低碳鋼鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞實驗報告

1、鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞實驗一：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p so3、低碳鋼和鑄鐵的剪切強度極限p 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。二：實驗設備和儀器1、材料扭轉(zhuǎn)試驗機2、游標卡尺三、實驗原理-變形曲線如圖(a)所示圖1.低碳鋼材料的扭轉(zhuǎn)圖1、低碳鋼扭轉(zhuǎn)實驗低碳鋼材料扭轉(zhuǎn)時載荷TTT01.低碳鋼材料的扭轉(zhuǎn)圖圖2.低碳鋼圓軸試件扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角小成正比關系(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 先達到剪切

2、屈服極限 j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-小曲線上出現(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(zhuǎn)無頸縮現(xiàn)象。所以，扭轉(zhuǎn)曲線一直上升直到破壞，d/24試件破壞時的扭矩即為最大扭矩 Tbo由TssdA s (2d)- sWt可得低碳A03鋼材料的扭轉(zhuǎn)屈服極限s 匹；同理，可得低碳鋼材料扭轉(zhuǎn)時強度極限 b 處，其中 4Wt4WtWt d為抗扭截面模

3、量。162、鑄鐵扭轉(zhuǎn)實驗3所示。3.鑄鐵材料的扭轉(zhuǎn)圖鑄鐵試件受扭時，在很小的變形下就會發(fā)生破壞，具扭轉(zhuǎn)圖如圖從扭轉(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兀，鑄鐵材料的扭轉(zhuǎn)強度極 限為b四。Wt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(zhuǎn)端口形狀四、實

4、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 .檢查設備線路連接是否接好，并打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(zhuǎn)實驗方案，記錄低碳鋼試件的屈服扭矩Ts和最大扭

5、矩Tb06 .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，關閉軟件，關閉電源。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.試件尺寸試件直徑d (mm平均直徑de(mm)最小橫 截向向 積2A W4(mmj)抗扭截面系數(shù)d；3Wt (mm)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.實驗記錄及數(shù)據(jù)計算試件低碳鋼鑄 鐵實驗屈服扭矩最大扭矩Ts= 39.98 N - mTb= 89.68

6、 N - m最大扭轉(zhuǎn)Tb= 34.05 N m數(shù)據(jù)扭轉(zhuǎn)屈服應力：3Tss 153.73 MPa4Wt扭轉(zhuǎn)極限應力：b亞344.80MPa4Wt剪切強度極限 b衛(wèi)179.5MPa Wt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)之間的關系符合扭轉(zhuǎn)變形的胡4.克定律 TL/GIp,試中，Ip do / 32為截面的極慣性矩。當試樣長度l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G如圖所示：橫坐標為IP,縱坐標為TL,即該直線的的斜率78.

7、12GPa即為低碳鋼的 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