材料的力學(xué)性能試驗(yàn)

1、第一章 材料的力學(xué)性能試驗(yàn)材料的力學(xué)性能試驗(yàn)是工程中廣泛應(yīng)用的一種試驗(yàn)，它為機(jī)械制造、土木工程、冶金及其它各種工業(yè)部門提供可靠的材料的力學(xué)性能參數(shù)，便于合理地使用材料，保證機(jī)器（結(jié)構(gòu)）及其零件（構(gòu)件）的安全工作。材料的力學(xué)性能試驗(yàn)必須按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。第一節(jié) 拉伸試驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.驗(yàn)證胡克定律，測定低碳鋼的彈性常數(shù)：彈性模量。2.測定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：屈服應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度。3.測定低碳鋼拉伸時(shí)的塑性性能指標(biāo)：伸長率和斷面收縮率。4.測定灰鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度。5.繪制低碳鋼和灰鑄鐵的拉伸圖，比較低碳鋼與灰鑄鐵在拉伸時(shí)的力學(xué)性能和破壞形式。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器1.萬能試

2、驗(yàn)機(jī)。2.引伸儀。3.游標(biāo)卡尺。 三、實(shí)驗(yàn)試樣按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB639786金屬拉伸試驗(yàn)試樣，金屬拉伸試樣的形狀隨著產(chǎn)品的品種、規(guī)格以及試驗(yàn)?zāi)康牡牟煌譃閳A形截面試樣、矩形截面試樣、異形截面試樣和不經(jīng)機(jī)加工的全截面形狀試樣四種。其中最常用的是圓形截面試樣和矩形截面試樣。如圖1-1所示，圓形截面試樣和矩形截面試樣均由平行、過渡和夾持三部分組成。平行部分的試驗(yàn)段長度稱為試樣的標(biāo)距，按試樣的標(biāo)距與橫截面面積之間的關(guān)系，分為比例試樣和定標(biāo)距試樣。圓形截面比例試樣通常取或，矩形截面比例試樣通常取或，其中，前者稱為長比例試樣（簡稱長試樣），后者稱為短比例試樣（簡稱短試樣）。定標(biāo)距試樣的與之間無上述比例關(guān)系

3、。過渡部分以圓弧與平行部分光滑地連接，以保證試樣斷裂時(shí)的斷口在平行部分。夾持部分稍大，其形狀和尺寸根據(jù)試樣大小、材料特性、試驗(yàn)?zāi)康囊约叭f能試驗(yàn)機(jī)的夾具結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對試樣的形狀、尺寸和加工的技術(shù)要求參見國家標(biāo)準(zhǔn)GB639786。（a）（b）圖1-1 拉伸試樣（a）圓形截面試樣；（b）矩形截面試樣 四、實(shí)驗(yàn)原理與方法 1.測定低碳鋼的彈性常數(shù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，先把試樣安裝在萬能試驗(yàn)機(jī)上，再在試樣的中部裝上引伸儀，并將指針調(diào)整到0，用于測量試樣中部長度（引伸儀兩刀刃間的距離）內(nèi)的微小變形。開動萬能試驗(yàn)機(jī)，預(yù)加一定的初載荷（可?。?，同時(shí)讀取引伸儀的初讀數(shù)。為了驗(yàn)證載荷與變形之間成正比的關(guān)系，在彈性范圍內(nèi)（根據(jù)

4、求出的最大彈性載荷不超過）采用等量逐級加載方法，每次遞加同樣大小的載荷增量（可選），在引伸儀上讀取相應(yīng)的變形量。若每次的變形增量大致相等，則說明載荷與變形成正比關(guān)系，即驗(yàn)證了胡克定律。彈性模量可按下式算出式中：為載荷增量；為試樣的橫截面面積；為引伸儀的標(biāo)距（即引伸儀兩刀刃間的距離）；為在載荷壇量下由引伸儀測出的試樣變形增量平均值。2.測定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度和塑性性能指標(biāo)彈性模量測定完后，將載荷卸去，取下引伸儀，調(diào)整好萬能試驗(yàn)機(jī)的自動繪圖裝置，再次緩慢加載直至試樣拉斷，以測出低碳鋼在拉伸時(shí)的力學(xué)性能。（1）強(qiáng)度性能指標(biāo)屈服應(yīng)力（屈服點(diǎn)）試樣在拉伸過程中載荷不增加而試樣仍能繼續(xù)產(chǎn)生變形時(shí)的載荷（即

5、屈服載荷）除以原始橫截面面積所得的應(yīng)力值，即抗拉強(qiáng)度試樣在拉斷前所承受的最大載荷除以原始橫截面面積所得的應(yīng)力值，即低碳鋼是具有明顯屈服現(xiàn)象的塑性材料，在均勻緩慢的加載過程中，當(dāng)萬能試驗(yàn)機(jī)測力盤上的主動指針發(fā)生回轉(zhuǎn)時(shí)所指示的最小載荷（下屈服載荷）即為屈服載荷。試樣超過屈服載荷后，再繼續(xù)緩慢加載直至試樣被拉斷，萬能試驗(yàn)機(jī)的從動指針?biāo)甘镜淖畲筝d荷即為極限載荷。當(dāng)載荷達(dá)到最大載荷后，主動指針將緩慢退回，此時(shí)可以看到，在試樣的某一部位局部變形加快，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，隨后試樣很快被拉斷。（2）塑性性能指標(biāo)伸長率拉斷后的試樣標(biāo)距部分所增加的長度與原始標(biāo)距長度的百分比，即式中：為試樣的原始標(biāo)距；為將拉斷的試樣對

6、接起來后兩標(biāo)點(diǎn)之間的距離。試樣的塑性變形集中產(chǎn)生在頸縮處，并向兩邊逐漸減小。因此，斷口的位置不同，標(biāo)距部分的塑性伸長也不同。若斷口在試樣的中部，發(fā)生嚴(yán)重塑性變形的頸縮段全部在標(biāo)距長度內(nèi)，標(biāo)距長度就有較大的塑性伸長量；若斷口距標(biāo)距端很近，則發(fā)生嚴(yán)重塑性變形的頸縮段只有一部分在標(biāo)距長度內(nèi)，另一部分在標(biāo)距長度外，在這種情況下，標(biāo)距長度的塑性伸長量就小。因此，斷口的位置對所測得的伸長率有影響。為了避免這種影響，國家標(biāo)準(zhǔn)GB22887對的測定作了如下規(guī)定。試驗(yàn)前，將試樣的標(biāo)距分成十等分。若斷口到鄰近標(biāo)距端的距離大于，則可直接測量標(biāo)距兩端點(diǎn)之間的距離作為。若斷口到鄰近標(biāo)距端的距離小于或等于，則應(yīng)采用移位法

7、（亦稱為補(bǔ)償法或斷口移中法）測定：在長段上從斷口點(diǎn)起，取長度基本上等于短段格數(shù)的一段，得到點(diǎn)，再由點(diǎn)起，取等于長段剩余格數(shù)（偶數(shù)）的一半得到點(diǎn)（見圖1-2（a）；或取剩余格數(shù)（奇數(shù)）減1與加1的一半分別得到點(diǎn)與點(diǎn)（見圖1-2（b）。移位后的分別為：或。測量時(shí)，兩段在斷口處應(yīng)緊密對接，盡量使兩段的軸線在一條直線上。若在斷口處形成縫隙，則此縫隙應(yīng)計(jì)入內(nèi)。如果斷口在標(biāo)距以外，或者雖在標(biāo)距之內(nèi)，但距標(biāo)距端點(diǎn)的距離小于，則試驗(yàn)無效。（a）（b）圖1-2 測的移位法斷面收縮率拉斷后的試樣在斷裂處的最小橫截面面積的縮減量與原始橫截面面積的百分比，即式中：為試樣的原始橫截面面積；為拉斷后的試樣在斷口處的最小橫

8、截面面積。3.測定灰鑄鐵拉伸時(shí)強(qiáng)度性能指標(biāo)灰鑄鐵在拉伸過程中，當(dāng)變形很小時(shí)就會斷裂，萬能試驗(yàn)機(jī)的指針?biāo)甘镜淖畲筝d荷除以原始橫截面面積所得的應(yīng)力值即為抗拉強(qiáng)度，即 五、實(shí)驗(yàn)步驟1.測定低碳鋼的彈性常數(shù)（1）測量試樣的尺寸。（2）先將低碳鋼的拉伸試樣安裝在萬能試驗(yàn)機(jī)上，再把引伸儀安裝在試樣的中部，并將指針調(diào)零。（3）按等量逐級加載法均勻緩慢加載，讀取引伸儀的讀數(shù)。2.測定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度和塑性性能指標(biāo)（1）將試樣打上標(biāo)距點(diǎn)，并刻畫上間隔為或的分格線。（2）在試樣標(biāo)距范圍內(nèi)的中間以及兩標(biāo)距點(diǎn)的內(nèi)側(cè)附近，分別用游標(biāo)卡尺在相互垂直方向上測取試樣直徑的平均值為試樣在該處的直徑，取三者中的最小值作為計(jì)算

9、直徑。（3）把試樣安裝在萬能試驗(yàn)機(jī)的上、下夾頭之間，估算試樣的最大載荷，選擇相應(yīng)的測力盤，配置好相應(yīng)的擺錘，調(diào)整測力指針，使之對準(zhǔn)“0”點(diǎn)，將從動指針與之靠攏，同時(shí)調(diào)整好自動繪圖裝置。（4）開動萬能試驗(yàn)機(jī)，勻速緩慢加載，觀察試樣的屈服現(xiàn)象和頸縮現(xiàn)象，直至試樣被拉斷為止，并分別記錄下主動指針回轉(zhuǎn)時(shí)的最小載荷和從動指針?biāo)Ａ粑恢玫淖畲筝d荷。（5）取下拉斷后的試樣，將斷口吻合壓緊，用游標(biāo)卡尺量取斷口處的最小直徑和兩標(biāo)點(diǎn)之間的距離。3.測定灰鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)（1）測量試樣的尺寸。（2）把試樣安裝在萬能試驗(yàn)機(jī)的上、下夾頭之間，估算試樣的最大載荷，選擇相應(yīng)的測力盤，配置好相應(yīng)的擺錘。調(diào)整測力指針，

10、使之對準(zhǔn)“0”點(diǎn)，將從動指針與之靠攏，同時(shí)調(diào)整好自動繪圖裝置。（3）開動萬能試驗(yàn)機(jī)，勻速緩慢加載直至試樣被拉斷為止，記錄下從動指針?biāo)Ａ粑恢玫淖畲筝d荷。 六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與計(jì)算1.測定低碳鋼的彈性常數(shù)表1-1 測定低碳鋼的彈性模量試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算試樣尺寸： 直徑 引伸儀參數(shù)： 標(biāo)距 放大倍數(shù) 變形/格載荷/第 一 次第 二 次讀數(shù)增量引伸儀讀數(shù)n增量引伸儀讀數(shù)n增量增量均值 增量均值 格增量均值 格試樣在引伸儀標(biāo)距內(nèi)伸長的平均值 彈性模量 2.測定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度和塑性性能指標(biāo)表1-2 測定低碳鋼拉伸時(shí)的強(qiáng)度和塑性性能指標(biāo)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算試 樣 尺 寸實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù)實(shí)驗(yàn)前： 標(biāo) 距

11、 直 徑 實(shí)驗(yàn)后： 標(biāo) 距 最小直徑 屈服載荷 最大載荷 屈服應(yīng)力 抗拉強(qiáng)度 伸 長 率 斷面收縮率 拉斷后的試樣草圖試 樣 的 拉 伸 圖3.測定灰鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)表1-3 測定灰鑄鐵拉伸時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算試 樣 尺 寸實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù)實(shí)驗(yàn)前： 直 徑 最大載荷 抗拉強(qiáng)度 拉斷后的試樣草圖試 樣 的 拉 伸 圖4.拉伸試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算精確度（1）強(qiáng)度性能指標(biāo)（屈服應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度）的計(jì)算精度要求為，即：凡的數(shù)值舍去，而的數(shù)值化為，的數(shù)值者則進(jìn)為。（2）塑性性能指標(biāo)（伸長率和斷面收縮率）的計(jì)算精度要求為，即：凡的數(shù)值舍去，而的數(shù)值化為，的數(shù)值則進(jìn)為。 七、注意事項(xiàng)1.實(shí)驗(yàn)時(shí)

12、必須嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器的各項(xiàng)操作規(guī)程，嚴(yán)禁開“快速”檔加載。開動萬能試驗(yàn)機(jī)后，操作者不得離開工作崗位，實(shí)驗(yàn)中如發(fā)生故障應(yīng)立即停機(jī)。2.引伸儀系精密儀器，使用時(shí)須謹(jǐn)慎小心，不要用手觸動指針和杠桿。安裝時(shí)不能卡得太松，以防實(shí)驗(yàn)中脫落摔壞；也不能卡得太緊，以防刀刃損傷造成測量誤差。3.加載時(shí)速度要均勻緩慢，防止沖擊。 八、思考題1.低碳鋼和灰鑄鐵在常溫靜載拉伸時(shí)的力學(xué)性能和破壞形式有何異同？2.測定材料的力學(xué)性能有何實(shí)用價(jià)值？3.你認(rèn)為產(chǎn)生試驗(yàn)結(jié)果誤差的因素有哪些？應(yīng)如何避免或減小其影響？第二節(jié) 壓縮試驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測定低碳鋼壓縮時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：屈服應(yīng)力。2.測定灰鑄鐵壓縮時(shí)的強(qiáng)度性能指

13、標(biāo)：抗壓強(qiáng)度。3.繪制低碳鋼和灰鑄鐵的壓縮圖，比較低碳鋼與灰鑄鐵在壓縮時(shí)的變形特點(diǎn)和破壞形式。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器1.萬能試驗(yàn)機(jī)。2.游標(biāo)卡尺。 三、實(shí)驗(yàn)試樣按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB731487金屬壓縮試驗(yàn)方法，金屬壓縮試樣的形狀隨著產(chǎn)品的品種、規(guī)格以及試驗(yàn)?zāi)康牡牟煌譃閳A柱體試樣、正方形柱體試樣和板狀試樣三種。其中最常用的是圓柱體試樣和正方形柱體試樣，如圖1-3所示。根據(jù)試驗(yàn)的目的，對試樣的標(biāo)距作如下規(guī)定：的試樣僅適用于測定；（或）的試樣適用于測定、和；（或）的試樣適用于測定和。其中（或）。 （a） （b）圖1-3 壓縮試樣（a）圓柱體試樣；（b）正方形柱體試樣對試樣的形狀、尺寸和加工的技術(shù)要求參

14、見國家標(biāo)準(zhǔn)GB639786。 四、實(shí)驗(yàn)原理與方法1.測定低碳鋼壓縮時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)低碳鋼在壓縮過程中，當(dāng)應(yīng)力小于屈服應(yīng)力時(shí)，其變形情況與拉伸時(shí)基本相同。當(dāng)達(dá)到屈服應(yīng)力后，試樣產(chǎn)生塑性變形，隨著壓力的繼續(xù)增加，試樣的橫截面面積不斷變大直至被壓扁。故只能測其屈服載荷，屈服應(yīng)力為式中：為試樣的原始橫載面面積。2.測定灰鑄鐵壓縮時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)灰鑄鐵在壓縮過程中，當(dāng)試樣的變形很小時(shí)即發(fā)生破壞，故只能測其破壞時(shí)的最大載荷，抗壓強(qiáng)度為 五、實(shí)驗(yàn)步驟1.檢查試樣兩端面的光潔度和平行度，并涂上潤滑油。用游標(biāo)卡尺在試樣的中間截面相互垂直的方向上各測量一次直徑，取其平均值作為計(jì)算直徑。2.估算試樣的最大載荷，選擇

15、相應(yīng)的測力盤，配置好相應(yīng)的擺錘。調(diào)整測力指針，使之對準(zhǔn)“0”，將從動指針與之靠攏，同時(shí)調(diào)整好自動繪圖裝置。3.檢查球形承墊與承墊是否符合要求。4.將試樣放進(jìn)萬能試驗(yàn)機(jī)的上、下承墊之間，并檢查對中情況。5.開動萬能試驗(yàn)機(jī)，均勻緩慢加載，注意讀取低碳鋼的屈服載荷和灰鑄鐵的最大載荷，并注意觀察試樣的變形現(xiàn)象。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與計(jì)算表1-4 測定低碳鋼和灰鑄鐵壓縮時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算材料試樣直徑實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù)實(shí)驗(yàn)后的試樣草圖試樣的壓縮圖低碳鋼屈服載荷 屈服應(yīng)力 灰鑄鐵最大載荷 抗壓強(qiáng)度 七、思考題1.比較低碳鋼和灰鑄鐵在拉伸與壓縮時(shí)所測得的和的數(shù)值有何差別？2.仔細(xì)觀察灰鑄鐵的破壞形

16、式并分析破壞原因。第三節(jié) 剪切試驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測定低碳鋼剪切時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：抗切強(qiáng)度。2.測定灰鑄鐵剪切時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：抗切強(qiáng)度。3.比較低碳鋼和灰鑄鐵的剪切破壞形式。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器1.萬能材料試驗(yàn)機(jī)。2.剪切器。3.游標(biāo)卡尺。 三、實(shí)驗(yàn)試樣常用的剪切試樣為圓形截面試樣。 四、實(shí)驗(yàn)原理與方法把試樣安裝在剪切器內(nèi)，用萬能試驗(yàn)機(jī)對剪切器的剪切刀刃施加載荷，則試樣上有兩個橫截面受剪，如圖1-4所示。隨著載荷的增加，剪切面上的材料經(jīng)過彈性、屈服等階段，最后沿剪切面被剪斷。圖1-4 剪切器的原理用萬能試驗(yàn)機(jī)可以測得試樣被剪壞時(shí)的最大載荷，抗切強(qiáng)度為式中：為試樣的原始橫截面面積。從被剪壞的

17、低碳鋼試樣可以看到，剪斷面已不再是圓，說明試樣尚受到擠壓應(yīng)力的作用。同時(shí)，還可以看出中間一段略有彎曲，表明試樣承受的不是單純的剪切變形式，這與工程中使用的螺栓、鉚釘、銷釘、鍵等聯(lián)接件的受力情況相同，故所測得的有實(shí)用價(jià)值。 五、實(shí)驗(yàn)步驟1.測量試樣的直徑（與拉伸試驗(yàn)的測量方法相同）。2.估算試樣的最大載荷，選擇相應(yīng)的測力盤，配置好相應(yīng)的擺錘。調(diào)整測力指針，使之對準(zhǔn)“0”，將從動指針與之靠攏。3.將試樣裝入剪切器中。4.把剪切器放到萬能試驗(yàn)機(jī)的壓縮區(qū)間內(nèi)。5.均勻緩慢加載直至試樣被剪斷，讀取最大載荷，取下試樣，觀察破壞現(xiàn)象。 六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與計(jì)算表1-5 測定低碳鋼和灰鑄鐵剪切時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)

18、試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算材 料試樣直徑d/最大載荷/抗切強(qiáng)度/低碳鋼灰鑄鐵 七、思考題1.比較低碳鋼和灰鑄鐵被剪斷后的試樣，分析破壞原因。第四節(jié) 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.驗(yàn)證剪切胡克定律，測定低碳鋼的彈性常數(shù)：切變模量。2.測定低碳鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力和抗扭強(qiáng)度。3.測定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)：抗扭強(qiáng)度。4.繪制低碳鋼和灰鑄鐵的扭轉(zhuǎn)圖，比較低碳鋼和灰鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞形式。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器1.扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)。2.扭角儀。3.游標(biāo)卡尺。 三、實(shí)驗(yàn)試樣按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB1012888金屬室溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法，金屬扭轉(zhuǎn)試樣的形狀隨著產(chǎn)品的品種、規(guī)格以及試驗(yàn)?zāi)康牡牟煌譃閳A形截面試樣和管形截

19、面試樣兩種。其中最常用的是圓形截面試樣，如圖1-1a所示。通常，圓形截面試樣的直徑，標(biāo)距或，平行部分的長度為。若采用其它直徑的試樣，其平行部分的長度應(yīng)為標(biāo)距加上兩倍直徑。試樣頭部的形狀和尺寸應(yīng)適合扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的夾頭夾持。由于扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，試樣表面的切應(yīng)力最大，試樣表面的缺陷將敏感地影響試驗(yàn)結(jié)果，所以，對扭轉(zhuǎn)試樣的表面粗糙度的要求要比拉伸試樣的高。對扭轉(zhuǎn)試樣的加工技術(shù)要求參見國家標(biāo)準(zhǔn)GB1012888。 四、實(shí)驗(yàn)原理與方法1.測定低碳鋼的彈性常數(shù)為了驗(yàn)證剪切胡克定律，在彈性范圍內(nèi)，采用等量逐級加載法。試驗(yàn)裝置如圖1-5所示，將試樣安裝在扭角儀上，每次增加同樣的扭矩，若扭轉(zhuǎn)角也基本相等，即驗(yàn)證了剪切胡

20、克定律。圖1-5 扭角儀根據(jù)扭矩增量的平均值，測得的扭轉(zhuǎn)角增量的平均值，由此可得到切變模量式中：為試樣的標(biāo)距；為試樣在標(biāo)距內(nèi)橫截面的極慣性矩；為試樣的直徑。若載荷增量的平均值為，則扭矩增量的平均值為，若測量點(diǎn)的位移增量平均值為，則扭轉(zhuǎn)角增量的平均值為，將這些關(guān)系式代入上式，即得式中：為載荷力臂；為測量力臂。2.測定低碳鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)試樣在外力偶矩的作用下，其上任意一點(diǎn)處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)。隨著外力偶矩的增加，測矩盤上的指針會出現(xiàn)停頓，這時(shí)指針?biāo)甘镜耐饬ε季氐臄?shù)值即為屈服力偶矩，低碳鋼的扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力為式中：為試樣在標(biāo)距內(nèi)的抗扭截面系數(shù)。在測出屈服扭矩后，改用電動加載，直到試樣被扭斷為止。

21、測矩盤上的從動指針?biāo)甘镜耐饬ε季財(cái)?shù)值即為最大力偶矩，低碳鋼的抗扭強(qiáng)度為對上述兩公式的來源說明如下：低碳鋼試樣在扭轉(zhuǎn)變形過程中，利用扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上的自動繪圖裝置繪出的圖如圖1-6所示。當(dāng)達(dá)到圖中點(diǎn)時(shí)，與成正比的關(guān)系開始破壞，這時(shí)，試樣表面處的切應(yīng)力達(dá)到了材料的扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力，如能測得此時(shí)相應(yīng)的外力偶矩，如圖1-7a所示，則扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力為經(jīng)過點(diǎn)后，橫截面上出現(xiàn)了一個環(huán)狀的塑性區(qū)，如圖1-7b所示。若材料的塑性很好，且當(dāng)塑性區(qū)擴(kuò)展到接近中心時(shí)，橫截面周邊上各點(diǎn)的切應(yīng)力仍未超過扭轉(zhuǎn)屈服應(yīng)力，此時(shí)的切應(yīng)力分布可簡化成圖1-7c所示的情況，對應(yīng)的扭矩為圖1-6 低碳鋼的扭轉(zhuǎn)圖 （a） （b） （c）圖1-7

22、 低碳鋼圓柱形試樣扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的切應(yīng)力分布（a）；（b）；（c）由于，因此，由上式可以得到無論從測矩盤上指針前進(jìn)的情況，還是從自動繪圖裝置所繪出的曲線來看，點(diǎn)的位置不易精確判定，而點(diǎn)的位置則較為明顯。因此，一般均根據(jù)由點(diǎn)測定的來求扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。當(dāng)然這種計(jì)算方法也有缺陷，只有當(dāng)實(shí)際的應(yīng)力分布與圖1-7c完全相符合時(shí)才是正確的，對塑性較小的材料差異是比較大的。從圖1-6可以看出，當(dāng)外力偶矩超過后，扭轉(zhuǎn)角增加很快，而外力偶矩增加很小，近似于一條直線。因此，可認(rèn)為橫截面上的切應(yīng)力分布如圖1-7c所示，只是切應(yīng)力值比大。根據(jù)測定的試樣在斷裂時(shí)的外力偶矩，可求得抗扭強(qiáng)度為3.測定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)

23、對于灰鑄鐵試樣，只需測出其承受的最大外力偶矩（方法同2），抗扭強(qiáng)度為由上述扭轉(zhuǎn)破壞的試樣可以看出：低碳鋼試樣的斷口與軸線垂直，表明破壞是由切應(yīng)力引起的；而灰鑄鐵試樣的斷口則沿螺旋線方向與軸線約成角，表明破壞是由拉應(yīng)力引起的。 五、實(shí)驗(yàn)步驟1.測定低碳鋼的彈性常數(shù)（1）調(diào)整好扭角儀上的百分表，使指針對準(zhǔn)“0”。（2）采用等量逐級加載法，每加一塊砝碼，記錄一次百分表的讀數(shù)。（3）卸載，整理儀器。2.測定低碳鋼扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)（1）測量試樣的直徑（方法與拉伸試驗(yàn)相同）。（2）將試樣安裝到扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上，選擇合適的測矩盤和相應(yīng)的擺錘，調(diào)整好測矩盤的指針，使之對準(zhǔn)“0”，并將從動指針與之靠攏，同時(shí)調(diào)整

24、好自動繪圖裝置。（3）用手搖柄均勻緩慢加載，注意觀察測矩盤上的指針，若指針停止轉(zhuǎn)動，則表明整個材料發(fā)生屈服，記錄下此時(shí)的外力偶矩。（4）改用電動快速加載，直至試樣被扭斷為止，關(guān)閉扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，由從動指針讀取最大外力偶矩。3.測定灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)（1）測量試樣的直徑（方法與拉伸試驗(yàn)相同）。（2）將試樣安裝到扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上，選擇合適的測矩盤和相應(yīng)的擺錘，調(diào)整好測矩盤的指針，使之對準(zhǔn)“0”，并將從動指針與之靠攏，同時(shí)調(diào)整好自動繪圖裝置。（3）用手搖柄均勻緩慢加載，直至試樣被扭斷為止，關(guān)閉扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，由從動指針讀取最大外力偶矩。 六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算1.測定低碳鋼的彈性常數(shù)表1-6 測定低碳鋼的切變模量試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算試樣尺寸： 標(biāo) 距 直 徑 扭角儀參數(shù)： 載荷力臂 測量臂長 位移/載荷/第 一 次第 二 次讀數(shù)增量百分表讀數(shù)增量百分表讀數(shù)增量增量均值 增量均值 增量均值 切變模量 2.測定低碳鋼和灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)表1-7 測定低碳鋼和灰鑄鐵扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度性能指標(biāo)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算材料低 碳 鋼灰 鑄 鐵試樣尺寸直 徑 直 徑 實(shí)驗(yàn)后的試樣草圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)屈 服 扭 矩 最 大 扭