低碳鋼鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞實驗報告

1、鑄鐵 的扭轉(zhuǎn)破壞實驗:實驗目的和要求1、掌握扭轉(zhuǎn)試驗機操作。2、低碳鋼的剪切屈服極限T S。3、低碳鋼和鑄鐵的剪切強度極限T bo4、觀察比較兩種材料的扭轉(zhuǎn)變形過程中的變形及其破壞形式，并對試件斷口形貌進行分析。:實驗設(shè)備和儀器1、材料扭轉(zhuǎn)試驗機2、游標卡尺三、實驗原理1、低碳鋼扭轉(zhuǎn)實驗低碳鋼材料扭轉(zhuǎn)時載荷-變形曲線如圖（a）所示。0©圖1.低碳鋼材料的扭轉(zhuǎn)圖1. 低碳鋼材料的扭轉(zhuǎn)圖(a)(b)(c)圖2.低碳鋼圓軸試件扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力分布示意圖低碳鋼試件在受扭的最初階段，扭矩T與扭轉(zhuǎn)角 械正比關(guān)系(見圖1)，橫截面上剪應(yīng) 力沿半徑線性分布，如圖2(a)所示。隨著扭矩T的增大，橫截面邊緣

2、處的剪應(yīng)力首先達到 剪切屈服極限T且塑性區(qū)逐漸向圓心擴展，形成環(huán)形塑性區(qū)，但中心部分仍是彈性的，見 圖2(b)。試件繼續(xù)變形，屈服從試件表層向心部擴展直到整個截面幾乎都是塑性區(qū)，如圖 2(c)所示。此時在T-©曲線上出現(xiàn)屈服平臺(見圖1)，試驗機的扭矩讀數(shù)基本不動，此時對應(yīng) 的扭矩即為屈服扭矩Ts。隨后，材料進入強化階段，變形增加，扭矩隨之增加，直到試件破壞為止。因扭轉(zhuǎn)無頸縮現(xiàn)象。所以，扭轉(zhuǎn)曲線一直上升直到破壞，試件破壞時的扭矩即為最大扭矩Tb。由Tsd/24AsdAso(2 d)3Wt可得低碳鋼材料的扭轉(zhuǎn)屈服極限3T ;同理，可得低碳鋼材料扭轉(zhuǎn)時強度極限bs4Wt3Tb4Wt，其中

3、Wt -d3為抗扭截面模16量。2、鑄鐵扭轉(zhuǎn)實驗鑄鐵試件受扭時，在很小的變形下就會發(fā)生破壞，其扭轉(zhuǎn)圖如圖3所示。圖3.鑄鐵材料的扭轉(zhuǎn)圖從扭轉(zhuǎn)開始直到破壞為止，扭矩 T與扭轉(zhuǎn)角近似成正比關(guān)系,且變形很小，橫截面上剪應(yīng)力沿半徑為線性分布。試件破壞時的扭矩即為最大扭矩T b，鑄鐵材料的扭轉(zhuǎn)強度極限低碳鋼試樣和鑄鐵試樣的扭轉(zhuǎn)破壞斷口形貌有很大的差別，圖4（ a）所示低碳鋼試樣的斷面與橫截面重合，斷面是最大切應(yīng)力作用面，斷口較為平齊,可知為剪切破壞；圖（b）所示鑄鐵試樣的斷面是與試樣軸線成 45度角的螺旋面，斷面是最大拉應(yīng)力作用面，斷口較為粗糙，因而最大拉應(yīng)力造成的拉伸斷裂破壞。圖4.低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)

4、端口形狀四、實驗步驟低碳鋼實驗步驟:1.測量試樣尺寸 在試件兩端及中部位置，沿兩個相互垂直的方向，測量試樣直徑，以其 平均值計算個橫截面面積。2. 檢查設(shè)備線路連接是否接好，并打開設(shè)備電源以及配套軟件操作界面。3. 在試樣上安裝扭角測試裝置，將一個定位環(huán)夾盒套在試樣的一端，裝上卡盤，將螺釘擰 緊。再將另一個定位環(huán)夾套在試樣的另一端，裝上另一卡盤；根據(jù)不同的試樣標距要求, 將試樣擱放在相應(yīng)的的 V形塊上，使兩卡盤與V形塊的兩端貼緊， 保證卡盤與試樣垂直, 以確保標距準確，將卡盤上的螺母擰緊。4. 將試驗機兩端夾頭對正，裝夾試件，進行保護，清零。5. 選擇低碳鋼扭轉(zhuǎn)實驗方案，記錄低碳鋼試件的屈服扭

5、矩Ts和最大扭矩Tb。6.實驗結(jié)束后，取下試件，觀察試樣破壞斷口形貌，打印實驗結(jié)果，關(guān)閉軟件，關(guān)閉電源。鑄鐵實驗步驟:與低碳鋼扭轉(zhuǎn)實驗步驟相同。鑄鐵是脆性材料，只需記錄鐵鑄試件的最大扭矩Tb,無 需安裝扭角測量裝置。五、實驗記錄及數(shù)據(jù)處理表1.試件尺寸直徑d（ mm）平均直徑最小橫抗扭截面系數(shù)件截面1截面2截面3do(mm)截面面積Ad024(mm2)d 3Wtd0 (mm3)t 16低碳9.969.9810.009.9878.19195.07鋼鑄鐵9.909.889.889.8976.73189.65表2.實驗記錄及數(shù)據(jù)計算試件低碳鋼鑄鐵實屈服扭矩Ts= 39.98 N m最大扭轉(zhuǎn)Tb= 3

6、4.05 N m驗最大扭矩Tb=89.68 N m扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力:3Ts 質(zhì) 153.73 MPa剪切強度極限b W 179.5MPa扭轉(zhuǎn)極限應(yīng)力：b 4W344.80MPa六：實驗數(shù)據(jù)擬合鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞實驗，扭矩-扭角曲線如下圖所示: 低碳鋼的扭轉(zhuǎn)破壞，扭矩-扭轉(zhuǎn)曲線如下圖所示:在彈性范圍內(nèi)進行圓截面試樣扭轉(zhuǎn)實驗時，扭矩與扭轉(zhuǎn)之間的關(guān)系符合扭轉(zhuǎn)變形的胡克4定律 TL/GI P,試中，Ip do /32為截面的極慣性矩。當試樣長度I和極慣性矩Ip均為已知時，只要根據(jù)彈性階段的扭矩-扭角圖擬合出新的圖形即可得出低碳鋼的切變模量如圖所示：橫坐標為IP,縱坐標為TL,即該直線的的斜率78.12GPa即

7、為低碳鋼的切 變模量。七：實驗注意事項1.推動試驗機移動支座時，切記用力過大，以免損壞試樣或傳感器。2.低碳鋼實驗時，在安裝扭角測量裝置時使卡盤與V形塊的兩端貼緊，保證卡盤與試樣垂 直。裝夾試件時先要注意調(diào)整活動夾頭的位置。3. 夾好試樣后，由于此時試樣已經(jīng)在受力， 注意按保護鍵， 使試樣中的初始力為零或接近零。4. 進入軟件前請確定試驗機電源已經(jīng)打開。5. 退出軟件前請確定試驗機電源已經(jīng)關(guān)閉。八：心得體會 1.實驗前一定要預先全面了解實驗的原理和步驟， 以免發(fā)生錯誤或者誤差， 剛開始我們做實 驗時沒有預先學習，所以導致不知道 V 形塊和卡盤的作用，也不清楚怎么進行實驗，所以 說預先學習實驗非常重要。2.在裝夾試件時一定要對實驗設(shè)備小心，謹慎的進行操作，防止損壞實驗設(shè)備。3. 要培養(yǎng)自己做實驗的良好習慣， 做實驗時要想好每一步該如何