2021年整理低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告文档.doc

低碳钢、铸铁的扭转破坏实验报告一:实验目得与要求1、掌握扭转试验机操作。2、低碳钢得剪切屈服极限 T So3、低碳钢与铸铁得剪切强度极限 Tb°4、观察比较两种材料得扭转变形过程中得变形及其破坏形式，并对试件断口形貌进行分析。二:实验设备与仪器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）所示。图 1、低碳钢材料得扭转图1、低碳钢材料得扭转图低碳钢试件在受扭得最初阶段，扭矩 7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（d）所示。随着扭矩T得增大，横截面边缘处得剪应力首先达到剪切屈服极限J且塑性区逐渐向圆心扩展,形成环形塑性 区，但中心部分仍就是弹性得，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儿乎都就是塑性区，如图2(c)所示。此时在0 0曲线上出现屈服T平台(见图1),试验机得扭矩读数基本不动，此时对应得扭矩即为屈服扭矩随后，so 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，试件破坏时得扭矩即为最大扭矩J-Qfid/2%。山7；=° (2%°) = 一乙比 可得低碳钢材料得扭转屈服极限w,=-d几=洱；同理,可得低碳钢材料扭转时强度极限6=%，其中3为抗41匕4Vv,16扭截面模量。2、铸铁扭转实验铸铁试件受扭时，在很小得变形下就会发生破坏,其扭转图如图3所示。图3、铸铁材料得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。试件破坏时得扭矩即为最大扭矩A,铸铁材料得扭转强度极限为珂=弘。低碳钢试样与铸铁试样得扭转破坏断口形貌有很大得差别，图4 (a)所示低碳 钢试样得断面与横截面重合，断面就是最大切应力作用面，断口较为平齐,可知为剪切破坏；图(b)所示铸铁试样得断面就是与试样轴线成45度角得螺旋面，断面就是最大拉应力作用面,断口较为粗糙，因而最大拉应力造成得拉伸断裂破坏。a)b) 图4、低碳钢与铸铁得扭转端口形状四、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，沿两个相互垂直得方向，测量试样直 径，以其平均值讣算个横截面面积。2. 检查设备线路连接就是否接好,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得一端，装上卡盘， 将螺钉拧紧。再将另一个定位环夹套在试样得另一端，装上另一卡盘;根据不同得 试样标距要求，将试样搁放在相应得得V形块上，使两卡盘与V形块得两端贴紧， 保证卡盘与试样垂直，以确保标距准确，将卡盘上得螺母拧紧。4. 将试验机两端夹头对正，装夹试件，进行保护,清零。T,记录低碳钢试件得屈服扭矩7；与最大扭矩bo5.案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。铸铁就是脆性材料，只需记录铁铸试件得最大扭矩7k无需安装扭角测量装置。五、实验记录及数据处理表1、 试件尺寸直径d(mm)最小横截面面积平均直径抗扭截面系数试d0比=也!_ (mm3)件 截面1截面2截面3(mm)16(mm')低碳9、969、989、8810、009、889、989、8978、19 195、 0776、73 189、 65钢铸9、90铁表2、 实验记录及数据计算 试低碳钢铸铁件屈服扭矩7； 二39、98 Nm最大扭矩最大扭转 TF 34、05 NmF 89、68 NIDT实扭转屈服应力：验3人 一 153、73 MPa4VV.数5剪切强度极限 6=弘=179、5MPa据扭转极限应力：珂=诈=34480MPa4VV六:实验数据拟合铸铁得扭转破坏实验，扭矩-扭角曲线如下图所示：33右R15101015低碳钢得扭转破坏，扭矩-扭转曲线如下图所示: 低後西妞转慣坏曲统 93刃ffl9343?NHsffis10在弹性范圉内进行圆截面试样扭转实验时，扭矩与扭转之间得关系符合扭转变<P = TL/Gl,形得胡克定律 试中，为截面得极惯性矩。当试样长度 1与极惯性p矩Ip均为已知时，只要根据弹性阶段得扭矩-扭角图拟合出新得图形即可得岀低碳钢得切变模量G。 如图所示:横坐标为IP,纵坐标为 TL,即该直线得得斜率 78、12GPa即为低 碳钢得切变模量。七:实验注意事项1. 推动试验机移动支座时，切记用力过大，以免损坏试样或传感器。2. 低碳钢实验时，在安装扭角测量装置时使卡盘与 V形块得两端贴紧，保证卡盘与试样垂直。装夹试件时先要注意调整活动夹头得位置。3. 夹好试样后，由于此时试样已经在受力，注意按保护键，使试样中得初始力为零或接近零。4. 进入软件前请确定试验机电源已经打开。5. 退出软件前请确定试验机电源已经关闭。八:心得体会1. 实验前一定要预先全面了解实验得原与理步骤，以免发生错误或者误差，刚开 始我们做实验时没有预先学习，所以导致不知道V形块与卡盘得作用，也不清楚怎么进行实验，所以说预先学习实验非常重要。2. 在装夹试件时一定要对实验设备小心，谨慎得进行操作，防止损坏实验设备。3. 要培养自己做实验得良好习惯,做实验时要想好每一步该如何操作，要测量什么数据，要记录什么数据，以保证实验数据处理顺利进行。4.拟合曲线所得低碳钢得切变模量与公式G = E/2(l+“)，有材料手册查得弹性模量与泊松比“，计算得到材料得切变模量相差比较大,应该考虑下误差得来 源。