本书从金属材料科学基础理论、微观组织与力学行为内在联系出发，系统介绍金属晶体学基础，金属晶体的位错、滑移和孪生，金属塑性变形及其微观组织演变，金属弹塑性力学行为及应用分析，宏微观断裂行为，金属材料微观组织表征，金属的疲劳与蠕变，金属材料强化机制，金属材料力学性能测试等内容。此外，书中还提供了大量的具体材料应用案例，有利于加深学生对金属材料宏微观力学行为的理解。本书在内容上注重系统性、实用性和先进性。

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1998年9月-2007年6月分别于哈尔滨工业大学材料科学与工程学院取得学士、硕士和博士学位，2007.7-2008.7于法国巴黎高等矿业学院CEMEF中心读博士后，2008.8-至今在西安交通大学机械工程学院任教，现为西安交通大学机械工程学院教授，博士生导师

目录
第0章 绪论 1
0.1 金属材料发展历史 1
0.1.1 金属材料发展史的四个阶段 1
0.1.2 我国材料科学家的典型贡献与事迹 8
0.2 金属材料微观组织与力学性能的内在联系 9
0.2.1 强化机制对力学性能的影响 10
0.2.2 热处理对力学性能的影响 11
0.3 金属材料宏微观力学行为的工程应用 12
0.3.1 单晶叶片精密铸造 12
0.3.2 钛合金开坯 13
0.3.3 增材制造微观组织演变 15
第1章 金属晶体学基础 18
1.1 原子间的键合方式 18
1.1.1 共价键 18
1.1.2 金属键 19
1.1.3 混合键 20
1.2 晶体与非晶体 20
1.3 空间点阵 21
1.3.1 空间点阵与晶胞 21
1.3.2 晶系和布拉菲点阵 23
1.3.3 空间点阵与晶体结构的关系 24
1.4 晶面指数与晶向指数 25
1.4.1 晶向指数 25
1.4.2 晶面指数 26
1.5 常见晶体结构及其几何特征 28
1.5.1 纯金属晶体结构 28
1.5.2 合金相晶体结构 32
1.6 晶体中原子的堆垛方式 35
1.7 应用案例分析 36
1.7.1 相变诱导塑性钢 36
1.7.2 受晶体微结构启发的耐损伤结构材料 37
1.7.3 LaNi5最大储氢量的晶体结构分析 37
第2章 金属晶体的位错、滑移和孪生 39
2.1 位错理论 39
2.1.1 位错的发现 39
2.1.2 位错的定义与伯格斯矢量 40
2.2 滑移 42
2.2.1 滑移要素及滑移系 42
2.2.2 Schmid定律及应用 43
2.2.3 滑移过程中晶体转动 45
2.3 孪生 47
2.3.1 孪生过程 47
2.3.2 孪生的晶体学 49
2.3.3 孪生时原子的运动和特点 50
2.4 滑移和孪生的比较 51
2.5 应用分析案例 53
2.5.1 晶体塑性有限元方法 53
2.5.2 孪晶诱导塑性钢的应用 55
2.5.3 分子动力学模拟 58
2.5.4 吕德斯带现象 59
2.5.5 超强韧性结构材料微观结构设计 60
第3章 金属塑性变形及其微观组织演变 62
3.1 冷变形工艺及其特点 62
3.2 冷变形微观组织及其演变机制 64
3.2.1 金属塑性变形机理 64
3.2.2 冷变形的微观组织特征 65
3.2.3 塑性变形过程中晶粒的分裂与碎化 69
3.2.4 冷塑性变形的微观组织演变 70
3.3 热变形工艺及其特点 71
3.4 热变形微观组织及其演变机制 73
3.4.1 热塑性变形中的软化过程 73
3.4.2 热变形后的软化过程 78
3.5 应用分析案例 79
3.5.1 铝合金室温循环塑性变形的析出强化 79
3.5.2 利用晶界分层制备强韧组合的超强钢 81
第4章 金属弹塑性力学行为 83
4.1 张量概念和求和约定 83
4.2 弹性与塑性 85
4.2.1 金属的弹性 86
4.2.2 金属的内耗 87
4.2.3 单晶体的塑性变形 87
4.2.4 多晶体的塑性变形 90
4.3 屈服曲面和屈服准则 91
4.3.1 屈服曲面 91
4.3.2 屈服准则 93
4.4 本构方程 96
4.4.1 Johnson-Cook本构方程 97
4.4.2 Hansel-Spittel本构方程 97
4.4.3 Arrhenius本构方程 98
第5章 金属弹塑性力学应用分析 99
5.1 金属成形分析 99
5.1.1 用主应力法求解平面应变条件下的镦粗 100
5.1.2 轴对称拉拔 104
5.1.3 板料冲压的轴对称平衡方程 108
5.1.4 薄膜结构的塑性屈服案例分析 110
5.2 金属管件大变形吸能 115
5.2.1 圆管的折叠变形115
5.2.2 方管的折叠变形117
5.2.3 破损机构的理想化 118
5.2.4 波纹夹芯圆柱壳的折叠变形 120
第6章 宏微观断裂行为 123
6.1 宏观断裂行为 123
6.1.1 理论抗拉强度 124
6.1.2 应力集中 125
6.1.3 Grif.th断裂准则 126
6.1.4 塑性裂纹扩展 129
6.1.5 线弹性断裂力学 129
6.1.6 塑性区尺寸修正 134
6.1.7 其他断裂韧性参数 135
6.2 微观断裂行为 138
6.2.1 裂纹形核 140
6.2.2 延性断裂 140
6.2.3 脆性断裂 145
6.2.4 断口观测与断口分析 147
6.3 应用案例分析 149
6.3.1 卡车转向横拉杆球头销断裂分析 149
6.3.2 TC4钛合金压紧杆断裂分析研究 152
6.3.3 42CrMo钢轴箱端盖疲劳断裂原因 154
第7章 金属材料微观组织表征 155
7.1 金相分析 155
7.1.1 金相试样的制备 155
7.1.2 金相显微镜 157
7.2 X射线衍射分析 159
7.2.1 X射线衍射方法简介 159
7.2.2 多晶物相分析 163
7.2.3 应力测量与分析 167
7.3 电子显微分析 170
7.3.1 扫描电子显微镜 170
7.3.2 透射电子显微镜 174
7.4 其他微观组织表征方法 176
7.4.1 电子探针 X射线显微分析仪 176
7.4.2 原子探针层析技术 179
第8章 金属的疲劳与蠕变 181
8.1 金属疲劳的概念、特征和机理分析 181
8.1.1 金属疲劳的概念 181
8.1.2 金属疲劳损伤的特征 181
8.1.3 疲劳损伤的机理 182
8.2 金属疲劳的相关概念 187
8.2.1 变动应力 187
8.2.2 金属疲劳曲线 188
8.2.3 低周疲劳 191
8.2.4 金属材料疲劳极限与疲劳强度 194
8.3 影响金属材料疲劳强度的因素 195
8.3.1 表面粗糙度对金属材料疲劳强度的影响 195
8.3.2 尺寸效应对金属材料疲劳强度的影响 196
8.3.3 应力集中对金属材料疲劳强度的影响 197
8.4 金属材料蠕变 199
8.4.1 蠕变曲线 199
8.4.2 蠕变强度和持久强度 200
8.5 应用案例分析 201
8.5.1 激光选区熔化 17-4PH不锈钢疲劳行为的影响 201
8.5.2 40Cr钢超高周疲劳性能 204
8.5.3 金属间化合物 TiAl(W,Si)合金的蠕变行为 206
第9章 金属材料强化机制 208
9.1 细晶强化 208
9.1.1 细晶强化的基本概念 208
9.1.2 细晶强化的原理 209
9.1.3 细化金属晶粒的方法 210
9.2 加工硬化 211
9.2.1 加工硬化的基本概念 211
9.2.2 加工硬化的原理211
9.2.3 加工硬化的意义 213
9.3 第二相颗粒强化 213
9.3.1 第二相强化的基本概念 213
9.3.2 第二相颗粒的分类及原理 214
9.3.3 第二相颗粒尺寸控制 216
9.4 固溶强化 216
9.4.1 固溶强化的基本概念 216
9.4.2 固溶强化的效应 217
9.4.3 固溶强化的原理 218
9.5 其他强化方法 220
9.5.1 相变强化 220
9.5.2 形变热处理强化 220
9.5.3 界面强化 221
9.5.4 复合强化 222
9.6 应用案例分析 223
9.6.1 晶粒细化诱导纯镁力学性能的大幅提升 223
9.6.2 激光冲击强化诱导多种强化机制复合的材料性能提升 224
9.6.3 第二相颗粒强化在材料制造工艺中的应用 225
第10章 金属材料力学性能测试 228
10.1 材料力学性能测试标准 228
10.2 金属材料力学试验的取样 229
10.3 应变的测量 230
10.3.1 宏观应变的测量 230
10.3.2 微观应变的测量 231
10.4 金属材料的拉伸试验 231
10.4.1 试验原理和试验设备 231
10.4.2 金属常温拉伸试样 232
10.4.3 金属高温拉伸试样 233
10.4.4 拉伸试验结果处理 234
10.4.5 双向拉伸试验 236
10.4.6 原位拉伸试验 237
10.5 金属材料的压缩试验 238
10.5.1 压缩试验的基本特点 238
10.5.2 压缩试验试样 239
10.5.3 压缩试验结果处理 240
10.6 金属材料的扭转试验 240
10.6.1 扭转试验试样 241
10.6.2 扭转应变 241
10.6.3 剪切模量的测定 242
10.7 金属材料的弯曲试验 242
10.7.1 弯曲试验的原理与装置 242
10.7.2 弯曲试样的形状与尺寸 243
10.8 金属材料的剪切试验 243
10.8.1 剪切试验的原理 243
10.8.2 剪切试验试样 244
10.8.3 剪切试验设备 245
10.9 金属硬度试验 245
10.9.1 布氏硬度 246
10.9.2 洛氏硬度 247
10.9.3 维氏硬度 248
10.9.4 肖氏硬度试验 249
10.10 金属夏比冲击试验 250
10.10.1 试验原理 250
10.10.2 冲击试样与设备 251
10.11 金属材料蠕变试验 251
10.11.1 试验原理 251
10.11.2 试样形状和尺寸 252
10.12 金属疲劳试验 252
10.12.1 疲劳试验简述 252
10.12.2 疲劳试验要求 255
10.12.3 设计与结果处理 257
参考文献 260