精品金属的扭转实验.docx
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精品金属的扭转实验
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
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2－21 圆形扭转试样图
图2—22 低碳钢扭转实验T—Ф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10mm，标距Ｌ0分别为50mm和100mm，平行长度Ｌe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。
如果采用其他直径的试样，其平行长度Ｌc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2－21。
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Ｔ和对应的扭转角Φ.通过试验机上的自动绘图装置可绘出该试样的扭矩Ｔ与扭转角Φ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Ф的关系曲线。
如图2－22所示.由图2－22知,低碳钢在整个扭转过程中经历了弹性、屈服、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τ与切应变γ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2－22（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2－22（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
τs=Ts/Wt或τsl=Tsl/Wt （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
τb=Tb/Wt （2-11）
2、铸铁扭转破坏试验
在对铸铁试样进行扭转试验时，同样可通过试验机上的绘图装置绘出扭矩T与扭转角Φ的关系曲线。
如图2－23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τb=Tb/Wt.
上述扭转试验要求在室温100C-350C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2－24.由图可知，圆轴扭转时横截面上作用着最大切应力τ。
而在±450斜面上,分别存在最大拉应力σ1和最大压应力σ2,且它们的绝对值都等于τ。
塑性材料低碳钢的抗切（剪）能力弱于抗拉压能力,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2－25.
图2－25 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：
τs=Ts/Wt 或 τsl=Tsl/Wt
抗扭强度：
τb=Tb/Wt
铸铁的抗扭强度：
τb=Tb/Wt
金属的扭转实验实验报告
一、实验目的
1、
2
3
二、实验设备
三、低碳钢扭转实验T-Ф曲线
（所选试件尺寸:
）
四、低碳钢扭转屈服点、抗扭强度计算：
铸铁的扭转强度计算：
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