金属的扭转实验.doc

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10 mm，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、
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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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