低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告Word文档格式.docx

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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。

T

Tb 

Ts 

0 

φ 

图1.低碳钢材料的扭转图

1.低碳钢材料的扭转图

τs

τ

dA

ρ

（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，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。

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。

T

Tb

φ

O

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

。

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，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。