低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告之欧阳地创编

1、低碳钢、铸铁的扭转破坏实验时间：2021.03. 04创作：欧阳地-：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ts。3、低碳钢和铸铁的剪切强度极限tb。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，并对试件斷口形貌进行分析。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。0图1.低碳钢材料的扭转图1. 低碳钢材料的扭转图(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7与扭转角0 成正比关系(见图1),横截面上剪应力7沿半径线性分 布，如图2(a)所示。

2、随着扭矩厂的增大，横截面边缘处 的剪应力首先达到剪切屈服极限j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)o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。此时在厂-个 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tso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tbo由ts = £pt&a = rj： p（2矽（/°） = - tsw,可得低碳钢材料

3、的扭转 屈服极限j純;同理，可得低碳钢材料扭转时強度极 4vv限6 =瞽，其中wd3为抗扭截面模量。4vv162、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。图3.铸铁材料的扭转图从扭转开始直到破坏为止，扭矩7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 转强度极限为丁严拓。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）所示铸铁试样的断面是与试样轴线成45 度角的螺旋面，

4、斷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。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

5、. 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 矩人和最大扭矩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。五、实验记录及数据处理表1.试件尺寸试件直径d (mm)平均直径d0(mm)最小横 截面面 积(mm2)抗扭截面系数叱=车(mm3)16截面1截面2截面3低碳钢9. 969. 9810. 009.9878.19195. 07铸铁9. 909. 889. 889. 8

6、976. 73189. 65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= 39. 98 nm最大扭矩 tf 89. 68 nm最大扭转 tf 34.05 nm扭转屈服应力：j - 3tx 一 153. 73 mpa 4比剪切强度极限rb = = 179. 5mpa扭转极限应力：珂=马=34480mpa4vv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：在弹性范围内进行圆截面试样扭转实验时，扭矩与扭 转之间的关系符合扭转变形的胡克定律®=tljgip,试 中，为截面的极惯性矩。当试样长度i和极惯 性矩i

7、p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（dip,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，由于此时试样已经在受力，注意按保护 键，使试样中的初始力为零或接近零。4. 进入软件前请确定试验机电源已经打开。5. 退出软件前请确定试验机电源已经关闭。八：心得体会1. 实验前一定要预先全面了解实验的原理和步骤，以免发 生错误或者误差，刚开始我们做实验时没有预先学习，所以导致不知道v形块和卡盘的作用，也不清楚怎么进 行实验，所以说预先学习实验非常重要。2. 在装夹试件时一定要对实验设备小心，谨慎的进行操 作，防止损坏实验设备。3. 要培养自己做实验的良好习惯，做实验时要想好每一步 该如何操作，要测量什