低碳钢、铸铁的扭转破坏实验一：实验目的和要求1、 掌握扭转试验机操作2、 低碳钢的剪切屈服极限T s3、 低碳钢和铸铁的剪切强度极限T b4、 观察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 貌进行分析二：实验设备和仪器1、 材料扭转试验机2、 游标卡尺三、实验原理1、低碳钢扭转实验低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图（a）所示图1.低碳钢材料的扭转图1. 低碳钢材料的扭转图(a)(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0成正比关系（见图1）,横 截面上剪应力r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达到剪切屈服极限r且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环形 s塑性区，但中心部分仍是弹性的，见图2（b）试件继续变形，屈服从试件表层 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-0曲线上 出现屈服平台（见图1），试验机的扭矩读数基本不动，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 止因扭转无颈缩现象所以，扭转曲线一直上升直到破坏，试件破坏时的扭矩 即为最大扭矩T。
由T =j pi dA =t fd/2 p （2Kpdp）= —t W可得低碳钢材料的b s A S s 0 3 st 3T 3T ...扭转屈服极限t,= W ；同理，可得低碳钢材料扭转时强度极限t尸 W，其中t tW =； d 3为抗扭截面模量t 162、铸铁扭转实验铸铁试件受扭时，在很小的变形下就会发生破坏，其扭转图如图3所示TO 9图3.铸铁材料的扭转图从扭转开始直到破坏为止，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Tb，铸铁材 料的扭转强度极限为t = Tb Wt低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断口形貌有很大的差别，图4（a）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（b）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图4.低碳钢和铸铁的扭转端口形状四、实验步骤低碳钢实验步骤：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，并打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；根据不同 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，进行保护，清零5. 选择低碳钢扭转实验方案，记录低碳钢试件的屈服扭矩Ts和最大扭矩Tb6. 实验结束后，取下试件，观察试样破坏断口形貌，打印实验结果，关闭软件， 关闭电源铸铁实验步骤：与低碳钢扭转实验步骤相同铸铁是脆性材料，只需记录铁铸试件的最大扭 矩孔无需安装扭角测量装置五、实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 一 £(mm2)抗扭截面系数W =^^ (mm3) t 16截面1截面2截面3低碳钢9.969.9810.009.9878.19195.07铸铁9.909.889.889.8976.73189.65表2.实验记录及数据计算试件低碳钢铸 铁实验数据屈服扭矩 Ts= 39.98 N - m最大扭矩 Tb= 89.68 N - m最大扭转 Tb= 34.05 N - m扭转屈服应力：t = E = 153.73 MPas 4Wt3T扭转极限应力：t -，= 344.80MPab 4Wt剪切强度极限t = T = 179.5MPa b W t六：实验数据拟合铸铁的扭转破坏实验，扭矩-扭角曲线如下图所示：铸铁扭转破坏曲线 变形的胡克定律①二TL/G。
试中，/阵兀d04/32为截面的极惯性矩当试样长 度l和极惯性矩Ip均为已知时，只要根据弹性阶段的扭矩-扭角图拟合出新的图 形即可得出低碳钢的切变模量GE ONUlnj* 田卸ffl2025低碳钢的扭转破坏，扭矩-扭转曲线如下图所示：低碳钢扭转破坏曲线9080o o3 2 (EON)lLnJ* 汨70605040jo5jrlo■cl ffi/ ffljrl520jrl在弹性范围内进行圆截面试样扭转实验时，扭矩与扭转之间的关系符合扭转如图所示：横坐标为①Ip，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：实验注意事项1. 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2. 低碳钢实验时，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注意调整活动夹头的位置3. 夹好试样后，由于此时试样已经在受力，注意按保护键，使试样中的初始力为 零或接近零4. 进入软件前请确定试验机电源已经打开5. 退出软件前请确定试验机电源已经关闭八：心得体会1.实验前一定要预先全面了解实验的原理和步骤，以免发生错误或者误差，刚开 始我们做实验时没有预先学习，所以导致不知道V形块和卡盘的作用，也不清楚 怎么进行实验，所以说预先学习实验非常重要。
2. 在装夹试件时一定要对实验设备小心，谨慎的进行操作，防止损坏实验设备3. 要培养自己做实验的良好习惯，做实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，以保证实验数据处理顺利进行4. 拟合曲线所得低碳钢的切变模量与公式G = E/2(1 + 2，有材料手册查得弹性 模量和泊松比^，计算得到材料的切变模量相差比较大，应该考虑下误差的来 源。