《材料力学性能》是高等学校材料类专业教学指导委员会规划教材。书中主要介绍在不同载荷与环境条件下材料的力学行为、机理及其力学性能评价方法，具体涵盖材料的静载、冲击、疲劳、高温、应力腐蚀与磨损等。全书除绪论外，共分9章，前8章为理论学习内容，第9章为课程试验内容。本书理论学习阐述结合了大量实例，以便于读者理解；同时介绍了研究前沿，以拓宽视野。书中采用最新标准介绍材料评价方法。各章末设有最新科研成果典型案例、本章小结、本章重要词汇（中英文对照）及思考与练习，以便于读者学习和复习巩固。本书可作为材料类专业本科生、研究生的教材，也可作为从事相关领域教学、科研及技术工作人员的参考书籍。

本教材是西南交通大学国家级精品课程材料力学性能（2008年认定）的核心建设成果，系统凝练二十年教学实践，全面贯彻两性一度教学理念与课程思政要求。教材紧密围绕国家重大战略需求，构建了材料力学性能基础理论-工程实践-学科前沿-价值引领四维一体的教学体系。
一、课程建设特色与创新
1.能力导向型知识体系：深度融合材料组织结构、成形加工、力学等核心知识，整合课堂教学、实验教学与拓展内容，形成系统化、强支撑的知识框架，有效支撑学生知识掌握与能力培养。
2.真情境·实项目教学：基于科研项目开发教学案例，并设计具有高阶性和挑战度的项目任务，旨在提升学生解决复杂工程问题的能力与创新思维。
3.轨道交通特色课程思政：将轨道交通发展历程、杰出校友事迹、重大科研成果等思政元素深度融入案例教学，实现思政教育与专业教育协同育人。
4.智慧教学资源构建：在爱课程网建设优质在线资源，在智慧树平台构建课程知识图谱，为智慧教学与全国资源共享奠定坚实基础。
二、教材核心特色
1.全材料覆盖，体现前沿性：系统阐述金属、非金属及复合材料的静载、冲击、疲劳、断裂韧度、高温蠕变、环境腐蚀与摩擦磨损等核心力学性能。内容紧密对接国家重大需求。附录收录材料力学性能相关检测分析最新国家标准，确保内容规范性与前沿性。
2.理论-实践深度融合：创新转化10余项科研成果为教学案例，每章末设置1～2项典型工程案例，构建理论-案例-应用闭环学习链。特别设计第9章涵盖7项核心试验，与理论章节精准配套，深化知识理解，系统训练材料力学性能测试方法与复杂工程问题解决能力。
3.思政育人有机融入：在工程实践案例中自然渗透家国情怀、工匠精神、科学精神等思政元素（详见案例1-1、3-2、5-1等），实现价值塑造与知识传授、能力培养的有机统一。
4.深度学习与研究支持：创新设计科研案例-本章小结-双语重要词汇-思考题复习体系。附录提供常见材料的力学性能数据，有力支撑读者深度学习与科研设计参考。
本书由西南交通大学赵君文、韩靖、黄兴民、郭双全、董立新、戴光泽，成都大学朱振宇、西华大学高杰维及无锡普天铁心股份有限公司张青松编著。具体分工如下：韩靖主要编写第1章、第2章，高杰维主要编写第4章，朱振宇主要编写第5章，黄兴民编写第6章，张青松编写第7章，郭双全编写第8章，董立新主要编写第9章，赵君文编写绪论、第3章、附录和第1、2、4、5、9章部分内容以及各章小结、重要词汇、案例等，全书由赵君文、韩靖、朱振宇统稿，戴光泽负责总体规划及思想指导。
本教材亦为西南交通大学规划教材，获西南交通大学研究生教材建设项目（SWJTU-JC2024-033）资助。限于编者水平，疏漏之处恳请读者指正。

编著者
2025年6月于西南交通大学

无

第0章绪论
0.1材料的性能 001
0.2材料的力学性能 002
0.3材料力学性能的研究目的和意义 003
0.4材料力学性能应用 003

第1章材料在单向静载拉伸下的力学性能
1.1静拉伸力学试验 005
1.1.1拉伸曲线 005
1.1.2拉伸性能指标 007
1.2弹性变形 009
1.2.1弹性变形机制 009
1.2.2弹性性能 010
1.2.3非理想弹性变形 013
1.3塑性变形 016
1.3.1塑性变形机制 016
1.3.2物理屈服 017
1.3.3屈服后变形 022
1.3.4静力韧度 027
1.4材料的断裂 027
1.4.1断裂的类型与特征 027
1.4.2断裂机制 032
1.4.3断裂强度 036
1.4.4断裂理论的意义 043
案例链接1-1：三级时效工艺提升动车组推杆的性能 045
1.5本章小结 045
本章重要词汇 046
思考与练习 047

第2章材料在其它静载荷下的力学性能
2.1加载方式与应力状态 048
2.1.1应力状态软性系数 048
2.1.2力学状态图 049
2.2压缩 051
2.2.1压缩试验的特点 051
2.2.2压缩试验 051
2.3弯曲 052
2.3.1弯曲试验的特点 052
2.3.2弯曲试验 052
2.4剪切 054
2.4.1剪切试验的特点 054
2.4.2剪切试验 054
2.5扭转 055
2.5.1扭转试验的特点 055
2.5.2扭转试验 056
2.6缺口试样静载荷试验 057
2.6.1缺口效应 057
2.6.2缺口试样静拉伸试验 060
2.6.3缺口试样静弯曲试验 062
2.7硬度 063
2.7.1硬度试验的特点 063
2.7.2布氏硬度 063
2.7.3洛氏硬度 066
2.7.4维氏硬度 068
2.7.5其它硬度试验 069
2.7.6硬度与其它性能指标的关系 071
案例链接2-1：缺口对7A85合金拉伸性能的影响 073
2.8本章小结 075
本章重要词汇 076
思考与练习 076

第3章材料在冲击在和下的力学性能
3.1概述 077
3.2冲击载荷下材料性能的特点 078
3.3冲击下材料的性能 078
3.3.1冲击试验方法 078
3.3.2摆锤冲击试验 079
3.3.3落锤冲击试验 081
3.3.4其它冲击试验 081
3.4低温下材料的冲击性能 083
3.4.1低温脆性现象 083
3.4.2韧脆转变温度 084
3.4.3影响韧脆转变温度的因素 085
案例链接3-1：镍含量提高球墨铸铁低温韧性 087
案例链接3-2：钢轨焊接接头的落锤冲击试验 088
3.5本章小结 089
本章重要词汇 089
思考与练习 089

第4章材料的断裂韧度
4.1裂纹及其尖端应力场 090
4.1.1裂纹扩展的基本形式 091
4.1.2裂纹尖端应力场 091
4.2断裂韧度KⅠC 093
4.2.1断裂判据 093
4.2.2裂纹尖端塑性区及KⅠ修正 094
4.2.3影响断裂韧度的因素 098
4.2.4断裂韧度与常规力学性能指标之间的关系 102
4.3裂纹扩展能量释放率 103
4.4断裂韧度在金属材料中的应用举例 105
4.4.1高压容器承载能力的计算 105
4.4.2高压壳体的热处理工艺选择 106
4.4.3大型转轴断裂分析 107
4.4.4评定钢铁材料的韧脆性 108
4.5断裂韧度KⅠC的测试 110
4.5.1试样的形状、尺寸及制备 110
4.5.2测试方法 111
4.5.3试验结果的处理 112
4.6弹塑性条件下金属断裂韧度 113
4.6.1断裂韧度JⅠC 113
4.6.2断裂韧度c 115
案例链接4-1：耐候钢激光-MAG复合焊接头的低温断裂韧性 116
案例链接4-2：焊接环境湿度对SMA490耐候钢MAG焊接接头
性能影响 118
4.7本章小结 118
本章重要词汇 119
思考与练习 119

第5章材料的疲劳
5.1疲劳现象 121
5.1.1变动载荷和循环应力 121
5.1.2疲劳分类及特点 122
5.1.3疲劳宏观断口特征 123
5.2高周疲劳 125
5.2.1应力-疲劳寿命关系(S-N曲线) 125
5.2.2S-N曲线的安全系数 126
5.2.3疲劳试验 127
5.2.4影响疲劳强度的主要因素 129
5.2.5疲劳极限与静强度间的关系 143
5.3低周疲劳 145
5.3.1循环应力-应变曲线 146
5.3.2应变-疲劳寿命曲线 148
5.3.3含缺口零件疲劳寿命估算 149
5.4疲劳裂纹扩展 150
5.4.1疲劳裂纹扩展曲线 150
5.4.2疲劳裂纹扩展速率 151
5.4.3影响疲劳裂纹扩展的主要因素 153
5.4.4疲劳寿命预测 158
5.5疲劳过程及机理 159
5.5.1疲劳裂纹形成 159
5.5.2疲劳裂纹扩展阶段 161
案例链接5-1：多元共渗技术提高螺旋道钉的抗疲劳性能 163
案例链接5-2：外物损伤对S38C车轴钢疲劳性能的影响 164
5.6本章小结 166
本章重要词汇 167
思考与练习 168

第6章环境介质作用下材料的力学性能
6.1应力腐蚀 169
6.1.1应力腐蚀现象及其产生条件 169
6.1.2应力腐蚀断裂机理及断口形貌特征 170
6.1.3应力腐蚀评价指标 172
6.1.4应力腐蚀常见常用研究方法 174
6.2氢脆 177
6.2.1氢在金属中的存在形式 177
6.2.2氢脆类型及其特征 178
6.2.3钢的氢致延滞断裂机理 179
6.2.4氢致延滞断裂与应力腐蚀的关系 180
6.2.5防止氢脆的措施 181
案例链接6-1：通过添加稀土元素改进7系铝合金耐应力
腐蚀性能 182
6.3本章小结 183
本章重要词汇 183
思考与练习 184

第7章材料的摩擦与磨损性能
7.1概述 185
7.2材料表面形貌与接触 185
7.2.1表面形貌 185
7.2.2表面接触 186
7.3摩擦 187
7.3.1概念及分类 187
7.3.2摩擦理论 188
7.3.3微观机理 188
7.4磨损 189
7.4.1磨损过程 189
7.4.2黏着磨损 191
7.4.3磨粒磨损 193
7.4.4微动磨损 194
7.4.5疲劳磨损 196
7.4.6冲击磨损 198
7.4.7腐蚀磨损 199
7.5磨损试验方法 200
7.5.1试验类型 200
7.5.2试验设备 201
7.5.3磨损参量 202
7.5.4磨损参量测定方法 203
案例链接7-1：层流等离子体提高车轮材料耐磨性能和疲劳性能 203
案例链接7-2：高耐载流磨损摩擦副 205
7.6本章小结 206
本章重要词汇 206
思考与练习 207

第8章材料的高温力学性能
8.1材料高温力学性能概述 208
8.2材料的蠕变 209
8.2.1金属的蠕变现象 209
8.2.2金属的蠕变变形机理 211
8.2.3金属的蠕变断裂机理 212
8.3蠕变试验及性能指标 213
8.3.1规定塑性应变强度 213
8.3.2蠕变断裂强度 214
8.3.3剩余应力 216
8.4金属高温疲劳性能 217
8.4.1高温疲劳试验 217
8.4.2高温疲劳的一般规律 218
8.4.3疲劳和蠕变的交互作用 219
8.4.4蠕变-疲劳损伤模式 219
8.5金属高温力学性能的主要影响因素 220
案例链接8-1：热暴露对7A85铝合金力学性能的影响 222
8.6本章小结 223
本章重要词汇 224
思考与练习 224

第9章材料力学性能试验
9.1缺口试样静拉伸试验 225
9.2硬度测定试验 227
9.3弯曲冲击试验及韧脆转变温度测定 233
9.4断裂韧度KⅠC测定试验 235
9.5疲劳曲线测定试验 238
9.6材料的应力腐蚀试验 242
9.7材料的摩擦与磨损试验 245
9.8报告模板 247

附录
附录1本书主要符号及术语名称 250
附录2几种裂纹的KⅠ表达式 251
附录32值 253
附录4常见材料的屈服强度 254
附录5常见材料的疲劳强度 254
附录6常见材料的弹性模量、剪切模量和泊松比 255
附录7常见材料的断裂韧度KⅠC值 256
附录8几种钢铁材料的室温KⅠC值 256
附录9常见材料的冲击韧性 257
附录10常见材料间摩擦系数 257
附录11相关国家标准 257

参考文献