实验项目3：低碳钢、铸铁的扭转实验

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1、邵阳学院实验报告实验项目：低碳钢、铸铁的扭转实验实验日期实验地点成绩院系班级指导老师同组成员学生姓名学生学号一、实验内容和目的：1.观察低碳钢和铸铁的变性现象及破坏形式；2.测定低碳钢的剪切屈服极限τs和剪切强度极限τb；3.测定铸铁的剪切强度极限τb；4.观察比较两种材料的扭转变形过程中的变形及其破坏形式，并对试件断口形貌进行分析。二、实验设备（规格、型号）扭转试验机（型号：）；游标卡尺三、实验原理低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图1所示。TTbTsOφ图1.低碳钢材料的扭转图τsτsτdAρ(

2、a)(b)(c)图2.低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图低碳钢试件在受扭的最初阶段，扭矩T与扭转角φ成正比关系(见图1)，横截面上剪应力τ沿半径线性分布，如图2(a)所示。随着扭矩T的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限τs且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区，但中心部分仍是弹性的，见图2(b)。试件继续变形，屈服从试件表层向心部扩展直到整个截面几乎都是塑性区，如图2(c)所示。此时在T-φ曲线上出现屈服平台(见图1)，试验机的扭矩读数基本不动，此时对应的扭矩即为屈服扭矩Ts。随后，

3、材料进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加，直到试件破坏为止。因扭转无颈缩现象。所以，扭转曲线一直上升直到破坏，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩Tb。由可得低碳钢材料的扭转屈服极限；同理，可得低碳钢材料扭转时强度极限，其中为抗扭截面模量。铸铁试件受扭时，在很小的变形下就会发生破坏，其扭转图如图3所示。TTbφO铸铁材料的扭转图从扭转开始直到破坏为止，扭矩T与扭转角近似成正比关系，且变形很小，横截面上剪应力沿半径为线性分布。试件破坏时的扭矩即为最大扭矩Tb，铸铁材料的扭转强度极限为四、实验步骤1.测量直径

4、d。在低碳钢试件上划一轴向线和和两条圆周线，用以观察扭转变形。2.选择合适的量程，应使最大扭转处于量程的50-80℅范围。3.检查设备线路连接是否接好，并打开设备电源以及配套软件操作界面。4.装夹试件，使其在夹头的中心位置。5.记录低碳钢试件的屈服扭矩Ts和最大扭矩Tb。6.记录铁铸试件的最大扭矩Tb。7.实验结束后，打印实验结果，关闭软件，关闭电源五、实验记录及数据处理表1.　试件尺寸试件直径d（mm）最小平均直径d0(mm)最小横截面面积（mm2）抗扭截面系数(mm3)截面1截面2截面3方向（

5、1）方向（2）平均方向（1）方向（2）平均方向（1）方向（2）平均低碳钢铸铁表2.　实验记录及数据计算试件低碳钢铸铁实验数据屈服扭矩Ts=N·m最大扭矩Tb=N·m最大扭转Tb=N·m扭转屈服应力：MPa扭转极限应力：MPa剪切强度极限MPa扭转图TOφTOφ六、试验结果分析及讨论画出低碳钢和铸铁的扭转破坏的断口草图，描述其特征并分析其破坏原因。