低碳钢和铸铁两种材料扭转机械性能的比较.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划低碳钢和铸铁两种材料扭转机械性能的比较　　一、试验目的扭转试验报告　　1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs和剪切强度极限近似值τb　　2、测定铸铁的剪切强度极限τb　　3、观察并分析两种材料在扭转时的变形和破坏现象　　二、设备和仪器　　1、材料扭转试验机　　2、游标卡尺　　三、试验原理　　1、低碳钢试样　　对试样缓慢加载，试验机的绘图装置自动绘制出T-　　φ曲线最初材料处于　　图1低碳钢是扭转试验　　弹性状态，截面上应力线性分布，T-φ图直线上升到A点，试样横截面边缘处剪应力达到剪切屈服极限τs以后，由屈服产生的塑性区不断向中心扩展，T-φ图　　呈曲线上升至B点，曲线趋于平坦，这时载荷度盘指针停止不动或摆动这不动　　或摆动的最小值就是屈服扭矩Ts再以后材料强化，T-φ图上升，至C点试样断裂　　在试验全过程中，试样直径不变断口是横截面，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?3Ts4Wp　　按式2-1可计算出剪切屈服极限τs。

　　据最大扭矩Tb可得：?b?3Tb4Wp　　按式2-2可计算出剪切强度极限近似值τb　　说明：公式是假定横截面上剪应力均达到τs　　后推导出来的公式形式上与公式虽然完全　　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　　国标GB10128-88规定τs和τb均按弹性扭转公式计算，这样得到的结果可以　　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　　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τb　　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？　　答：铸铁扭转破坏断裂面为何是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　　低碳钢和铸铁的扭转实验　　一、实验名称　　低碳钢和铸铁的扭转实验二、实验目的　　1．测定低碳钢的剪切屈服极限?s及剪切强度极限?b；2．测定铸铁的剪切强度极限?b；　　3．观察比较两种材料扭转变形过程中的各种现象及其破坏形式，并对试件断口进行分析三、实验设备及仪器　　1．扭转试验机2．游标卡尺四、试样制备　　低碳钢和铸铁试样如图所示，直径d=10mm，分别测量并记录试样的原始标距L0。

　　五、实验原理　　扭转实验是将材料制成一定形状和尺寸的标准试样，置于扭转试验机上进行的，利用扭转试验机上面的自动绘图装置可绘出扭转曲线，并能测出金属材料抵抗扭转时的屈服扭矩Ts和最大扭矩Tb通过计算可求出屈服极限?s及剪切强度极限?b　　TsTb　　?s??b?WtWt　　六、实验步骤　　1、测量试件标距；　　Wt　　，其中：　　?　　?d3　　16　　2．选择试验机的加载范围，弄清所用测力刻度盘；3．安装试样，调整测力指针；　　4．实验测试开机缓慢加载，注意观察试件、测力指针和记录图，记录主要数据，在低碳钢扭转时，有屈服现象，记录测力盘指针摆动的最小扭矩为屈服扭矩Ts，直至实验结束记录最大扭矩Tb；　　5．铸铁在扭转时无屈服现象，直至实验结束记录最大扭矩Tb；6．关机取下试件，将机器恢复原位七、数据处理　　1.记录相关数据　　2.计算　　抗扭截面系数Wt的计算Wt　　低碳钢的屈服极限　　?　　?d3　　16　　?　　s　　及剪切强度极限?b的计算　　TsTb　　?s??b?　　WtWt　　Tb　　3）铸铁剪切强度极?b的计算b?Wt　　八、绘制断口示意图并分析破坏原因　　破坏原因分析：　　低碳钢材料的抗剪能力低于抗拉能力，低碳钢扭转时沿最大切应力的作用面发生断裂，为切应力作用而剪断，因此，其破坏断面与曲线垂直，见图(a)所示；　　铸铁材料的抗拉强度较低，铸铁扭转时沿最大拉应力的作用面发生断裂，由应力状态可知，纯剪切最大拉应力作用的主平面与X轴夹角为45°，因此，铸铁圆形试件破坏断面与轴线成45°螺旋面，如图(b)所示。

九、实验作业　　1．说明测定低碳钢剪切屈服极限?s、剪切强度极限?b及铸铁剪切强度极限　　?　　b　　的实验原理及步骤；　　2．根据实验过程中记录的原始数据，计算低碳钢的剪切屈服极限?s、剪切　　强度极限?b及铸铁的剪切强度极限?b；　　3．绘制低碳钢和铸铁的断口示意图，并分析其破坏原因　　材料力学实验报告　　评分标准拉伸实验报告　　一、实验目的　　1.测定低碳钢的强度指标和塑性指标2.测定铸铁的强度极限σb　　3.观察拉伸实验过程中的各种现象，绘制拉伸曲线　　4.比较低碳钢与铸铁的力学特性　　二、实验设备　　机器型号名称电子万能试验机　　测量尺寸的量具名称游标卡尺精度mm　　三、实验数据　　四、实验结果处理　　?s??b?　　PsA0PbA0　　＝300MPa左右＝420MPa左右　　＝20～30％左右＝60～75％左右　　??　　L1?L0　　?100％L0A0?A1　　?100％A0　　?＝　　五、回答下列问题　　1、画出试件破坏后的简图略　　2、画出拉伸曲线图　　3、试比较低碳钢和铸铁拉伸时的力学性质　　低碳钢在拉伸时有明显的弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段，而铸铁没有明显的这四个阶段。

　　4、材料和直径相同而长短不同的试件，其延伸率是否相同？为什么？相同　　延伸率是衡量材料塑性的指标，与构件的尺寸无关　　压缩实验报告　　一、实验目的　　1.测定压缩时铸铁的强度极限σb　　2.观察铸铁在压缩时的变形和破坏现象，并分析原因　　二、实验设备　　机器型号名称电子万能试验机　　测量尺寸的量具名称游标卡尺精度mm　　三、实验数据　　四、实验结果处理　　?b?　　Pb　　=740MPaA0　　左右　　五、回答下列思考题　　1.画出实验前后的试件形状略　　2.绘出两种材料的压缩曲线略　　3.为什么在压缩实验时要加球形承垫？　　当试件的两端稍有不平行时，利用试验机上的球形承垫自动调节，可保证压力通过试件的轴线　　4.对压缩试件的尺寸有何要求？为什么？　　1?　　h0　　?3d0　　试件承受压缩时，上下两端与试验机承垫之间产生很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受阻，导致测得的抗压强度比实际偏高试件越短，影响越明显　　若试件过长，容易产生失稳现象5.铸铁的压缩破坏形式说明了什么？铸铁的抗剪能力低于抗压能力　　测定弹性模量E实验报告　　一、实验目的　　1.测定常用金属材料的弹性模量Ｅ　　二、实验设备　　机器型号名称电子万能试验机　　测量尺寸的量具名称游标卡尺精度mm引伸计标距50mm　　三、实验数据　　四、实验结果处理　　E?　　FNL0　　五、画出F??l曲线图　　六、讨论题　　1.试件尺寸和形式对测定E有无影响？无影响　　弹性模量E是只与材料有关的量，与其他量无关。

　　2.影响实验结果的因素是什么？为何要用等量增载法进行实验？　　扭转实验报告　　一、实验目的　　1.观察低碳钢和铸铁的变形现象及破坏形式2.测定低碳钢的剪切屈服极限?s和剪切强度极限?b3.测定铸铁的剪切强度极限?b　　二、实验设备　　机器型号名称电子扭转试验机选择量程：钢Nm精度Nm　　铸铁Nm精度Nm　　测直径量具名称游标卡尺精度mm　　三、实验数据和计算结果　　四、回答下列问题　　1.画出低碳钢和铸铁试件实验前、后的图形目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。