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金属的扭转实验.doc

1、1金属的扭转实验指导书一、实验目的:1、 测定低碳钢扭转流动极限 与扭转强度极限sb2、 测定铸铁的扭转强度极限 b3、 观察并分析比较低碳钢、铸铁试件的断口形状二、实验设备1、扭转试验机。2、游标卡尺。图 221 圆形扭转试样图图 2-22 低碳钢扭转实验 T- 曲线三、试样的制备根据国家标准 GB/T10128-1988金属室温扭转试验方法的规定,金属扭转试验所使用的试样截面为圆形,推荐采用直径为 10 mm,标距 0分别为 50mm 和 100mm,平行长度 e分别为 70mm 和 120mm 的试样。试样头部(两端部)的形状和尺寸应根据扭转试验机夹2头的具体情况来确定。如果采用其他直径

2、的试样,其平行长度 c应为标距加上两倍的直径。圆形扭转试样的形状、尺寸以及 加工精度见左图 221。四、实验原理扭转实验是材料力学实验中最基本的实验之一。在进行扭转实验时,试样两端部被装夹在扭转试验机的夹头上。试验机的一个夹头固定不动,另一个夹头绕轴旋转。以实现对试样施加扭转载荷。这时,从试验机上可读出扭矩和对应的扭转角 。通过试验机上的自动绘图装置可绘出该试样的扭矩与扭转角 的关系曲线图。1、低碳钢扭转破坏实验对低碳钢试样进行扭转实验时,通过试验机上的自动绘图装置,我们可绘出该试样在整个扭转过程中的扭矩 T 与扭转角 的关系曲线。如图 222 所示。由图 222 知,低碳钢在整个扭转过程中经

3、历了弹性、屈服、强化三个阶段。在弹性阶段OA 直线段,材料服从切变虎克定律。即材料的切应力 与切应变 成正比。在屈服阶段AB 曲线段,分两种情况来读屈服点所对应的扭矩 Ts。(1)当屈服阶段图形为水平线时,此时试验机扭矩刻度盘上首次出现扭矩不增加(保持恒定)而扭转角增加时的扭矩为屈服扭矩 Ts。如图 222(a)所示。(2)当屈服阶段图形为锯齿形状时,扭矩刻度盘上主针首次下降(回转)前的的扭矩为上屈服扭矩 Tsu。而在屈服阶段中最小扭矩为下屈服扭矩 Tsl,如图 222(b)所示。在强化阶段BC 曲线段,这时要让试样继续发生扭转变形,就必须对试样再施加扭矩,直至扭断。试件扭断后,我们可从试验机

4、的扭矩刻度盘上读出试样扭断前所承受的最大扭矩Tb。根据上述国标的规定,我们用测出的屈服扭矩 Ts或下屈服扭矩 Tsl,按弹性扭转公式计算剪切屈服极限。即屈服点或下屈服点为 s=Ts/Wt或 sl=Tsl/Wt (2-10)其中 Wt为抗扭截面模量。同时用测出的最大扭矩 Tb,按弹性扭转公式计算抗扭强度 b=Tb/Wt (2-11) 2、铸铁扭转破坏试验在对铸铁试样进行扭转试验时,同样可通过试验机上的绘图装置绘出扭矩 T 与扭转角 的关系曲线。如图 223 所示。从该图和所进行的试验可以看出,铸铁试样从开始受扭直至破坏,近似一直线。它无屈服现象,且扭转变形小。同时破坏是突然发生的,断口形3状为与

5、试样轴线约成 450的螺旋面。在从试验机度盘上读出最大扭矩 Tb后,根据上述国标的规定,按弹性公式计算抗扭强度 b=Tb/Wt.上述扭转试验要求在室温 100C350C 条件下进行。3、破坏分析当试样受扭时,材料处于纯剪切应力状态,见图 224。由图可知,圆轴扭转时横截面上作用着最大切应力 。而在45 0斜面上,分别存在最大拉应力 1和最大压应力 2,且它们的绝对值都等于 。塑性材料低碳钢的抗切(剪)能力弱于抗拉压能力,故试样受扭破坏后,断口平齐,且沿其横截面被切(剪)断。脆性材料铸铁的抗压、抗切(剪)能力均强于抗拉能力,故试样受扭破坏后,沿其 450方向被拉断,断口成一螺旋面。两种材料的断口形状见图 225。图 225 两种材料的受扭试样断口五、实验结果处理根据已测出的低碳钢和铸铁的扭矩,按下面的弹性公式算切应力。低碳钢的扭转屈服点和抗扭强度按下列公式计算:扭转屈服点: s=Ts/Wt 或 sl=Tsl/Wt 抗扭强度: b=Tb/Wt铸铁的抗扭强度: b=Tb/Wt4金属的扭转实验实验报告一、实验目的1、23二、实验设备三、低碳钢扭转实验 T- 曲线( 所选试件尺寸: )四、低碳钢扭转屈服点、抗扭强度计算:铸铁的扭转强度计算:

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