低碳钢、铸铁的扭转破坏实验报告.docx

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1、低碳钢、铸铁的扭转破坏试验一:试验目的和要求1、把握扭转试验机操作。2、低碳钢的剪切屈服极限TS。3、低碳钢和铸铁的剪切强度极限Tb。4、观看比较两种材料的扭转变形过程中的变形及其破坏形式,并对试件断口形 貌进展分析。二:试验设备和仪器1、材料扭转试验机2、游标卡尺三、试验原理1、低碳钢扭转试验图1.低碳钢材料的扭转图1.低碳钢材料的扭转图(b)(b)(c)图2.低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图低碳钢试件在受扭的最初阶段,扭矩T与扭转角巾成正比关系(见图1),横 截面上剪应力T沿半径线性分布,如图2(a)所示。随着扭矩T的增大,横截面边缘处的剪应力首先到达剪切屈服极限丁 且塑性区渐渐向圆心

2、扩展,形成环形 S塑性区,但中心局部仍是弹性的,见图2(b)o试件连续变形,屈听从试件表层 向心部扩展直到整个截面几乎都是塑性区,如图2(c)所示。此时在T-4曲线上 消灭屈服平台(见图1),试验机的扭矩读数根本不动,此时对应的扭矩即为屈服 扭矩T 。随后,材料进入强化阶段,变形增加,扭矩随之增加,直到试件破坏为S止。因扭转无颈缩现象。所以,扭转曲线始终上升直到破坏,试件破坏时的扭矩 即为最大扭矩T。由7 = J pt ”2p2冗仇上= W可得低碳钢材料的 $ 24 ss03st3T3T扭转屈服极限T =一;同理,可得低碳钢材料扭转时强度极限二=,其中s 4.b 4VKttnW=打d3为抗扭截

3、面模量。t 162、铸铁扭转试验铸铁试件受扭时,在很小的变形下就会发生破坏,其扭转图如图3所示。0图3.铸铁材料的扭转图从扭转开头直到破坏为止,扭矩T与扭转角近似成正比关系,且变形很小, 横截面上剪应力沿半径为线性分布。试件破坏时的扭矩即为最大扭矩T ,铸铁材 b T 料的扭转强度极限为T =一。b 14/ t低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断口形貌有很大的差异,图4 所示低 碳钢试样的断面与横截面重合,断面是最大切应力作用面,断口较为平齐,可知 为剪切破坏;图1b)所示铸铁试样的断面是与试样轴线成45度角的螺旋面,断 面是最大拉应力作用面,断口较为粗糙,因而最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。a)b

4、)图4.低碳钢和铸铁的扭转端口外形四、试验步骤低碳钢试验步骤:1 .测量试样尺寸 在试件两端及中部位置,沿两个相互垂直的方向,测量试样 直径,以其平均值计算个横截面面积。2 .检查设备线路连接是否接好,并翻开设备电源以及配套软件操作界面。3 .在试样上安装扭角测试装置,将一个定位环夹盒套在试样的一端,装上卡盘, 将螺钉拧紧。再将另一个定位环夹套在试样的另一端,装上另一卡盘;依据不同 的试样标距要求,将试样搁放在相应的的V形块上,使两卡盘与V形块的两端贴紧, 保证卡盘与试样垂直,以确保标距准确,将卡盘上的螺母拧紧。4 .将试验机两端夹头对正,装夹试件,进展保护,清零。5 .选择低碳钢扭转试验方案

5、,记录低碳钢试件的屈服扭矩 T和最大扭矩T。 sb.试验完毕后,取下试件,观看试样破坏断口形貌,打印试验结果,关闭软件, 关闭电源。铸铁试验步骤:与低碳钢扭转试验步骤一样。铸铁是脆性材料,只需记录铁铸试件的最大扭 矩T无需安装扭角测量装置。b,五、试验记录及数据处理表1.试件尺寸试 件直径d (mm)平均直径d0(mm)最小横 截面面 积兀d 2A = o 4(mm2)抗扭截面系数兀d 3叱=-yo- (mm:v截面1截面2截面3低 碳钢9. 969. 9810. 009.978.1195.07铸铁9. 909. 889. 889. 8976. 73189. 65表2.试验记录及数据计算试件低

6、碳钢铸 铁屈服扭矩 T= 39.98 N-m s最大扭转 T= 34.05 N m b实最大扭矩T=89. 68 N mb验扭转屈服应力:数据:二 l = 153. 73 MPa 4t剪切强度极限t =3 = 179. 5MPa b Wt3扭转极限应力:t =344. 80MPa b 4Wt六:试验数据拟合铸铁的扭转破坏试验,扭矩-扭角曲线如以下图所示:u情投杷坏破坏由法2520105低碳钢的扭转破坏,扭矩-扭转曲线如以下图所示:低碳钢的扭转破坏,扭矩-扭转曲线如以下图所示:世演国用科位杯曲长在弹性范围内进展圆截面试样扭转试验时,扭矩与扭转之间的关系符合扭转在弹性范围内进展圆截面试样扭转试验时

7、,扭矩与扭转之间的关系符合扭转变形的胡克定律=/G/ ,试中,I 71d 932为截面的极惯性矩。当试样长 pp= o度1和极惯性矩Ip均为时,只要依据弹性阶段的扭矩-扭角图拟合出的图形即可得出低碳钢的切变模量Go如下图:横坐标为Ip,纵坐标为TL,即该直线的的斜率78. 12GPa即为低 碳钢的切变模量。七:试验留意事项.推动试验机移动支座时,切记用力过大,以免损坏试样或传感器。1 .低碳钢试验时,在安装扭角测量装置时使卡盘与V形块的两端贴紧,保证卡盘 与试样垂直。装夹试件时先要留意调整活动夹头的位置。2 .夹好试样后,由于此时试样已经在受力,留意按保护键,使试样中的初始力为 零或接近零。3

8、 .进入软件前请确定试验机电源已经翻开。4 .退出软件前请确定试验机电源已经关闭。八:心得体会.试验前肯定要预先全面了解试验的原理和步骤,以免发生错误或者误差,刚开 头我们做试验时没有预先学习,所以导致不知道V形块和卡盘的作用,也不清楚 怎么进展试验,所以说预先学习试验格外重要。1 .在装夹试件时肯定要对试验设备留神,慎重的进展操作,防止损坏试验设备。2 .要培育自己做试验的良好习惯,做试验时要想好每一步该如何操作,要测量什 么数据,要记录什么数据,以保证明验数据处理顺当进展。3 .拟合曲线所得低碳钢的切变模量与公式G = E12(1+n ),有材料手册查得弹性 模量和泊松比日,计算得到材料的切变模量相差比较大,应当考虑下误差的来 源。

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