实验四低碳钢和铸铁的扭转实验一、实验目的（1） 测定低碳钢的剪切屈服极限T，低碳钢和铸铁的剪切强度极限T bsb（2） 观察低碳钢和铸铁扭转时的破坏过程，分析它们在不同受力时力学性能的差异 3 ）了解扭转试验机的操作规程二、实验设备（ 1 ） NJ — 50B 型扭转试验机 2 ）游标卡尺三、实验原理及方法工程中经常遇到承受扭转作用的构件，特别是很多传动零件都在扭转条件下工作测定 扭转条件下的力学性能，对零件等受扭的构件在设计计算和选材方面有重要的实际意义圆柱形试件在纯扭转时，试件表面应力状态如图4.1 所示，其最大剪应力和正应力绝对 值相等，夹角成 45°，因此扭转实验可以明显地区分材料的断裂方式—拉断或剪断如果 材料的抗剪强度低于抗拉强度，破坏形式为剪断，断口应与其轴线垂直；如果材料的抗拉强 度小于抗剪强度，破坏原因为拉应力，破坏面应是沿45°的方向MM图 4.1 圆轴扭转时的表面应力材料的扭转过程可用M-申曲线来描述M为施加扭矩，申为试样的相对扭转角图4.2为两种典型材料（低碳钢和铸铁）的扭转曲线低碳钢扭转曲线的直线部分为弹性阶段, 此时截面上的剪应力为线性分布，最大剪应力发生在横截面周边处，圆心处剪应力为零，如 图4.3 （a）所示。
低碳钢扭转时有明显的屈服阶段，但与拉伸实验相比，它的屈服过程是由 表面至圆心逐渐进行的，如图4.3 （b）所示当横截面全部屈服后，试样才全面进入塑性，扭转曲线图上出现屈服平台，扭矩度盘上的指针几乎不再转动，甚至有微小的倒退现象这时，横截面上的剪应力不再成线性分布如认为这时整个圆截面皆为塑性区，如图4.3 (c)所示，则屈服极限近似为式中过屈服阶段后，材料的强化使承载力又有缓慢的上升，，但变形非常明显，试样的纵向 画线变成螺旋线，扭矩继续增加，直至破坏破坏时的扭矩，即为最大扭矩^，剪切强度 极限近似为：(4.2)3MT = bb 4Wp铸铁的扭转曲线虽然较明显地偏离直线，但仍可近似地视为一条直线，没有屈服过程， 故可按弹性应力公式计算出材料的抗扭强度极限，即(4.3)M,W四、试验步骤（1）测量试件直径量取三个截面，每个截面测量两个互相垂直的方向取平均值用三处 截面中平均值最小者计算抗扭截面模量Wp2） 试验机准备根据试件尺寸，估计所需最大扭矩，选择适当的扭矩量程3） 安装试件（注意试件的纵轴线与试验机夹头的轴线重合），用粉笔在试件表面上画一条 纵直线，以便观察试件的变形4） 扭矩、扭转角初值调零。
5） 开机试验对于低碳钢试样，首先缓慢均匀加载，直到测出屈服扭矩 M 和屈服扭转s角9，然后改用快速加载直至破坏对于铸铁试样，由于其变形较小，必须缓慢均匀加载 s直至破坏试样破坏后立即停机，读出最大扭矩M及转角9 （ 9几应为破坏瞬时的角度）b b b（ 6）取下试件，观察断口形状及塑性变形情况 7）实验完毕，试验机复原，关闭电源五、实验结果的处理（1） 计算低碳钢扭转屈服极限 t = 泄s 4Wp（2） 计算低碳钢扭转强度极限 t =呱b 4Wp（3） 计算铸铁扭转强度极限 t = MbbWp式中w =乞竺为抗扭截面模量，单位为mm3；扭矩单位为N.m,应力单位为MPap 16（4） 绘出两种材料扭转破坏的断口形状图说明其特征并分析破坏原因。