《金属的扭转实验》word版

1、 金属的扭转实验指导书一、 实验目的：1、 测定低碳钢扭转流动极限与扭转强度极限2、 测定铸铁的扭转强度极限3、 观察并分析比较低碳钢、铸铁试件的断口形状二、实验设备1、扭转试验机。2、游标卡尺。图221  圆形扭转试样图 图2-22  低碳钢扭转实验T-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10 mm，标距0分别为50mm和100mm，平行长度e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

2、其他直径的试样，其平行长度c应为标距加上两倍的直径。圆形扭转试样的形状、尺寸以及 加工精度见左图221。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和对应的扭转角。通过试验机上的自动绘图装置可绘出该试样的扭矩与扭转角的关系曲线图。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与扭转角的关系曲线。如图222所示。由图222知，低碳钢在整个扭转过程中经历了弹性、屈服

3、、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。即材料的切应力与切应变成正比。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，此时试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222（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222（b）所示。在强化阶段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

4、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 s=Ts/Wt或sl=Tsl/Wt                                    &

5、#160;                                  (2-10) 其中Wt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b=Tb/Wt     

6、0;                                          (2-11)   2、铸铁扭转破坏试验在对铸铁试样进行扭转试验时，同样可通过试验机

7、上的绘图装置绘出扭矩T与扭转角的关系曲线。如图223所示。从该图和所进行的试验可以看出，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，断口形状为与试样轴线约成450的螺旋面。在从试验机度盘上读出最大扭矩Tb后，根据上述国标的规定，按弹性公式计算抗扭强度b=Tb/Wt.上述扭转试验要求在室温100C350C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224。由图可知，圆轴扭转时横截面上作用着最大切应力。而在±450斜面上，分别存在最大拉应力1和最大压应力2,且它们的绝对值都等于。塑性材料低碳钢的抗切（剪）能力弱于抗拉压能

8、力，故试样受扭破坏后，断口平齐，且沿其横截面被切（剪）断。脆性材料铸铁的抗压、抗切（剪）能力均强于抗拉能力，故试样受扭破坏后，沿其450方向被拉断，断口成一螺旋面。两种材料的断口形状见图225。图225  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：扭转屈服点：s=Ts/Wt  或  sl=Tsl/Wt