低碳鋼鑄鐵的扭轉破壞實驗報告_第1頁
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文檔簡介

1、低碳鋼、 鑄鐵的扭轉破壞實驗一:實驗目的和要求1、掌握扭轉試驗機操作。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、觀察比擬兩種材料的扭轉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。二:實驗設備和儀器1、材料扭轉試驗機2、游標卡尺三、實驗原理1、低碳鋼扭轉實驗圖1.低碳鋼材料的扭轉圖1低碳鋼材料的扭轉圖T(a)(b)(c)圖2低碳鋼圓軸試件扭轉時的應力分布示意圖低碳鋼試件在受扭的最初階段,扭矩 T與扭轉角(成正比關系(見圖1),橫 截面上剪應力 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 緣處的剪應力首先到達剪切屈服極限 t且塑性區(qū)逐

2、漸向圓心擴展,形成環(huán)形塑性 區(qū),但中心局部仍是彈性的,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-仙線上出現(xiàn)屈 服平臺(見圖1),試驗機的扭矩讀數(shù)根本不動,此時對應的扭矩即為屈服扭矩 Tso 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 轉無頸縮現(xiàn)象。所以,扭轉曲線一直上升直到破壞,試件破壞時的扭矩即為最大 扭矩Tbo由Ts人sdA s J (2 d ) 4 sWt可得低碳鋼材料的扭轉屈服3極限s壟;同理,可得低碳鋼材料扭轉時強度極限 b 3Tl,其中Wtd34Wt4Wt16為抗扭截面模量。2、鑄鐵

3、扭轉實驗鑄鐵試件受扭時,在很小的變形下就會發(fā)生破壞,其扭轉圖如圖3所示圖3.鑄鐵材料的扭轉圖從扭轉開始直到破壞為止,扭矩 T與扭轉角近似成正比關系,且變形很小, 橫截面上剪應力沿半徑為線性分布。試件破壞時的扭矩即為最大扭矩 Tb,鑄鐵材 料的扭轉強度極限為b丄。Wt低碳鋼試樣和鑄鐵試樣的扭轉破壞斷口形貌有很大的差異, 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 面是最大拉應力作用面,斷口較為粗糙,因而最大拉應力造成的拉伸斷裂破壞。圖4.低碳鋼和鑄鐵的扭轉端口形狀四、實驗步驟

4、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. 檢查設備線路連接是否接好,并翻開設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. 選擇低碳鋼扭轉實驗方案,記錄低碳鋼試件的屈服扭矩Ts和最大扭矩Tb6. 實

5、驗結束后,取下試件,觀察試樣破壞斷口形貌,打印實驗結果,關閉軟件, 關閉電源。鑄鐵實驗步驟:與低碳鋼扭轉實驗步驟相同。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.試件尺寸試件直徑d( mrh平均直徑do(mm)最小橫 截面面 積Ao 4(mm抗扭截面系數(shù)d33Wt0 (mm)16截面1截面2截面3低碳鋼鑄鐵00009889二表2.實驗記錄及數(shù)據(jù)計算試件低碳鋼鑄鐵屈服扭矩Ts= 39.98 N m實最大扭矩Tb= 89.68 N m最大扭轉 Tb=34.05 N m驗扭轉屈服應力:數(shù)3Tss 恥 153.73 MPa4Wt據(jù)剪切強度極限b

6、Wt l79.5MPa扭轉極限應力:b並4Wt六:實驗數(shù)據(jù)擬合 鑄鐵的扭轉破壞實驗,扭矩-扭角曲線如下列圖所示:低碳鋼的扭轉破壞,扭矩-扭轉曲線如下列圖所示:在彈性范圍內進行圓截面試樣扭轉實驗時,扭矩與扭轉之間的關系符合扭轉4變形的胡克定律TL/Glp,試中,Ip d 132為截面的極慣性矩。當試樣長 度I和極慣性矩Ip均為時,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 G如下圖:橫坐標為Ip,縱坐標為TL,即該直線的的斜率即為低 碳鋼的切變模量。七:實驗考前須知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

7、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)翻開。5. 退出軟件前請確定試驗機電源已經(jīng)關閉。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備小心,謹慎的進行操作,防止損壞實驗設備。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操作, 要

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