低碳鋼、鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、低碳鋼、鑄鐵得扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)一:實(shí)驗(yàn)?zāi)康门c要求1、掌握扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)操作。2、低碳鋼得剪切屈服極限T So3、低碳鋼與鑄鐵得剪切強(qiáng)度極限Tb°4、觀察比較兩種材料得扭轉(zhuǎn)變形過(guò)程中得變形及其破壞形式，并對(duì)試件斷口形貌 進(jìn)行分析。二:實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器1、材料扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)2、游標(biāo)卡尺三、實(shí)驗(yàn)原理1、低碳鋼扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)低碳鋼材料扭轉(zhuǎn)時(shí)載荷-變形曲線如圖）所示。圖1、低碳鋼材料得扭轉(zhuǎn)圖1、低碳鋼材料得扭轉(zhuǎn)圖低碳鋼試件在受扭得最初階段，扭矩7與扭轉(zhuǎn)角。成正比關(guān)系（見(jiàn)圖1）,橫截 面上剪應(yīng)力沿半徑線性分布，如圖2（d）所示。隨著扭矩T得增大，橫截面邊緣 處得剪應(yīng)力首先達(dá)到剪切屈服極限J且塑性區(qū)逐漸向圓心擴(kuò)展,形

2、成環(huán)形塑性區(qū)，但中心部分仍就是彈性得，見(jiàn)圖2(b)。試件繼續(xù)變形，屈服從試件表層向心部 擴(kuò)展直到整個(gè)截面兒乎都就是塑性區(qū)，如圖2(c)所示。此時(shí)在0 0曲線上出現(xiàn)屈 服平臺(tái)(見(jiàn)圖1),試驗(yàn)機(jī)得扭矩讀數(shù)基本不動(dòng)，此時(shí)對(duì)應(yīng)得扭矩即為屈服扭矩Tso 隨后，材料進(jìn)入強(qiáng)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(wú) 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(shí)得扭矩即為最大扭矩Qfid/2J-%。山7；=° (2%°) = 一乙比 可得低碳鋼材料得扭轉(zhuǎn)屈服極限幾=洱；同理,可得低碳鋼材料扭轉(zhuǎn)時(shí)強(qiáng)度極限6=%，其中w,=-d3為抗41匕4Vv,16扭截面模量。2、鑄

3、鐵扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)鑄鐵試件受扭時(shí)，在很小得變形下就會(huì)發(fā)生破壞,其扭轉(zhuǎn)圖如圖3所示。圖3、鑄鐵材料得扭轉(zhuǎn)圖從扭轉(zhuǎn)開(kāi)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(shí)得扭矩即為最大扭矩A,鑄鐵材料 得扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限為珂=弘。低碳鋼試樣與鑄鐵試樣得扭轉(zhuǎn)破壞斷口形貌有很大得差別，圖4 (a)所示低碳 鋼試樣得斷面與橫截面重合，斷面就是最大切應(yīng)力作用面，斷口較為平齊,可知為 剪切破壞；圖(b)所示鑄鐵試樣得斷面就是與試樣軸線成45度角得螺旋面，斷面 就是最大拉應(yīng)力作用面,斷口較為粗糙，因而最大拉應(yīng)力造成得拉伸斷裂破壞。a)b)圖4、低碳鋼與鑄鐵得扭轉(zhuǎn)端口形狀四、

4、實(shí)驗(yàn)步驟低碳鋼實(shí)驗(yàn)步驟：1. 測(cè)量試樣尺寸 在試件兩端及中部位置，沿兩個(gè)相互垂直得方向，測(cè)量試樣直 徑，以其平均值訃算個(gè)橫截面面積。2. 檢查設(shè)備線路連接就是否接好,并打開(kāi)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(cè)試裝置，將一個(gè)定位環(huán)夾盒套在試樣得一端，裝上卡盤(pán)， 將螺釘擰緊。再將另一個(gè)定位環(huán)夾套在試樣得另一端，裝上另一卡盤(pán);根據(jù)不同得 試樣標(biāo)距要求，將試樣擱放在相應(yīng)得得V形塊上，使兩卡盤(pán)與V形塊得兩端貼緊， 保證卡盤(pán)與試樣垂直，以確保標(biāo)距準(zhǔn)確，將卡盤(pán)上得螺母擰緊。4. 將試驗(yàn)機(jī)兩端夾頭對(duì)正，裝夾試件，進(jìn)行保護(hù),清零。5. 選擇低碳鋼扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)方案,記錄低碳鋼試件得屈服扭矩7；與最大

5、扭矩Tbo6. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取下試件，觀察試樣破壞斷口形貌，打印實(shí)驗(yàn)結(jié)果，關(guān)閉軟件，關(guān) 閉電源。鑄鐵實(shí)驗(yàn)步驟：與低碳鋼扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)步驟相同。鑄鐵就是脆性材料，只需記錄鐵鑄試件得最大 扭矩7k無(wú)需安裝扭角測(cè)量裝置。五、實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理表1、 試件尺寸試件直徑d(mm)平均直徑d0(mm)最小橫截面面 積(mm')抗扭截面系數(shù)比=也!_ (mm3)16截面1截面2截面3低碳鋼9、969、9810、009、9878、19195、 07鑄鐵9、909、889、889、8976、73189、 65表2、實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)計(jì)算試件低碳鋼鑄鐵實(shí) 驗(yàn) 數(shù)據(jù)屈服扭矩 7；二39、98 Nm 最大扭矩 Tf 8

6、9、68 Nid最大扭轉(zhuǎn) Tf 34、05 Nm扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力：3人 一 153、73 MPa5 4VV.扭轉(zhuǎn)極限應(yīng)力：珂=詐=34480MPa4VV剪切強(qiáng)度極限6=弘=179、5MPa六:實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合33右 R15101510鑄鐵得扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)，扭矩-扭角曲線如下圖所示：低碳鋼得扭轉(zhuǎn)破壞，扭矩-扭轉(zhuǎn)曲線如下圖所示:93低後西妞轉(zhuǎn)慣壞曲統(tǒng)刃ffl9343? NHsffis10在彈性范圉內(nèi)進(jìn)行圓截面試樣扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，扭矩與扭轉(zhuǎn)之間得關(guān)系符合扭轉(zhuǎn) 變形得胡克定律<P = TL/Glp,試中，/"</32為截面得極慣性矩。當(dāng)試樣長(zhǎng)度 1與極慣性矩Ip均為已知時(shí)，只要根據(jù)彈性階段得扭

7、矩-扭角圖擬合出新得圖形 即可得岀低碳鋼得切變模量G。如圖所示:橫坐標(biāo)為Ip,縱坐標(biāo)為T(mén)L,即該直線得得斜率78、12GPa即為低 碳鋼得切變模量。七:實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1. 推動(dòng)試驗(yàn)機(jī)移動(dòng)支座時(shí)，切記用力過(guò)大，以免損壞試樣或傳感器。2. 低碳鋼實(shí)驗(yàn)時(shí)，在安裝扭角測(cè)量裝置時(shí)使卡盤(pán)與V形塊得兩端貼緊，保證卡盤(pán) 與試樣垂直。裝夾試件時(shí)先要注意調(diào)整活動(dòng)夾頭得位置。3. 夾好試樣后，由于此時(shí)試樣已經(jīng)在受力，注意按保護(hù)鍵，使試樣中得初始力為零 或接近零。4. 進(jìn)入軟件前請(qǐng)確定試驗(yàn)機(jī)電源已經(jīng)打開(kāi)。5. 退出軟件前請(qǐng)確定試驗(yàn)機(jī)電源已經(jīng)關(guān)閉。八:心得體會(huì)1. 實(shí)驗(yàn)前一定要預(yù)先全面了解實(shí)驗(yàn)得原理與步驟，以免發(fā)生錯(cuò)誤或者誤差，剛開(kāi) 始我們做實(shí)驗(yàn)時(shí)沒(méi)有預(yù)先學(xué)習(xí)，所以導(dǎo)致不知道V形塊與卡盤(pán)得作用，也不清楚 怎么進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所以說(shuō)預(yù)先學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)非常重要。2. 在裝夾試件時(shí)一定要對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備小心，謹(jǐn)慎得進(jìn)行操作，防止損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備。3. 要培養(yǎng)自己做實(shí)驗(yàn)得良好習(xí)慣,做實(shí)驗(yàn)時(shí)要想好每一步該