扭转实验(低碳钢讲义)
低碳钢扭转实验报告
低碳钢扭转实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过对低碳钢材料进行扭转实验，探究其在受力情况下的变形规律和力学性能，为工程应用提供参考。
二、实验原理。
低碳钢是一种常见的结构材料，其主要成分是碳、锰等元素，具有良好的可焊性和可加工性。
在受到扭转力矩作用下，材料内部会产生剪切应力，导致材料发生扭转变形。
通过实验可以测定材料在扭转过程中的应变、应力等力学性能参数，从而分析材料的力学性能。
三、实验装置和步骤。
1. 实验装置，扭转实验机、低碳钢试样、应变测量装置、力学性能测试仪器等。
2. 实验步骤：（1）将低碳钢试样固定在扭转实验机上；（2）施加扭转力矩，记录下扭转角度和扭转力矩值；（3）利用应变测量装置测量试样在扭转过程中的应变变化；（4）利用力学性能测试仪器测定试样的强度、韧性等力学性能参数。
四、实验结果与分析。
通过实验数据处理和分析，得到了低碳钢在扭转过程中的应变-应力曲线。
实验结果显示，随着扭转角度的增加，低碳钢试样的应变逐渐增大，而应力也随之增加。
在达到一定扭转角度后，试样发生了塑性变形，应变增大速度明显加快，而应力开始下降，最终导致试样破裂。
通过对实验结果的分析，可以得出低碳钢材料在扭转过程中的变形规律和力学性能参数，为工程设计和材料选型提供了重要参考。
五、结论。
本实验通过对低碳钢材料进行扭转实验，得到了其在受力情况下的变形规律和力学性能参数。
实验结果表明，低碳钢材料具有较好的耐扭转性能，能够满足工程应用的要求。
同时，本实验还揭示了低碳钢材料在扭转过程中的应变-应力特性，为工程设计提供了重要参考依据。
六、参考文献。
[1] 王明. 金属材料力学性能测试与分析[M]. 北京，科学出版社，2015.[2] 张涛. 金属材料力学性能实验指导[M]. 北京，高等教育出版社，2018.七、致谢。
感谢实验室的老师和同学们在实验过程中的帮助和支持，也感谢实验设备的提供方对本次实验的支持和协助。
以上就是本次低碳钢扭转实验的实验报告，希望对相关领域的研究和工程应用有所帮助。
低碳钢铸铁扭转实验PPT课件
据上下轻微波动，相应的扭矩为Ts，则Ts与τs的关系：
τs = ４─３─W Τs t
抗扭截面系数
Wt = π1─d6─3
３、试验原理
过屈服阶段后，材料的强化使扭矩又有缓慢的上升。 但变形非常显著，试样的纵向画线变成螺旋线。直至扭矩 到达极限Ｔb,试样被扭断。
2、试验条件 界面
这个界面是计 算项目界面，主 要为计算项目做 准备。
4、试验操作及步骤
2、试验条件 界面
这个界面是试 样输入界面，主 要输入试验试样 的尺寸。
4、试验操作及步骤
2、试验条件 界面
这个界面是 控制参数界面 ，主要是控制 方式和控制参 数的设定。
4、试验操作及步骤
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。
4比较低碳钢和铸铁在扭距的作用下变形规律和破坏现象的不同11试验目的试验目的22仪器设备仪器设备33试验原理试验原理44试验操作及步骤试验操作及步骤55成果整理成果整理66思考题目思考题目硬件1nd1000c型扭转试验机试件主机试验机夹具采用定位套定位螺钉带动滑块加紧的夹持方式能够使试样保持良好的同轴性夹持可靠装夹极为方便
谢 谢！！
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
Thank You
实验2扭转试验
实验二 扭转实验一、实验目的1.测定低碳钢扭转时的强度性能指标：扭转屈服应力s τ和抗扭强度b τ。
2.测定灰铸铁扭转时的强度性能指标：抗扭强度b τ。
3.绘制低碳钢和灰铸铁的扭转图，比较低碳钢和灰铸铁的扭转破坏形式。
二、实验设备和仪器1.扭转试验机。
2.计算机3.游标卡尺。
三、实验试样按照国家标准GB10128—88《金属室温扭转试验方法》，金属扭转试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样和管形截面试样两种。
其中最常用的是圆形截面试样，如图1-1a 所示。
通常，圆形截面试样的直径mm 10=d ，标距d l 5=或d l 10=，平行部分的长度为mm 20+l 。
若采用其它直径的试样，其平行部分的长度应为标距加上两倍直径。
试样头部的形状和尺寸应适合扭转试验机的夹头夹持。
由于扭转试验时，试样表面的切应力最大，试样表面的缺陷将敏感地影响试验结果，所以，对扭转试样的表面粗糙度的要求要比拉伸试样的高。
对扭转试样的加工技术要求参见国家标准GB10128—88。
四、实验原理与方法1. 测定低碳钢扭转时的强度性能指标试样在外力偶矩的作用下，其上任意一点处于纯剪切应力状态。
随着外力偶矩的增加，测矩盘上的指针会出现停顿，这时指针所指示的外力偶矩的数值即为屈服力偶矩es M ，低碳钢的扭转屈服应力为式中：16/3p d W π=为试样在标距内的抗扭截面系数。
在测出屈服扭矩s T 后，改用电动加载，直到试样被扭断为止。
测矩盘上的从动指针所指示的外力偶矩数值即为最大力偶矩eb M ，低碳钢的抗扭强度为对上述两公式的来源说明如下：低碳钢试样在扭转变形过程中，利用机上的自动绘图装置绘出的ϕ-e M 图如图1-6所示。
当达到图中A 点时，e M 与ϕ成正比的关系开始破坏，这时，试样表面处的切应力达到了材料的扭转屈服应力s τ，如能测得此时相应的外力偶矩ep M ，如图1-7a 所示，则扭转屈服应力为经过A 点后，横截面上出现了一个环状的塑性区，如图1-7b 所示。
低碳钢铸铁扭转实验现象
低碳钢铸铁扭转实验现象低碳钢铸铁扭转实验是一种常见的材料实验，用于研究材料的力学性能和变形行为。
在这个实验中，我们将低碳钢和铸铁两种材料进行扭转，观察它们的变形和破坏情况，以及相关的力学特性。
首先，让我们来了解一下低碳钢和铸铁的基本特性。
低碳钢是一种含碳量较低的钢材，通常含碳量在0.05%到0.25%之间。
它具有良好的可塑性和可焊性，适用于各种加工和制造工艺。
而铸铁是一种含碳量较高的铁合金材料，通常含碳量在2%到4%之间。
它具有较高的硬度和脆性，适用于制造一些需要承受较大压力和冲击负荷的零件。
在低碳钢铸铁扭转实验中，我们需要准备一定长度和直径的试样。
为了保证实验的准确性，试样的尺寸和几何形状需要符合相关标准。
通常情况下，试样的长度为100mm到200mm之间，直径为10mm到20mm之间。
在实验开始之前，我们需要将试样固定在扭转实验机上。
实验机会施加一个扭转力矩在试样上，通过测量力矩和试样变形情况来研究材料的力学性能。
在实验过程中，我们可以通过不断增加扭转力矩的大小来观察试样的变形情况。
当扭转力矩作用在试样上时，试样会发生弹性变形和塑性变形。
弹性变形是指试样在扭转力矩作用下发生的可恢复变形，当扭转力矩去除时试样会恢复到原始形状。
而塑性变形是指试样在扭转力矩作用下发生的不可恢复变形，当扭转力矩去除时试样无法完全恢复到原始形状。
随着扭转力矩的增加，试样会逐渐发生塑性变形，并最终达到破坏点。
在低碳钢中，由于其较低的碳含量和较好的可塑性，试样通常会发生较大程度的塑性变形，但不容易达到破坏点。
而在铸铁中，由于其较高的碳含量和较高的脆性，试样通常会发生较小程度的塑性变形，并很容易达到破坏点。
通过对低碳钢铸铁扭转实验结果的观察和分析，我们可以得出一些结论。
首先，低碳钢具有较好的可塑性和韧性，适用于需要承受较大塑性变形和冲击负荷的工程结构。
而铸铁具有较高的硬度和脆性，适用于需要较高强度和耐磨性能的零件制造。
其次，通过对试样破坏点的观察，我们可以评估材料的抗拉强度和抗剪强度等力学特性。
材料力学扭转实验
§1－2 扭转实验一、实验目的1、测定低碳钢的剪切屈服点τs，抗扭强度τb。
2、测定铜棒的抗扭强度τb。
3、比较低碳钢和铜棒在扭转时的变形和破坏特征。
二、设备及试样1、伺服电机控制扭转试验机（自行改造）。
2、0.02mm游标卡尺。
3、低碳钢φ10圆试件一根，画有两圈圆周线和一根轴向线。
4、铜棒铁φ10圆试件一根。
三、实验原理及方法塑性材料试样安装在伺服电机驱动的扭转试验机上，以6-10º/min的主动夹头旋转速度对试样施加扭力矩，在计算机的显示屏上即可得到扭转曲线（扭矩-夹头转角图线），如下图为低碳钢的部分扭转曲线。
试样变形先是弹性性的，在弹性阶段，扭矩与扭转角成线性关系。
弹性变形到一定程度试样会出现屈服。
扭转曲线扭矩首次下降前的最大扭矩为上屈服扭矩T su；屈服段中最小扭矩为下屈服扭矩T sl，通常把下屈服扭矩对应的应力值作为材料的屈服极限τs，即：τs=τsl= T sl/W。
当试样扭断时，得到最大扭矩T b，则其抗扭强度为τb= T b/W式中W为抗扭截面模量，对实心圆截面有W=πd03/16。
铸铁为脆性材料，无屈服现象，扭矩-夹头转角图线如左图，故当其扭转试样破断时，测得最大扭矩T b，则其抗扭强度为：τb= T b/W四、实验步骤1、测量试样原始尺寸分别在标距两端及中部三个位置上测量的直径，用最小直径计算抗扭截面模量。
2、安装试样并保持试样轴线与扭转试验机转动中心一致。
3、低碳钢扭转破坏试验，观察线弹性阶段、屈服阶段的力学现象，记录上、下屈服点扭矩值，试样扭断后，记录最大扭矩值，观察断口特征。
4、铜棒扭转破坏试验，试样扭断后，记录最大扭矩值，观察断口特征。
五、实验数据处理1、试样直径的测量与测量工具的精度一致。
2、抗扭截面模量取4位有效数字。
3、力学性能指标数值的修约要求同拉伸实验。
六、思考题1、低碳钢扭转时圆周线和轴向线如何变化？与扭转平面假设是否相符？2、如用木材或竹材制成纤维平行于轴线的圆截面试样，受扭时它们将按怎样的方式破坏？3、根据低碳钢和铜棒的破口特征，分析两种材料扭转破坏的原因？1、比较低碳钢拉伸和扭转实验，从进入塑性变形阶段到破坏的全过程，两者变形有何明显的区别？。
扭转实验讲义
§ 3 金属材料的扭转试验工程中有很多承受扭转的构件，如各类电动机轴、传动轴、钻杆等。
材料在扭转变形下的力学性能，如扭转屈服点、抗扭强度、切变模量等，是进行扭转强度和刚度计算的依据。
作为材料力学试验中最基本、最典型的试验之一，本节将介绍切变模量G ，扭转屈服点S τ、抗扭强度b τ的测定方法以及扭转破坏的规律和特征。
一、实验目的1. 测定铝合金材料的切变模量G 。
2. 测定低碳钢的屈服点s τ或上屈服点su τ、下屈服点sL τ和抗扭强度b τ。
3. 观察并分析不同材料在扭转时的变形和破坏现象。
二、设备和仪器1. RNJ-500微机控制电子扭转试验机。
2. 小扭角传感器。
3. 游标卡尺。
三、试样采用直径10mm 、标距50毫米的圆形试样，端部铣成相对两平面以便夹持,如图1-19所示。
四、测试原理和方法 1．切变模量G材料的切变模量G 是在扭转过程中，线弹性范围内切应力和切应变之比。
切变模量G 是计算构件扭转变形的基本参数，可采用逐级加载法或图解法测定。
（1）逐级加载法测G先通过试验机采用手动形式施加初始扭矩T 0，然后采用等增量加载，加载五次，第i 次加载后扭矩为()5,2,1,00 =∆+=i Ti T T i （a ）式中：0T 为初扭矩，T ∆为每级扭矩增量。
标距间相对扭转角由试验机提供的小角度扭角仪测量获得，记录每级载荷下的扭转角()5,2,1,0 =i i ϕ。
各级加载过程中的切变模量为()01Pi i i TL G I ϕϕ-∆=-取平均值图1-19 扭转试样P 0P 1i i iTL G I TL G n n nI ϕϕ∆∆∆===∆∑∑∑ （1-31） 或采用最小二乘法计算切变模量G 。
由弹性扭转公式0PTL GI ϕ∆∆=，令 0PL a T GI ϕ∆==∆ (b) 式中：L 0为试样的标距，P I 为截面对圆心的极惯性矩。
由最小二乘原理知系数a 为 ∑∑=2iii xy x a （c ）因实验给出的载荷是0T T i -，测得的变形是0ϕϕ-i ，因此上式中i x 表示0T T i -，i y 表示0ϕϕ-i ，代入上式并与式b 联立得()()()2P00ii i T T L G I T T ϕϕ-=--∑∑ (1-32a )将a 式代入，上式化为()2P0i iTL G I i ϕϕ∆=-∑∑ (1-32b )屈服点s τ、上屈服点su τ和下屈服点sL τ以及抗扭强度b τ测定 （1）屈服点s τ、上屈服点su τ和下屈服点sL τ（低碳钢）测定拉伸时有明显屈服现象的金属材料（如低碳钢）在扭转时同样有屈服现象。
低碳钢扭转实验现象
低碳钢扭转实验现象
低碳钢是工程中常用的材料之一，具有良好的塑性和韧性。
在低碳钢的扭转实验中，我们可以观察到以下几个阶段的现象：
1. 弹性阶段
在实验的开始阶段，低碳钢试样在外力作用下发生变形，但变形是弹性变形，也就是说，当外力撤销后，试样的形状会完全恢复。
此阶段的变形主要与材料的弹性模量和泊松比有关。
2. 屈服阶段
随着扭转角的增加，试样上的应力增加，当应力达到一定值时，试样进入屈服阶段。
在这个阶段，试样会产生塑性变形，即使外力撤销，试样的变形也不会完全恢复。
屈服阶段的开始标志着材料开始进入塑性状态。
3. 强化阶段
在屈服阶段之后，试样继续变形，但是应力的增加逐渐减缓。
这个阶段称为强化阶段。
在这个阶段，材料内部的晶粒结构发生改变，以适应外力的作用。
随着变形的增加，材料的强度逐渐提高。
4. 颈缩阶段
当试样进一步变形时，局部区域的截面积会逐渐减小，形成所谓的颈缩。
这是由于试样内部的缺陷和应力集中引起的。
颈缩阶段的出现标志着材料即将断裂。
5. 断裂阶段
当试样的变形达到一定程度时，低碳钢试样会突然断裂。
断裂时的扭
矩即为材料的极限扭矩。
断裂时的应力称为材料的极限应力。
在这个阶段，低碳钢的塑性和韧性得到了充分的体现。
综上所述，低碳钢扭转实验现象包括弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段和断裂阶段。
这些阶段的观察和分析对于理解材料的力学性能和优化材料的使用具有重要意义。
低碳钢铸铁的扭转坏实验报告
低碳钢铸铁的扭转坏实验报告
实验报告：低碳钢铸铁的扭转破坏
一、实验目的：了解低碳钢铸铁的扭转破坏特性，探索其在工程结构中的应用。
二、实验原理：
三、实验步骤：
1.材料准备：选取合适的低碳钢铸铁材料制备样品。
将样品切割成适
当的尺寸和形状。
2.实验装置准备：将实验平台调整到水平状态，安装扭转装置。
3.安装样品：将低碳钢铸铁样品安装在扭转装置上，确保样品位于中
心位置。
4.施加扭转力：通过扭转装置施加扭转力，记录施力时的初始值。
5.观察变形和破坏：随着施加扭转力的增加，观察样品的变形情况，
记录变形程度。
6.记录破坏力和破坏形态：当样品达到破坏强度时，记录破坏力，并
观察并描述破坏形态。
7.数据处理：根据实验数据，分析低碳钢铸铁的扭转破坏特性。
比如，绘制扭转力与扭转角度的曲线，计算破坏强度等。
四、实验结果：
根据实验数据，我们得出了低碳钢铸铁的扭转破坏特性。
扭转力与扭转角度的曲线表明，随着扭转力的增加，样品的扭转角度逐渐增大，直到达到破坏点。
然而，当扭转力达到一定值时，低碳钢铸铁样品发生了塑性变形，无法完全恢复到初始状态。
当扭转力持续增大时，样品最终发生破断。
破坏形态观察表明，低碳钢铸铁样品在扭转破坏时呈现出典型的韧性破坏特点：样品发生显著的扭转变形，但未出现突然的断裂，而是逐渐扩展至整个样品。
五、实验结论：
2.随着扭转力的增加，低碳钢铸铁样品呈现出显著的塑性变形。
3.低碳钢铸铁样品的扭转破坏呈现出典型的韧性破坏特征。
低碳钢扭转实验现象
低碳钢扭转实验观察结果及分析低碳钢是一种含有较低碳含量的钢铁材料，其主要成分是铁、碳、锰、硅等元素。
在工程领域中，低碳钢具有良好的可加工性和焊接性能，因此广泛应用于制造汽车、建筑和机械设备等方面。
为了研究低碳钢的力学性质，一种常见的实验方法是进行扭转实验。
在低碳钢扭转实验中，一小段低碳钢试样被夹持在试验机上的夹具上，然后通过施加扭矩对试样进行扭转。
实验时，通过测量和记录扭转过程中的力与位移，可以得到一些重要的实验现象和数据。
首先，在低碳钢进行扭转实验时，我们发现试样会出现扭转变形。
在扭转过程中，由于所受到的扭转力矩，在试样上产生剪应力，使试样产生弯曲和旋转。
这种扭转变形可以通过测量试样的位移和旋转角度来确定。
其次，在低碳钢扭转实验中，我们观察到了试样的回弹现象。
当施加的扭转力矩被撤销时，试样会恢复其原始形状和位置。
这是由于低碳钢具有较好的弹性和可塑性，能够在扭转过程中发生可逆变形。
回弹现象的大小可以通过测量试样的位移来评估。
此外，在低碳钢扭转实验中，我们还发现试样会发生塑性变形。
当扭转力矩增大到一定程度时，试样的可塑性会发挥作用，导致试样表面出现皱纹、龟裂等塑性固定迹象。
通过观察和分析试样表面的变形，我们可以了解低碳钢的塑性特性和变形机理。
在低碳钢扭转实验中，扭转变形、回弹和塑性变形是重要的观察现象。
通过测量和记录这些数据，可以对低碳钢的力学性能进行更加全面的研究和评估。
此外，这些实验结果还可以用于验证理论模型，进一步理解低碳钢的力学行为。
综上所述，低碳钢扭转实验中观察到的现象包括扭转变形、回弹和塑性变形。
通过测量和记录相关数据，可以深入研究低碳钢的力学性质，并为工程领域的应用提供有价值的参考。
扭转实验
扭转实验一、实验目的1．学习扭转实验机的构造原理，并进行操作练习。
2．测定低碳钢的剪切屈服极限、剪切强度极限和铸铁的剪切强度极限。
3．观察低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形和破坏情况。
二、实验仪器扭转实验机，游标卡尺。
三．实验原理塑性材料和脆性材料在扭转时的力学性能。
(参考材料力学课本及其它相关书籍)四、实验步骤1．低碳钢实验（1）量取试件直径。
在试件上选取3个位置，每个位置互相垂直地测量2次直径，取其平均值；然后从3个位置的平均直径值中取最小值作为试件的直径。
（2）将扭转实验机刻度盘的从动针调至靠近主动针。
主动针的调零方式为自动调整，如果主动针不在零位，应通知老师，由老师进行调整。
绝对不能用调从动针的方法，将两针调至零位。
（3）把试件安装在扭转试验机的夹头内，并将螺丝拧紧（勿太用力）。
安装时，一定要注意主动夹头的夹块要保持水平（固定夹头的夹块总是水平的），以避免引起初始扭矩。
如果已经出现小量的初始扭矩，只要不超过5N*m，可以开始加载。
另外，试件在水平面和垂直面上不能歪斜，否则加载后试件将发生扭曲。
（4）打开绘图记录器的开关；将调速旋钮置于低速位置。
开始用档慢速加载，每增加 5N*m 的扭矩，记录下相应的扭转角度。
实验过程中，注意观察试件的变形情况和图，当材料发生流动时，记录流动时的扭矩值和相应的扭转角度。
另外，注意记录扭矩刚开始下降时的扭矩值和相应的扭转角度。
扭矩值估读到0.1N*m。
（5）流动以后，继续加载，试件进入强化阶段，关闭记录器后，将电机速度选择在档，加快加载速度。
这时由于变形速度较快，可每增加180度取一次扭转角度。
直至试件扭断为止，记下断裂时的扭矩值，注意观察断口的形状。
注意，试件扭断后应立即停止加载，以便记录断裂时的扭转角度。
2．铸铁实验操作步骤与低碳钢相同。
因铸铁在变形很小时就破坏，所以只能用档慢速加载。
每增加5N*m的扭矩，记录下相应的扭转角度。
注意观察铸铁试件在扭转过程中的变形及破坏情况，并记录试件扭断时的极限扭矩值和相应的扭转角度。
低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告(1)
低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告(1)
低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告
一、实验目的
通过扭转试验，探究低碳钢铸铁的扭转破坏特点，并了解其力学性质。
二、实验原理
扭转试验是一种力学性质的测试方法，通常用于评估材料的力学性能
和研究其力学行为。
在扭转试验中，样品受到一定的扭转力和力矩，
逐渐变形，并最终破坏。
低碳钢铸铁的力学性能由材料的成分和热处理工艺等决定。
其主要特
点包括良好的塑性和韧性，高强度，并具有一定的抗腐蚀性。
三、实验步骤
1.将低碳钢铸铁样品放置在扭转试验机的夹具中。
2.在试验机上设置合适的转速和扭转力。
3.开始进行扭转试验，观察样品的变形情况，并记录下扭转力与扭转
角度的数据。
4.当样品发生破坏时，停止试验并记录下此时的扭转力和扭转角度。
5.拆卸样品，观察和记录其破坏形态和特点。
四、数据分析
通过实验得到的数据，可以绘制出低碳钢铸铁样品在扭转试验中的力-位移曲线。
根据力-位移曲线，可以计算出该材料的剪切模量、剪切强度等参数，从而了解其力学性质。
同时，观察和记录样品的破坏形态和特点，可以进一步分析低碳钢铸铁的扭转破坏特点。
五、结论
通过实验可以发现，低碳钢铸铁具有较高的剪切模量和剪切强度，在扭转试验中呈现出良好的塑性和韧性。
其破坏形态主要表现为样品表面的裂纹和断裂。
因此，低碳钢铸铁材料适用于要求高强度和抗腐蚀性的机械制造领域。
低碳钢和铸铁的扭转实验报告
扭转试验报告一、试验目的 1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs 。
和剪切强度极限近似值τb 。
2、测定铸铁的剪切强度极限τb 。
3、观察并分析两种材料在扭转时的变形和破坏现象。
二、设备和仪器1、材料扭转试验机2、游标卡尺三、试验原理1、低碳钢试样对试样缓慢加载，试验机的绘图装置自动绘制出T-φ曲线（见图1）。
最初材料处于图1 低碳钢是扭转试验弹性状态，截面上应力线性分布，T-φ图直线上升。
到A 点，试样横截面边缘处剪应力达到剪切屈服极限τs 。
以后，由屈服产生的塑性区不断向中心扩展，T-φ图呈曲线上升。
至B 点，曲线趋于平坦，这时载荷度盘指针停止不动或摆动。
这不动或摆动的最小值就是屈服扭矩T s 。
再以后材料强化，T-φ图上升，至C 点试样断裂。
在试验全过程中，试样直径不变。
断口是横截面（见图2a ），这是由于低碳钢抗剪能力小于抗拉能力，而横截面上剪应力最大之故。
图2 低碳钢和铸铁的扭转端口形状据屈服扭矩 ps W T 43s =τ （2-1） 按式2-1可计算出剪切屈服极限τs 。
据最大扭矩T b 可得：pb b W T 43=τ （2-2） 按式2-2可计算出剪切强度极限近似值τb 。
说明：（1）公式（2-1）是假定横截面上剪应力均达到τs后推导出来的。
公式（2-2）形式上与公式（2-1）虽然完全相同，但它是将由塑性理论推导出的Nadai 公式略去了一项后得到的，而略去的这一项不一定是高阶小量，所以是近似的。
（2）国标GB10128-88规定τs 和τb 均按弹性扭转公式计算，这样得到的结果可以用来比较不同材料的扭转性能，但与实际应力不符。
II、铸铁试样铸铁的曲线如图3所示。
呈曲线形状，变形很小就突然破裂，有爆裂声。
断裂面粗糙，是与轴线约成45°角的螺旋面（见图1-3-2b）。
这是由于铸铁抗拉能力小于抗剪能力，而这面上拉应力最大之故。
据断裂前的最大扭矩Tb按弹性。
扭转公式1-3-3可计算抗扭强度τb图3 铸铁扭转曲线图四、试验步骤1、测量试样尺寸以最小横截面直径计算截面系数（抗扭截面模量）W p。
低碳钢与低碳钢扭转实验现象比对
低碳钢与低碳钢扭转实验现象比对
一、低碳钢的定义及特点
低碳钢是指含碳量在0.04%以下的钢，其主要特点是硬度低、可塑性好、易焊接和成型等优点。
由于其含碳量较低，因此具有较好的可加工性和成形性。
二、低碳钢扭转实验
1. 实验原理
低碳钢扭转实验是通过对低碳钢进行扭转试验，来观察其在受力下的变形情况和材料性能。
2. 实验步骤
（1）将样品固定在试验机上，并设置相应的参数。
（2）启动试验机，对样品进行扭转。
（3）记录并分析实验数据。
3. 实验现象
通过观察和分析实验数据，可以得出以下几个实验现象：
（1）随着扭转角度的增加，样品的应变逐渐增大。
（2）当达到一定角度时，样品开始出现颈缩现象。
（3）当继续增加扭转角度时，样品最终断裂。
三、低碳钢与低碳钢扭转实验现象比对
1. 低碳钢与高碳钢比较
相比于高碳钢，低碳钢具有以下优点：
（1）可塑性好，易于加工和成形。
（2）焊接性好，可以进行各种焊接方式。
（3）强度适中，比较坚韧。
2. 扭转实验现象比对
低碳钢与高碳钢在扭转实验中的现象也存在一定的差异：
（1）低碳钢的颈缩现象相对较明显，断裂时呈现平面状。
（2）高碳钢的颈缩现象相对不明显，断裂时呈现锥形状。
四、低碳钢扭转实验的应用
低碳钢扭转实验可以用于评估材料的可塑性和成形性等性能。
此外，在材料设计和材料选择方面也具有重要作用。
通过对不同材料进行扭转实验，并比较其在受力下的表现，可以选择出最适合特定应用场景的材料。
低碳钢铸铁扭转实验报告
低碳钢铸铁扭转实验报告低碳钢铸铁扭转实验报告引言：低碳钢铸铁是一种常见的金属材料，具有良好的可塑性和机械性能，广泛应用于工业领域。
本实验旨在研究低碳钢铸铁在扭转过程中的变形和断裂行为，以及不同因素对其性能的影响。
实验方法：1. 实验材料准备：选择具有一定强度和韧性的低碳钢铸铁样品，确保样品的质量和尺寸一致。
2. 实验装置设置：使用扭转试验机，将样品固定在试验机上，确保样品的稳定性。
3. 实验参数设定：根据实验要求，设定扭转速度、扭转角度和加载力等参数。
4. 实验数据记录：在实验过程中，记录样品的变形情况、加载力和扭转角度等数据。
实验结果：通过实验观察和数据记录，我们得到了以下实验结果。
1. 变形行为：在扭转过程中，低碳钢铸铁样品发生了显著的变形。
初始阶段，样品出现弹性变形，随着扭转角度的增加，变形逐渐过渡到塑性变形。
最终，样品发生断裂。
2. 断裂行为：低碳钢铸铁样品在扭转过程中发生断裂，断裂面呈现出典型的韧性断裂特征。
断裂面上可以观察到纤维状的拉伸裂纹，这表明样品在受力过程中发生了拉伸变形。
3. 影响因素：实验中发现，扭转速度、加载力和样品尺寸等因素对低碳钢铸铁的性能有一定影响。
较高的扭转速度和加载力会导致样品发生更明显的塑性变形和断裂；而较大的样品尺寸则可以提高样品的强度和韧性。
讨论与分析：通过对实验结果的观察和分析，我们可以得出以下结论。
1. 低碳钢铸铁具有良好的可塑性和韧性，能够承受一定的扭转载荷。
2. 扭转过程中，低碳钢铸铁样品经历了弹性变形和塑性变形，最终发生断裂。
这表明低碳钢铸铁在受力过程中具有一定的延展性。
3. 扭转速度、加载力和样品尺寸等因素对低碳钢铸铁的性能有一定影响。
较高的扭转速度和加载力会导致样品发生更明显的塑性变形和断裂；而较大的样品尺寸可以提高样品的强度和韧性。
结论：通过本实验，我们对低碳钢铸铁在扭转过程中的变形和断裂行为有了更深入的了解。
低碳钢铸铁具有良好的可塑性和韧性，在实际应用中具有广泛的应用前景。
金属材料扭转实验
9 操作面板
2 导轨 1 机座 3 溜板
操作面板 9 放大为图 4.5，面板上按钮 12 控制实验机的正、反加载和停
车。加载速度分 0～36°/min 和 0～360°min 两档，由转速选择开关 13 选
择，多圈电位器 14 调节。
17 记录开关
16 电流表
15 加载速度表 13 转速选择开关
图 4.5
b)手动检测状态试验时，任意检测点的确认键。 （2）操作（见附图）
设置 总清 打印
7
8
9
时钟
4
5
6
查询
1
2
3
校准
0
补偿 确认 复位
操作面板图
（3）自动检测： a)打开电源开关（电器机箱上的空气开关），试验机进入测试状态，此时
- 12 -
试验扭矩 和位移均自动清零；将机器预热 20 分钟； b)将试样安装在两夹头间，塞入夹块，把内六角螺钉拧紧； c)根据被动夹头的受力方向选择旋向（被动夹头顺时针受力为正向，逆
2 最大显示扭矩（Nm）
3 扭矩最小读数值（Nm）
4 扭矩精确测量范围（Nm）
5 扭转角最大讯数值（°）
6 扭转角最小读数值（°）
7 扭矩示值相对误差
8 扭矩示值重复性相对误差
9 零点相对误差
10 试样直径（㎜）
表 4.3
规格、参数及指标 NJS-01 150 0.06 20—100 99999.9 0.1
设备名称
实验 最大量程
设备 使用量程
精度
试 件 尺寸
直 径 d (mm)
最小抗扭截
横截面Ⅰ （1） （2）
横截面Ⅱ （1） （2）
横截面Ⅲ （1） （2）
低碳钢、铸铁扭转实验
低碳钢、铸铁扭转实验
本次实验是针对低碳钢和铸铁进行扭转实验。
低碳钢是一种低碳含量的钢材，它的硬
度比较低，可加工性和塑性良好，广泛应用于机械制造和结构工程中。
而铸铁是一种含碳
量较高的铁材料，它的硬度和脆性较高，一般应用于制造耐磨件和机床床身等。
实验中，我们采用了扭转试验，这是用于测试材料扭转强度和塑性的一种实验。
在实
验中，我们用扭力传感器将一根样品夹紧在两个旋转的夹具上。
随着样品的旋转，扭矩也
随之产生。
通过这种方式，我们可以测量样品在旋转时所承受的扭矩大小，进而推算出样
品的扭转强度和塑性。
在实验前，我们首先进行了样品的准备工作。
我们分别选取了一段低碳钢和一段铸铁
作为样品，并用金属切割机将它们切割成相同长度的长方形棒材。
接着，我们将两根样品
分别夹紧在扭转试验机上，并启动试验机进行实验。
实验结果显示，低碳钢的扭转强度比铸铁高出了近两倍，达到了67.8 N·m，而铸铁
的扭转强度只有36.3 N·m。
这说明低碳钢具有更好的强度和耐用性，适用于需要承受强
力的机械制造和结构工程中。
而铸铁的脆性与强度相对较低，适用于制造一些不需要承受
强力的耐磨件和机床床身等。
此外，在实验中，我们还观察到了样品的塑性变化。
低碳钢具有较好的延展性和韧性，在样品发生变形时，可以扭曲成一些奇怪的形状，而铸铁则显得比较脆弱，发生断裂后，
就难以弯曲和扭曲。
低碳钢的扭转实验
实验三 扭转实验实验项目性质：验证性 所涉及课程：材料力学 计划学时：2学时【实验目的】1、测定低碳钢的屈服点（剪切屈服极限）τeL 、抗扭强度（剪切强度极限）τm 。
2、测定铸铁的抗扭强度τm 。
3、观察、比较和分析上述两种典型材料在受到扭转载荷时的变形和破坏形式，并对试件断口进行分析。
【实验设备】1. 微机控制电子万能试验机一台，型号WDD -LCJ -150；2. 游标卡尺；3. 记号笔；4. 低碳钢（Q235）、铸铁（HT ）试件；【实验原理】低碳钢试件在发生扭转变形时，其T －φ曲线如图3所示，类似低碳钢拉伸实验，可分为四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和断裂阶段，相应地有三个强度特征值：剪切比例极限τe 、剪切屈服极限τeL 和剪切强度极限τm 。
对应这三个强度特征值的扭矩依次为T e 、T eL 、T m 。
图3 低碳钢扭转图在比例极限内，T 与φ成线性关系，材料完全处于弹性状态，试件横截面上的剪应力沿半径线性分布。
如图4(a)所示，随着T 的增大，开始进入屈服阶段，T横截面边缘处的剪应力首先到达剪切屈服极限，而且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环塑性区，如图4(b)所示，但中心部分仍然是弹性的，所以T 仍可增加，T －φ的关系成为曲线。
直到整个截面几乎都是塑性区，如图4(c)所示。
(a) (b) (c)图4低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图在T －φ出现屈服平台，示力度盘的指针基本不动或有轻微回摆，由此可读出屈服扭矩T eL ，低碳钢扭转的剪切屈服极限值可由下式求出：tsW T 43eL =τ 式中为试件的抗扭截面系数。
屈服阶段过后，进入强化阶段，材料的强化使扭矩又有缓慢的上升，但变形非常明显，试件的纵向画线变成螺旋线，直至扭矩到达极限扭矩值T m 进入断裂阶段，试件被剪断，由示力度盘的从动针可读出，则低碳钢扭转的剪切强度极限τm 可同下式求出：tmW T 43m =τ 2．铸铁扭转实验：铸铁在扭转实验时，变形很小就突然断裂，其T －φ曲线如图2－10所示。
低碳钢和铸铁扭转实验
低碳钢和铸铁扭转实验一、概述工程中有许多承受扭转变形的构件，了解材料在扭转变形时的力学性能，对于构件的合理设计和选材是十分重要的。
材料在扭转变形下的力学性能只能通过试验来测定；扭转变形是构件的基本变形之一。
因此扭转试验也是材料力学基本实验之一。
二、实验目的1、测定低碳钢的剪切屈服极限τ，及低碳钢铸铁的剪切强度极限τb2、铸铁的抗扭强度极限τb3、观察、比较分析两种材料在扭转过程中变形和破坏形式。
4、学习自动绘制T－υ曲线及微机控制电子扭转实验机、扭角仪的操作三、实验设备和仪器1、2、3、微机控制电子扭转实验机游标卡尺四、试件扭转试验所用试件与拉伸试件的标准相同，一般使用圆形试件，d0=10mm，标距l0=50mm或100mm,平行长度l为70mm或120mm。
其它直径的试样，其平行长度为标距长度加上两倍直径。
为防止打滑，扭转试样的夹持段宜为类矩形，如图3-1所示。
图3-1五、实验原理扭转试验是材料力学试验最基本、最典型的试验之一。
进行扭转试验时，把试件两夹持端分别安装于扭转试验机的固定夹头和活动夹头中，开启试验机，试件便受到了扭转荷载，试件本身也随之产生扭转变形。
扭转试验机上可以直接读出扭矩M和扭转角υ，同时试验机也自动绘出了M—υ曲线图，一般υ是试验机两夹头之间的相对扭转角。
扭转试验的标准是GB/T10128-1988。
因材料本身的差异，低碳钢扭转曲线有两种类型，如图3-2所示。
扭转曲线表现为弹性、屈服和强化三个阶段，与低碳钢的拉伸曲线不尽相同，它的屈服过程是由表面逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区。
当横截面的应力全部屈服后，试件才会全面进入塑性。
在屈服阶段，扭矩基本不动或呈下降趋势的轻微波动，而扭转变形继续增加。
当首次扭转角增加而扭矩不增加（或保持恒定）时的扭矩为屈服扭矩，记为M；首次下降前的最大扭矩为上屈服扭矩，记为Mu；屈服阶段中最小的扭矩为下屈服扭矩，记为ML（不加说明时指下屈服扭矩）。
对试件连续施加扭矩直至扭断，从试验机扭矩标识上读得最大值。
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扭转实验
一、实验目的
1.测定低碳钢的扭转屈服极限和强度极限。
2.观察低碳钢的断口情况，并分析其原因。
二、实验设备
1.NDW —500型扭转机
2.游标卡尺、直尺
三、实验原理及装置
1.低碳钢园截面试件扭转时，其尺寸和形式视试验机而定。
在弹性范围内，扭矩T 与扭转角ϕ为直线关系(图3-1a)。
当扭矩超过比例极限扭矩p T 时，曲线变弯并逐渐趋于水平。
在屈服阶段时，扭角增加而扭矩不增加，此时的扭矩即为屈服扭矩
s T 。
屈服后，圆截面上的剪应力，由边缘向中心将逐步升值到扭转屈服极限
s τ(图3-1b)，即截面材料处于全屈服状态，由此，可以求得材料
的剪切屈服极限为：
图3-1a 低碳钢扭转时的ϕ-T 曲线 3-1b 低碳钢扭转时横截面在全屈服下的应力分
布
p s s W T 43=τ ， 其中
163d W p π= 此后，扭转变形继续增加，试件扭矩又继续上升至C 点，试件被剪断，记下破坏扭矩b T ，扭转强度极限b τ为： p b b W T 43=
τ
铸铁受扭时，ϕ-T 曲线如图3-2所示。
从开始受扭，直到破坏，近似为一条直线，故其强度极限b τ可按线弹性应力公式计算如下：
p b b W T =
τ
图3-2 铸铁扭转时的ϕ-T 曲线 图3-3 铸铁扭转时沿45o 斜截面的应力
材料在纯剪切时，横截面上受到切应力作用，而与杆轴成45o
螺旋面上，分别受到拉应力τσ=1和压应力τσ-=3的作用(图3-3)。
低碳钢的抗拉能力大于抗剪能力，故试件沿横面剪断(图3-4a)，而铸铁抗拉能力小于抗剪能力，故沿45o
方向拉断(图3-4b)。
图3-4a 低碳钢扭转破坏 图3-4b 铸铁扭转破坏
四、试验步骤：
1.用游标卡尺测量试件直径。
2.根据低碳钢的强度极限估计试件的最大扭矩，并在界面的数据板上输入试样的参数。
3.将试件装在扭转机二夹头内，并用粉笔在试件轴线方向画一条细线。
以观察变形。
4.检查准备妥当后，依据扭转试验机的操作规程进行加载实验。
5.实验完毕后,仪器设备恢复原样,清理现场,检查实验记录是否齐全.
五、实验结果处理
1.计算低碳钢材料的两种扭转屈服极限
屈服极限 S S t T W τ=
强度极限 b b t
T W τ= 2.画出扭转曲线及断口草图,说明其特征并分析破坏原因.
3.按规定格式写出实验报告.
六、实验数据和计算结果。