性、综合性、先进性和可靠性。

于跃斌，中国中车集团有限公司科技质量与信息化部部长，正高级工程师。长期从事铁路移动装备技术创新和科技管理工作，搭建了我国铁路货车研发、试验仿真、制造和产业化平台与标准体系，组织构建了中车“开放、协同、一体化、全球布局、自主可控”的科技创新体系，创造性提出并建设“两纵两横一贯通”的科技创新体系。享受政府特殊津贴，国家百千万人才工程“有突出贡献中青年专家”，获全国五一劳动奖章、詹天佑成就奖、中央企业劳动模范。获国家科技进步奖2项、省部级科技成果奖12项、发明专利34项，发表论文26篇。