金属的扭转破坏实验

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1、金属的扭转破坏实验金属的扭转破坏实验大纲1．通过低碳钢的扭转实验，测定低碳钢的剪切屈服极限τS：和剪切强度τb；绘制低碳钢的Mn一Φ曲线。2.通过铸铁的扭转实验，测定铸铁的剪切强度极限τb。3.观察断口情况，比较两种材料的机械性能特点。4.主要设备：扭转试验机；主要耗材：低碳钢和铸铁扭转试样，每次实验消耗各1根。金属的扭转破坏实验大纲指导书一、实验目的1、测定低碳钢的屈服点（剪切屈服极限）τs或下屈服点τsl、抗扭强度（剪切强度极限）τb。2、测定铸铁的抗扭强度τb。3、观察、比较和分析上述两种典型材料在受到扭转载荷时的变形和破坏

2、等现象。二、实验设备1、扭转试验机。2、游标卡尺。0.020.02A-BR>10d±0.050.4AL0BLCLTCTCBAAbTbTBsTsupslTTTOΦO(a)(b)图2－21圆形扭转试样图图2-22低碳钢扭转实验T-Ф曲线三、试样的制备根据国家标准GB/T10128-1988《金属室温扭转试验方法》的规定，金属扭转试验所使用的试样截面为圆形，推荐采用直径为10mm，标距Ｌ0分别为50mm和100mm，平行长度ＬC分别为70mm和120mm的试样。试样头部（两端部）的形状和尺寸应根据扭转试验机夹头的具体情况来确定。如果采用

3、其他直径的试样，其平行长度Ｌc应为标距加上两倍的直径。圆形扭转试样的形状、尺寸以及加工精度见图2－21。四、实验原理扭转实验是材料力学实验中最基本的实验之一。在进行扭转实验时，试样两端部被装夹在扭转试验机的夹头上。试验机的一个夹头固定不动，另一个夹头绕轴旋转。以实现对试样施加扭转载荷。这时，从试验机上可读出扭矩Ｔ和对应的扭转角Φ。通过试验机上的自动绘图装置可绘出该试样的扭矩Ｔ与扭转角Φ的关系曲线图。1、低碳钢扭转破坏实验对低碳钢试样进行扭转实验时，通过试验机上的自动绘图装置，我们可绘出该试样在整个扭转过程中的扭矩T与扭转角Ф的关系

4、曲线。如图2－22所示，低碳钢在整个扭转过程中经历了弹性、屈服、强化三个阶段。在弹性阶段——OA直线段，材料服从切变虎克定律。即材料的切应力τ与切应变γ成正比。在屈服阶段——AB曲线段，分两种情况来读屈服点所对应的扭矩Ts。（1）当屈服阶段图形为水平线时，此时实验机扭矩刻度盘上首次出现扭矩不增加（保持恒定）而扭转角增加时的扭矩为屈服扭矩Ts。如图2－22（a）所示。（2）当屈服阶段图形为锯齿形状时，扭矩刻度盘上主针首次下降（回转）前的的扭矩为上屈服扭矩Tsu。而在屈服阶段中最小扭矩为下屈服扭矩Tsl，如图2－22（b）所示。在强化

5、阶段——BC曲线段，这时要让试样继续发生扭转变形，就必须对试样再施加扭矩，直至扭断。试件扭断后，我们可从试验机的扭矩刻度盘上读出试样扭断前所承受的最大扭矩Tb。根据上述国标的规定，我们用测出的屈服扭矩Ts或下屈服扭矩Tsl，按弹性扭转公式计算剪切屈服极限。即屈服点或下屈服点为TTSSlτ=或τ=SSlWW(2-10)其中W为抗扭截面模量。同时用测出的最大扭矩Tb，按弹性扭转公式计算抗扭强度Tbτ=bW(2-11)2、铸铁扭转破坏试验T在对铸铁试样进行扭转试验时，同样可通过试验机上的绘图装置绘出扭矩T与扭转角Φ的关系曲线。如图2－2

6、3所示。从该图和所进A行的试验可以看出，铸铁试样从开始受扭直至破坏，近似一直线。它bT无屈服现象，且扭转变形小。同时破坏是突然发生的，断口形状为与0OΦ试样轴线约成45的螺旋面。在从试验机度盘上读出最大扭矩Tb后，图2-23铸铁的T-Φ曲线图根据上述国标的规定，按弹性公式计算抗扭强度τb=Tb/W。上述扭转00试验要求在室温10C—35C条件下进行。3、破坏分析当试样受扭时，材料处于纯剪切应力状态，见图2－24。由图可知，圆轴扭转时横截面上作用着最大σ＝τmax0τ切应力τ。而在±45斜面上，分别存在最大拉应力４５°τxσ1和最大

7、压应力σ2,且它们的绝对值都等于τ。低σ＝－τmin４５°碳钢（塑性材料）的抗切（剪）能力弱于抗拉压能图2-24纯(剪)切应力状态图力，故试样受扭破坏后，断口平齐，且沿其横截面被切（剪）断。铸铁（脆性材料）的抗压、抗切（剪）能力均强于抗拉能力，故试样0受扭破坏后，沿其45方向被拉断，断口成一螺旋面。两种材料的断口形状见图2－25。TT(a)低碳钢试样断口TT(b)铸铁试样断口图2－25两种材料的受扭试样断口五、实验结果处理根据已测出的低碳钢和铸铁的扭矩，按下面的弹性公式算切应力。低碳钢的扭转屈服点和抗扭强度按下列公式计算：TTSS

8、lτ=或τ=SSlWW扭转屈服点：Tbτ=bW抗扭强度：Tbτ=bW铸铁的抗扭强度：六、实验步骤1、分别测量两种材料试样的直径（测量直径的方法与拉伸试验一样）。2、根据两种材料的抗扭强度τb,,估计最大扭矩Tb,选择合适的扭矩度盘。3、装好绘图纸，