低碳钢铸铁扭转实验报告文档格式.docx
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断口是横截面（见图2a），
这是由于低碳钢抗剪能力小于抗拉能力，而横截面上剪应力最大之故。
图2低碳钢和铸铁的扭转端口形状
据屈服扭矩?
s?
3Ts（2-1）4Wp
按式2-1可计算出剪切屈服极限τs。
据最大扭矩Tb可得:
?
b?
3Tb（2-2）4Wp
按式2-2可计算出剪切强度极限近似值τb。
说明:
（1）公式（2-1）是假定横截面上剪应力均达到τs
后推导出来的。
公式（2-2）形式上与公式（2-1）虽然完全
相同，但它是将由塑性
理论推导出的Nadai公式略去了一项
后得到的，而略去的这一项不一定是高阶小量，所以是近似的。
（2）国标GB10128-88规定τs和τb均按弹性扭转公式计算，这样得到的结果可以
用来比较不同材料的扭转性能，但与实际应力不符。
II、铸铁试样
铸铁的曲线如图3所示。
呈曲线形状，变形很小就突
然破裂，
有爆裂声。
断裂面粗糙，是与轴线约成45?
角的螺
旋面
（见图1-3-2b）。
这是由于铸铁抗拉能力小于抗剪
能力，
而这面上拉应力最大之故。
据断裂前的最大扭矩Tb
按弹性
扭转公式1-3-3可计算抗扭强度τb。
图3铸铁扭转曲线图
四、试验步骤
1、测量试样尺寸
以最小横截面直径计算截面系数（抗扭截面模量）Wp。
2、试验机准备
刻度盘指针调零指针调零，安装绘图记录纸，安装记录笔。
3、安装试样，用粉笔在试样上画一母线，用以观察试样变形情况。
4、测试
对低碳钢试样，起先缓慢加载，注意观察绘图和载荷指针转动情况。
待记录下屈服扭矩Ts后改用快速加载，直至断裂记录下最大扭矩Ts。
对铸铁试样，慢速加载，注意观察绘图、载荷指针转动和试样变形情况直到试样断裂，记录下最大扭矩Tb。
5、取下试样，观察并分析断口形貌和形成原因。
6、试验机回复原状，清理现场。
五、思考题
1、根据低碳钢和铸铁试样扭转破坏的情况分析破坏原因。
答:
低碳钢试件受扭转时沿横截面破坏，此破坏是由横截面上
的切应力造成的，说明低碳钢的抗剪强度较差;
铸铁试件受扭转时沿大约45度斜截面破坏，断口粗糙，此破坏是由斜截面上的拉应力造成的，说明铸铁的抗拉强度较差。
2、铸铁扭转破坏断裂面为何是45?
螺旋面,
铸铁扭转破坏断裂面为何是45度螺旋面而不是45度平面铸铁扭转时主要受45度切应力作用且所受切应力最大,而铸铁的抗拉能力较抗剪能力弱,故产生螺旋面破坏。
篇二:
低碳钢和铸铁扭转实验
实验编号3低碳钢和铸铁扭转实验
低碳钢和铸铁扭转破坏试验
一、概述
工程中有许多承受扭转变形的构件，了解材料在扭转变形时的力学性能，对于构件的合理设计和选材是十分重要的。
材料在扭转变形下的力学性能只能通过试验来测定;
扭转变形是构件的基本变形之一。
因此扭转试验也是材料力学基本实验之一。
二、实验目的
1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs，及低碳钢铸铁的剪切强度极限τb
2、铸铁的抗扭强度极限τb
3、观察、比较分析两种材料在扭转过程中变形和破坏形式。
4、学习自动绘制T,,曲线及微机控制电子扭转实验机、扭角仪的操作
三、实验设备和仪器
1、
2、
3、微机控制电子扭转实验机游标卡尺低碳钢和铸铁圆形扭转试件
四、试件
扭转试验所用试件与拉伸试件的标准相同，一般使用圆形试件，d0=10mm，标距l0=50mm或100mm,平行长度l为70mm或120mm。
其它直径的试样，其平行长度为标距长度加上两倍直径。
为防止打滑，扭转试样的夹持段宜为类矩形，如图3-1所示。
图3-1
五、实验原理
扭转试验是材料力学试验最基本、最典型的试验之一。
进行扭转试验时，把试件两夹持端分别安装于扭转试验机的固定夹头和活动夹头中，开启试验机，试件便受到了扭转荷载，试件本身也随之产生扭转变形。
扭转试验机上可以直接读出扭矩M和扭转角,，同时试验机也自动绘出了M—,曲线图，一般,是试验机两夹头之间的相对扭转角。
扭转试验的标准是GB/T10128-1988。
因材料本身的差异，低碳钢扭转曲线有两种类型，如图3-2所示。
扭转曲线表现为弹性、屈服和强化三个阶段，与低碳钢的拉伸曲线不尽相同，它的屈服过程是由表面逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区。
当横截面的应力全部屈服后，试件才会全面进入塑性。
在屈服阶段，扭矩基本不动或呈下降趋势的轻微波动，而扭转变形继续增加。
当首次扭转角增加而扭矩不增加（或保持恒定）时的扭矩为屈服扭矩，记为Ms;
首次下降前的最大扭矩为上屈服扭矩，记为Msu;
屈服阶段中最小的扭矩为下屈服扭矩，记为MsL（不加说明时指下屈服扭矩）。
对试件连续施加扭矩直至扭断，从试验机扭矩标识上读得最大值。
考虑到整体屈服后塑性变形对应力分布的影响，低碳钢扭转屈服点和抗扭强度理论上应按下式计算。
τs=Ms/Wρτb=Mb/Wρ
图3-2低碳钢图3-3铸铁
铸铁试件扭转时，其扭转曲线不同于拉伸曲线，它有比较明显的非线性偏离，见图（3-3）。
但由于变形很小就突然断裂，一般仍按弹性公式计算铸铁的抗扭强度，即
τb=Mb/Wρ
圆形试件受扭时，横截面上的应力应变分布如图3-4b、c所示。
在试件表面任一点，横截面上有最大切应力τ，在与轴线成?
45的截面上存在主应力σ1=τ，σ3=-τ（见图3-4a）。
低碳钢的抗剪能力弱于抗拉能力，试件沿横截面被剪断。
铸铁的抗拉能力弱于抗剪能力，试件沿与σ1正交的方向被拉断。
图3-4
六、实验步骤
1（开机:
试验机——打印机——计算机
注意:
每次开机后，最好要预热10
分钟，待系统稳定后，再进行试验
工作。
若刚刚关机，需要再开机，至少保证1分钟的时间间隔。
2（双击电脑桌面
图标，进入试验软件，选择好联机的用户名和密码
选择对应的传感器及扭角仪后击
。
3（根据试样情况准备好夹具，若夹具已安装到试验机上，则对夹具进行检查,
并根据试样的长度及夹具的间距设置好限位装置。
4（点击里的新试验，选择相应的试验方案，输入试样的原始用户参数
如尺寸等。
测量试样的尺寸方法为:
用游标卡尺在试样标距两端和中间三个截面上测量直径，每个截面在互相垂直方向各测量一次，取其平均值。
用三个平均值中最小者计算Wρ
5（划线:
在试件的两端和中间用彩色粉笔画三个圆周线，并沿试件表面划一母
线，以便观察低碳钢扭转时的变形情况（铸铁变形较小不用画此线）。
6（装夹试样
7（先按“对正”按键，使两夹头对正。
如发现夹头有明显的偏差，请按下“正
传”或“反转”按键进行微调。
8（将已安装卡盘的试样的一端放入从动夹头的钳口间，扳动夹头的手柄将试样
夹紧。
9（按“扭矩清零”按键或试验操作界面上的扭矩“清零”按钮。
10（推动移动支座移动，使试样的头部进入主动夹头的钳口间。
11（先按下“试样保护”按键，然后慢速扳动夹头的手柄，直至将试样夹紧。
12（按“扭转角清零”按键，（点击扭角窗口的
屏上的扭转角显示值为零。
13（将测量辊放在卡盘上。
按钮）使计算机显示
14（点击，开始自动试验，软件自动切换到试验界面。
15（观察试验过程
16（试验结束，在试验结果栏中，程序将自动计算出结果显示在其
中。
如果想清楚的观看结果，可双击试验结果区，试验结果区将放大到半屏，方便观看结果数据，再次双击，试验结果区大小复原。
如果想分析曲线，双击曲线区，曲线区将放大到半屏，方便分析曲线，再次双击，曲线区大小复原。
17、实验完成后，点击,打印试验报告。
18、关闭试验窗口及软件;
关机:
试验软件——试验机——计算机。
七、结果整理
1、计算低碳钢的剪切屈服极限τs=Ms
W?
Mb
强度极限τb=
M2、铸铁的强度极限τb=
式中Wρ=?
16sW?
d3是试件的抗扭截面模量。
八、预习要求:
1、复习课程中的扭转理论。
2、阅读扭转实验指导书。
九、思考题
1、低碳钢拉伸和扭转的断裂方式是否一样,破坏原因是否一样,
2、铸铁在压缩破坏和扭转破坏试验中，断口外缘与轴线夹角是否相同,破坏原因是否相同,
3、分析低碳钢拉伸曲线与扭转曲线的相似处和异同点,
篇三:
低碳钢、铸铁的扭转破坏实验报告
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。
T
0υ
图1.低碳钢材料的扭转图
1.低碳钢材料的扭转图
（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υ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τ
s
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-υ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Ts?
sdA?
A
d/20
（2?
d?
）?
sWt可得低碳钢材料的
4
3
扭转屈服极限?
Wt?
3Ts3T
;
同理，可得低碳钢材料扭转时强度极限?
b，其中4Wt4Wt
16
d3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。
O
υ
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?
Tb
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。
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.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。
五、实验记录及数据处理表1.试件尺寸
表2.实验记录及数据计算
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
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