低碳钢铸铁扭转实验报告文档格式.docx

1、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s。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b。说明:（1）公式（2-1）是假定横截面上剪应力均达到s 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s和b均按弹性扭转公式计算，这样得到的结

2、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b。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

3、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

4、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s，及低碳钢铸铁的剪切强度极限b 2、铸铁的抗扭强度极限b 3、观察、比较分析两种材料在扭转过程中变形和破坏形

5、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

6、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

7、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。s=Ms/W b=Mb/W 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 b=Mb/W 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，在与轴线成?45的截面上存在主应力1=，3=-（见图

8、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1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

9、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W 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

10、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

11、机。七、结果整理 1、计算低碳钢的剪切屈服极限 s=Ms W?Mb 强度极限 b= M 2、铸铁的强度极限 b= 式中W=?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s。 3、低碳钢和铸铁的剪切强

12、度极限b。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 0 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与扭转角成正比关系（见图1），横截面上剪应力沿半径线性分布，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 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，

13、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-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

14、坏，其扭转图如图3所示。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?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

15、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