低碳钢、铸铁的扭转破坏实验报告.docx

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1、低碳钢、铸铁的扭转破坏实验一：实验目的和要求1、掌握扭转试验机操作。2、低碳钢的剪切屈服极限τs。3、低碳钢和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：实验设备和仪器1、材料扭转试验机2、游标卡尺三、实验原理1、低碳钢扭转实验低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图（a）所示。TTbTs0φ图1.低碳钢材料的扭转图1.低碳钢材料的扭转图τττssdAρ(a)(b)(c)图2.低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图专业文档供参考，如有帮助请下载。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

2、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，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T。由TssdAd/2d）4sWt可得低碳钢材

3、料的s（2bA03扭转屈服极限s3Ts；同理，可得低碳钢材料扭转时强度极限b3Tb，其中4Wt4Wt3Wtd为抗扭截面模量。2、铸铁扭转实验铸铁试件受扭时，在很小的变形下就会发生破坏，其扭转图如图3所示。TTbOφ图3.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bTb。Wt低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断口形貌有很大的差别，图4（a）所示低碳钢试样的断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏；图（b）所示铸

4、铁试样的断面是与试样轴线成45度角的螺旋面，断面是最大拉应力作用面，断口较为粗糙，因而最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。专业文档供参考，如有帮助请下载。图4.低碳钢和铸铁的扭转端口形状四、实验步骤低碳钢实验步骤：1.测量试样尺寸在试件两端及中部位置，沿两个相互垂直的方向，测量试样直径，以其平均值计算个横截面面积。2.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。3.在试样上安装扭角测试装置，将一个定位环夹盒套在试样的一端，装上卡盘，将螺钉拧紧。再将另一个定位环夹套在试样的另一端，装上另一卡盘；根据不同的试样标距要求，将试样搁放在相应的的V形块上，使两

5、卡盘与V形块的两端贴紧，保证卡盘与试样垂直，以确保标距准确，将卡盘上的螺母拧紧。4.将试验机两端夹头对正，装夹试件，进行保护，清零。5.选择低碳钢扭转实验方案，记录低碳钢试件的屈服扭矩Ts和最大扭矩Tb。6.实验结束后，取下试件，观察试样破坏断口形貌，打印实验结果，关闭软件，关闭电源。铸铁实验步骤：与低碳钢扭转实验步骤相同。铸铁是脆性材料，只需记录铁铸试件的最大扭矩Tb，无需安装扭角测量装置。专业文档供参考，如有帮助请下载。五、实验记录及数据处理表1.试件尺寸直径d（mm）试件截面1截面2截面3低碳9.969.9810.00钢铸9.889.889.90铁表2.实

6、验记录及数据计算试低碳钢件屈服扭矩Ts·m=39.98N实最大扭矩Tb·m=89.68N验扭转屈服应力：最小横平均直径截面面抗扭截面系数d0积d03d03)2Wt(mm(mm)16A042（mm）9.9878.19195.079.8976.73189.65铸铁最大扭转Tb=34.05N·m数3Ts153.73MPas4Wt据剪切强度极限bTb179.5MPaWt扭转极限应力：b3Tb344.80MPa4Wt专业文档供参考，如有帮助请下载。六：实验数据拟合铸铁的扭转破坏实验，扭矩-扭角曲线如下图所示：低碳钢的扭转破坏，扭矩-扭转曲线如下图所示：在弹性范围内进行

7、圆截面试样扭转实验时，扭矩与扭转之间的关系符合扭转专业文档供参考，如有帮助请下载。变形的胡克定律TL/GIP，试中，IPd04/32为截面的极惯性矩。当试样长度l和极惯性矩Ip均为已知时，只要根据弹性阶段的扭矩-扭角图拟合出新的图形即可得出低碳钢的切变模量G。如图所示：横坐标为ΦIP，纵坐标为TL，即该直线的的斜率78.12GPa即为低碳钢的切变模量。七：实验注意事项1.推动试验机移动支座时，切记用力过大，以免损坏试样或传感器。2.低碳钢实验时，在安装扭角测量装置时使卡盘与V形块的两端贴紧，保证卡盘与试样垂直。装夹试件时先要注意调整活动夹头的位置。3.夹好试样后

8、，由于此时试样已经在受力