低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告.pdf
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1、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s。 3、低碳钢和铸铁的剪切强度极限b。 4、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。 T Tb T s 0 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 成正比关系 ( 见图 1),横截面
2、上 剪应力沿半径线性分布,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 s且塑性区逐渐向圆心扩展,形成环形塑性区,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 ss dA 乎都是塑性区,如图2(c) 所示。此时在 T-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Ts。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Tb。由 ts d s A ss WddAT 3
3、 4 2 2/ 0 )(可得低碳钢材料的扭转屈服极限 t s s W T 4 3 ;同 理,可得低碳钢材料扭转时强度极限 t b b W T 4 3 ,其中 3 16 dWt为抗扭截面模量。 2、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。 T T b 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 b b W 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别,图4(a)所示低碳钢 试样的断面与横
4、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。 O 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
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