实验项目3： 低碳钢、铸铁的扭转实验.docx

邵阳学院实验报告实验项目： 低碳钢、铸铁的扭转实验实验日期 实验地点 成 绩 院 系 班 级 指导老师同组成员 学生姓名 学生学号 —一、实验内容和目的：1. 观察低碳钢和铸铁的变性现象及破坏形式；2. 测定低碳钢的剪切屈服极限气和剪切强度极限％；3. 测定铸铁的剪切强度极限％；；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（规格、型号）扭转试验机（型号：TNW-500）；游标卡尺三、实验原理 低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图1 所示图 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y成正比关系（见图1）,横截面上剪应 力t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t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-y 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T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 J" sdA 刃 s”/2 P(2 嘶心 3 TssW 可得低碳钢材料的扭转屈服极限 t3TT = s s 4W t同理，可得低碳钢材料扭转时强度极陋b二4Wt兀，其中wt = 16 d 3为抗扭截面模量铸铁试件受扭时，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TT = -b-b Wt四、实验步骤1. 测量直径d在低碳钢试件上划一轴向线和和两条圆周线，用以观察扭转变形2. 选择合适的量程，应使最大扭转处于量程的50-80%范围3. 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4. 装夹试件，使其在夹头的中心位置5. 记录低碳钢试件的屈服扭矩Ts和最大扭矩Tb6. 记录铁铸试件的最大扭矩Tb7. 实验结束后，打印实验结果，关闭软件，关闭电源五、实验记录及数据处理表 1. 试件尺寸试 件直径d (mm)最小 平均 直径 do (mm)最小横截面面积* 兀d 2A = —0— o 4(mm2)抗扭截面系数兀dW =tt 16(mm3)截面1截面2截面3向) ^—1 方<向2) 方—平 均向)^—1 方—1平 均向) r— 1 、力(向2) 方—平 均低 碳 钢铸 铁表 2. 实验记录及数据计算试 件低碳钢铸 铁屈服扭矩 T =N・m最大扭转Tb= N・m实最大扭矩 Tb=N・m验3T数扭转屈服应力：-—一 MPa据S4WtT剪切强度极限e - -w - MPa3Tt扭转极限应力：T=~^ 一 MPab4WtiT iL扭转图O*■ (pOp六、试验结果分析及讨论画出低碳钢和铸铁的扭转破坏的断口草图，描述其特征并分析其破坏原因。