低碳鋼、鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)報(bào)告

./低碳鋼、鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)一：實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?、掌握扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)操作。2、低碳鋼的剪切屈服極限τs。3、低碳鋼和鑄鐵的剪切強(qiáng)度極限τb。4、觀察比較兩種材料的扭轉(zhuǎn)變形過(guò)程中的變形及其破壞形式,并對(duì)試件斷口形貌進(jìn)行分析。二：實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器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〔a所示。TTbTs0φ?qǐng)D1.低碳鋼材料的扭轉(zhuǎn)圖1.低碳鋼材料的扭轉(zhuǎn)圖τsτsττsτsτdAdAρρ<a><b><c>圖2.低碳鋼圓軸試件扭轉(zhuǎn)時(shí)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φ成正比關(guān)系<見圖1>,橫截面上剪應(yīng)力τ沿半徑線性分布,如圖2<a>所示。隨著扭矩T的增大,橫截面邊緣處的剪應(yīng)力首先達(dá)到剪切屈服極限τs且塑性區(qū)逐漸向圓心擴(kuò)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(kuò)展直到整個(gè)截面幾乎都是塑性區(qū),如圖2<c>所示。此時(shí)在T-φ曲線上出現(xiàn)屈服平臺(tái)<見圖1>,試驗(yàn)機(jī)的扭矩讀數(shù)基本不動(dòng),此時(shí)對(duì)應(yīng)的扭矩即為屈服扭矩Ts。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)的扭矩即為最大扭矩Tb。由可得低碳鋼材料的扭轉(zhuǎn)屈服極限；同理,可得低碳鋼材料扭轉(zhuǎn)時(shí)強(qiáng)度極限,其中為抗扭截面模量。2、鑄鐵扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)鑄鐵試件受扭時(shí),在很小的變形下就會(huì)發(fā)生破壞,其扭轉(zhuǎn)圖如圖3所示。TTbφφOO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(shí)的扭矩即為最大扭矩Tb,鑄鐵材料的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度極限為。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)端口形狀實(shí)驗(yàn)步驟低碳鋼實(shí)驗(yàn)步驟：測(cè)量試樣尺寸在試件兩端及中部位置,沿兩個(gè)相互垂直的方向,測(cè)量試樣直徑,以其平均值計(jì)算個(gè)橫截面面積。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。在試樣上安裝扭角測(cè)試裝置,將一個(gè)定位環(huán)夾盒套在試樣的一端,裝上卡盤,將螺釘擰緊。再將另一個(gè)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(biāo)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(biāo)距準(zhǔn)確,將卡盤上的螺母擰緊。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。選擇低碳鋼扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)方案,記錄低碳鋼試件的屈服扭矩Ts和最大扭矩Tb。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。鑄鐵是脆性材料,只需記錄鐵鑄試件的最大扭矩Tb,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〔mm2抗扭截面系數(shù)<mm3>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Ts=39.98N·m最大扭矩Tb=89.68N·m最大扭轉(zhuǎn)Tb=34.05N·m扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力：153.73MPa扭轉(zhuǎn)極限應(yīng)力：344.80MPa剪切強(qiáng)度極限179.5MPa六：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn),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(jìn)行圓截面試樣扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí),扭矩與扭轉(zhuǎn)之間的關(guān)系符合扭轉(zhuǎn)變形的胡克定律,試中,為截面的極慣性矩。當(dāng)試樣長(zhǎng)度l和極慣性矩Ip均為已知時(shí),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G。如圖所示：橫坐標(biāo)為ΦIP,縱坐標(biāo)為TL,即該直線的的斜率78.12GPa即為低碳鋼的切變模量。七：實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)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。低碳鋼實(shí)驗(yàn)時(shí),在安裝扭角測(cè)量裝置時(shí)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(shí)先要注意調(diào)整活動(dòng)夾頭的位置。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,使試樣中的初始力為零或接近零。進(jìn)入軟件前請(qǐng)確定試驗(yàn)機(jī)電源已經(jīng)打開。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)實(shí)驗(yàn)前一定要預(yù)先全面了解實(shí)驗(yàn)的原理和步驟,以免發(fā)生錯(cuò)誤或者誤差,剛開始我們做實(shí)驗(yàn)時(shí)沒有預(yù)先學(xué)習(xí),所以導(dǎo)致不知道V形塊和卡盤的作用,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。在裝夾試件時(shí)一定要對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備小心,謹(jǐn)慎的進(jìn)行操作,防止損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)