低碳钢和铸铁的扭转破坏实验
低碳钢和铸铁扭转破坏试验
低碳钢扭转破坏试验实验报告黄冬2015-10-29低碳钢和铸铁扭转破坏试验一、实验目的和要求1．测定低碳钢的剪切屈服点s τ、抗剪强度b τ和铸铁的抗剪强度b τ，观察扭矩—扭转角曲线（T -φ曲线）。
2．观察两类材料试样扭转破坏断口形貌，并进行比较和分析。
3．测定低碳钢的切变模量G 。
4．验证圆截面杆扭转变形的胡克定律（p /GI Tl =Φ）。
二、实验设备和仪器1．微机控制扭转试验机。
2．游标卡尺。
3. 装夹工具。
三、实验原理和方法遵照国家标准(GB/T10128—1988)采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能。
如材料的剪切屈服点s τ和抗剪强度b τ等。
圆截面试样须按上述国家标准制成(如图4-1所示)。
试样两端的夹持段铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。
图 4-1试验机软件的绘图系统可绘制扭矩一扭转角曲线，简称扭转曲线（图4-2a 、b 中的T —φ曲线）。
从图4-2a 可以看到，低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段(oa 段)、屈服阶段(ab 段)和强化阶段(cd 段)构成，但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显。
由于强化阶段的过程很长，图中只绘出其开始阶段和最后阶段，破坏时试验段的扭转角可达π10以上。
a ）低碳钢 b) 铸铁图 4-2图4-2b 所示的铸铁试样扭转曲线可近似地视为直线(与拉伸曲线相似，没有明显的直线段)，试样破坏时的扭转变形比拉伸破坏时的变形要明显得多。
从扭转试验机上可以读取试样的屈服扭矩T s 和破坏扭矩T b 。
由T s s /W T =τ和T b b /W T =τ计算材料的剪切屈服点s τ和抗剪强度b τ，式中：16/30T d W π=为试样截面的抗扭截面系数。
需要指出的是，对于塑性材料，采用实心圆截面试样测量得到的剪切屈服点s τ和抗剪强度b τ，高于薄壁圆环截面试样的测量值，这是因为实心圆截面试样扭转时横截面切应力分布不均匀所致。
(整理)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：低碳钢和铸铁的扭转坏目的：本实验旨在通过扭转实验，研究和比较低碳钢和铸铁的扭转性能和断裂行为，从而了解不同材料的扭转性能差异。
实验原理：扭转实验是一种用来研究材料的刚性和塑性特性的方法。
在扭转实验中，材料样品受到外部力矩的作用，从而发生旋转。
在达到一定的应变条件下，材料会发生塑性变形或断裂。
实验步骤：1.准备实验所需的低碳钢和铸铁样品。
确保样品尺寸均匀一致。
2.将样品固定在扭转仪的夹具中，确保样品在实验过程中不会移动。
3.选择适当的扭转速度和扭转角度。
开始实验前，确保扭转仪的仪器读数和实际情况一致。
4.开始扭转实验，记录下扭转过程中的力矩读数。
5.当样品发生断裂或者达到预定的扭转角度时，停止实验。
实验结果：通过实验记录，我们得到了低碳钢和铸铁的扭转实验结果。
其中，低碳钢在扭转过程中的力矩逐渐增加，并在一定扭转角度后突然减小，发生断裂。
铸铁则在扭转过程中的力矩增长速度较低，且在一定扭转角度后出现塑性变形，但并未断裂。
实验分析与讨论：从实验结果来看，低碳钢的扭转性能较好，表现出较高的刚性和强度。
而铸铁的扭转性能相对较差，表现出一定的塑性和韧性。
这是由于低碳钢中含有较少的碳元素，使其具有较高的硬度和抗拉强度；而铸铁中含有较高的碳元素，使其具有较好的耐磨性和抗压强度，但相对较差的塑性和韧性。
此外，低碳钢的断裂是突然发生的，表明其具有较好的脆性。
而铸铁在扭转过程中出现塑性变形而不断裂，表明其具有一定的韧性。
结论：通过本次实验，我们对低碳钢和铸铁的扭转性能和断裂行为有了一定的了解。
低碳钢具有较好的刚性和强度，而铸铁具有一定的塑性和韧性。
这些性能差异源于材料的化学成分和微观结构。
低碳钢和铸铁的扭转实验报告
低碳钢和铸铁的扭转实验报告·2·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·3·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。
低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告
低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告低碳钢和铸铁是常见的金属材料，在工业生产和日常生活中广泛应用。
本次实验旨在通过扭转破坏试验比较两种材料的力学性能和强度差异。
1.实验目的：(1)了解低碳钢和铸铁的力学性能；(2)比较低碳钢和铸铁在扭转加载下的强度差异。
2.实验仪器和试件：(1)扭转试验机：用于施加扭转力；(2) 低碳钢试件：长度为200mm，直径为10mm；(3) 铸铁试件：长度为200mm，直径为10mm。
3.实验步骤：(1)准备两组试件，分别为低碳钢和铸铁试件；(2)将试件固定在扭转试验机上，保证试件端部垂直于扭转轴线；(3)施加扭转负荷，并记录扭转力和扭转角度；(4)当试件出现破坏时停止加载，记录破坏负荷和扭转角度。
4.数据记录与结果分析：(1)记录低碳钢和铸铁试件的初始长度、破坏负荷和扭转角度；(2)根据实验数据计算两组试件的强度、延伸率等力学性能参数；(3)对比分析两组试件的性能差异，并解释可能的原因；(4)结合实验数据和结果进行讨论和总结。
5.实验注意事项：(1)在加载过程中，避免超过试件的承载能力，以防止试件破坏过程过快或损坏设备；(2)实验后及时清理和维护实验设备，确保下次实验的可靠性。
6.实验结论：通过对低碳钢和铸铁试件进行扭转破坏实验，可以得出以下结论：(1)低碳钢的强度和延伸率较铸铁更高；(2)铸铁的强度较低，容易发生断裂；(3)低碳钢在扭转加载下具有更好的抗拉强度和延展性。
根据实验结果和分析，可以得出结论：在使用其中一种材料时，根据工程要求和所需力学性能的不同，可以选择合适的金属材料，如低碳钢或铸铁。
2021年低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告
低碳钢、铸铁扭转破坏试验一: 试验目和要求1、掌握扭转试验机操作。
2、低碳钢剪切屈服极限τs。
3、低碳钢和铸铁剪切强度极限τb。
4、观察比较两种材料扭转变形过程中变形及其破坏形式, 并对试件断口形貌进行分析。
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、低碳钢扭转试验低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图（a）所表示。
T0 φ图1. 低碳钢材料扭转图1. 低碳钢材料扭转图(a) (b) (c)图2. 低碳钢圆轴试件扭转时应力分布示意图低碳钢试件在受扭最初阶段, 扭矩T 与扭转角φ成正比关系(见图1), 横截面上剪应力τ沿半径线性分布, 如图2(a)所表示。
伴随扭矩T 增大, 横截面边缘处剪应力首先达成剪切屈服极限τs 且塑性区逐步向圆心扩展, 形成环形塑性区, 但中心部分仍是弹性, 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)所表示。
此时在T-φ曲线上出现屈服平台(见图1), 试验机扭矩读数基础不动, 此时对应扭矩即为屈服扭矩T s 。
随即, 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, 试件破坏时扭矩即为最大扭矩T b 。
由t s d s As s W d dA T τρπρρτρτ3422/0===⎰⎰）（ 可得低碳钢材料扭转屈服极限t s s W T 43=τ; 同理, 可得低碳钢材料扭转时强度极限tb b W T43=τ, 其中316d W t π=为抗扭截面模量。
2、 铸铁扭转试验铸铁试件受扭时, 在很小变形下就会发生破坏, 其扭转图如图3所表示。
图3. 铸铁材料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。
试件破坏时扭矩即为最大扭矩T b , 铸铁材料扭转强度极限为tbb W T =τ。
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。
低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告
低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告实验名称：低碳钢和铸铁的扭转破坏实验实验目的：1.了解低碳钢和铸铁的力学性能差异；2.掌握扭转实验的基本原理和方法；3.通过实验结果，验证低碳钢和铸铁的扭转破坏方式及其性能差异。
实验器材和材料：1.扭转试验机；2.低碳钢试样；3.铸铁试样。
实验原理：扭转试验是通过施加扭转力矩来研究材料的扭转破坏性能。
力矩的大小和材料的扭转角度之间存在着一定的线性关系。
在实验中，我们将分别采用低碳钢和铸铁两种材料制备的圆柱形试样，将其固定在扭转试验机上，并施加一定的扭转力矩，观察材料的破坏情况，进而对比两种材料的扭转破坏性能。
实验步骤与方法：1.准备工作：a.检查扭转试验机的工作状态，确保其正常运行；b.准备低碳钢和铸铁试样，选取相同尺寸和形状的圆柱形试样。
2.材料试样的制备：a.将低碳钢和铸铁试样进行去污处理，以保证试样表面的清洁度；b.对试样进行标记，以防混淆；c.确定试样的尺寸和形状要求，进行切割和打磨。
3.实验操作：a.将试样分别固定在扭转试验机的夹具上；b.设置扭转力矩，并调整试验机的工作状态，待试验机稳定后，开始施加扭转力矩；c.持续施加扭转力矩，观察试样的破坏情况，记录下破坏时的扭转角度和施加的力矩；d.分别对低碳钢和铸铁试样进行多次实验，以提高实验的准确性和可靠性。
4.数据处理与分析：a.计算并绘制低碳钢和铸铁试样的扭转曲线图，描述扭转角度和施加力矩之间的关系；b.对比分析低碳钢和铸铁试样的扭转破坏情况，评估两种材料的力学性能差异；c.根据实验结果，解释低碳钢和铸铁试样的扭转破坏机制。
实验结果和讨论：通过多次实验及样品的扭转破坏情况，我们得到了低碳钢和铸铁的扭转曲线图，并进行了对比分析。
从实验结果中可以看出，低碳钢的扭转强度较铸铁高，且破坏形式为蠕变断裂，而铸铁的扭转强度较低，容易发生拗断破坏。
低碳钢的高强度和蠕变断裂模式可以归因于其晶体结构的紧密性和合金元素的影响。
低碳钢中的碳含量较低，晶界强度较高，抗拉强度也相应增加。
低碳钢、铸铁的扭转破坏实验报告#借鉴内容
低碳钢、铸铁的扭转破坏实验报告#借鉴内容中低碳钢和铸铁的扭转破坏实验具有重要意义，能够评价金属材料在外力及温度作用下裂纹扩展或缩短的程度，以及裂纹开发深度，受试样在扭转变形时的强度和峰值强度.根据扭转破坏实验的目的，实验可分为两部分，一个是测定钢材抗弯性能，另一个是获取钢材的断裂破坏曲线.本次实验对比研究了中低碳钢和铸铁的扭转伸长性能。
实验采用常规的电子力学式穹顶式变形曲线机，装有200N力传感器，进行循环扭转变形实验，变形速率为0.001s-1 ，循环次数为10 次，每次变形结束后，转至原点重新变形，然后观察变形过程试样的断裂模式，及其断裂形貌。
实验中还给予了相关工程应用常用试验指标，采用折线图和柱状图，如标准断裂破坏电压（BV）, 最小断裂破坏百分比（MBVF）, 断裂变形能量（CE）等，详细记录了中低碳钢和铸铁的扭转伸长性能。
本次实验结果表明，两种受试样在扭转破坏实验中，造成样品破坏的主要因素是断裂变形塑性变形量过大（严重偏斜or破裂），中低碳钢的强度和峰值强度稍低，但断裂变形能量较高，再加上样品的尺寸较大，在大的变形中易于产生断裂变形而抗扭转性和断裂能力也随之降低。
受试样在扭转破坏实验中，断裂变形能量和断裂破坏能是比较重要的指标，是判断受试样的抗扭转性能好坏的重要依据，且样品的尺寸大小也是影响抗扭转性能的关键因素。
实验结论：中低碳钢和铸铁在扭转破坏实验表现出不同的材料特性。
中低碳钢具有较高的断裂变形能量，但其抗扭转性能和断裂能力较低；而铸铁具有较高的强度和峰值强度，但其断裂变形能量较低。
另外，样品的尺寸大小也是影响材料抗扭转性能的重要因素。
这些结果可为有关行业提供参考依据，确保相关产品的安全性和可靠性。
低碳钢、铸铁的扭转破坏实验报告
低碳钢、铸铁的扭转破坏实验报告
一、试验介绍
1.1 试验环境
本次试验环境属于室内，空气稳定。
室温介于20℃-25℃。
1.2 试验材料
本次试验材料有低碳钢和铸铁样品，碳含量分别为0.22%和2.97%。
1.3 试验装置及设备
本次试验使用Sener力学屈服试验机，及相应的试验台座，试样治具，以及拉力传感器等装置设备。
二、试验结果
2.1 低碳钢样品
在拉伸过程中，低碳钢样品受到拉伸力后，首先出现抗拉强度现象，然后弹性模量保持稳定，最后出现屈服现象，最终在20MPa处扭转破坏。
试验结果如图1所示。
三、数据分析
3.1 抗拉强度
根据上述数据可以得出，低碳钢的抗拉强度为13.34MPa，而铸铁的抗拉强度为
21.56MPa，可知铸铁的材料强度要比低碳钢高很多。
四、结论
本次试验结果表明，低碳钢与铸铁相比，抗拉强度差距明显，铸铁抗拉强度比低碳钢高很多；屈服强度也有很明显的差距，铸铁屈服强度要比低碳钢高5MPa。
根据本次试验结果，可以看出低碳钢也具有一定的抗拉强度，但是它的强度仍比铸铁要差，在扭转破坏方面还是需要注意安全防护的。
低碳钢和铸铁的扭转破坏实验课件
截面上的切应力分布如图1.11（b）所示，所以材料的抗剪强度 b应按下 式计算：
b
Mb Wn
图1.11 铸铁转角扭矩及应力分布曲线
低碳钢和铸铁的扭转破坏实验
• 低碳钢、铸铁扭转破坏断面形状及形成原因
由理论分析可知，被扭转的圆轴材料处于平面应力状态，沿纵、横截面 上产生切应力，而与轴线成45度角的斜截面上则只产生正应力。低碳钢的抗 拉能力比抗剪能力强，故从横截面切断，如图1.12(a)所示。而铸铁的抗拉能 力较抗剪能力弱，故沿45度的方向拉断，如图1.12(b)所示。
另一端的头部完全置于其中并夹紧。注意，扭转过程中试样不能发生打滑。缓慢 加载到700N，切忌不要超过800N • 在试样的表面上用有色笔画一轴向直线，以便观察变形及破坏情况。 • 将绘图纸安置在自动绘图器的圆筒上，并将扭转角指示器调整到0圈及0度。退出 滑动轴承测试软件，卸掉轴承上施加的外载荷，关闭实验台电源 • 为了便于观察和记录数据，建议： ➢ 加载之前一定要将扳紧手柄M取s 下，以免扳紧手柄甩出发生人伤事故。 M b ➢ 对现低停碳顿钢时试 ，样记，录加屈载服时扭要矩缓慢，、直连到续试、样均剪匀断，，不立得即停停顿车。，M当记b 测录力最表大盘扭上矩的指。针出 ➢ 对铸铁试样，直接加载到试样破坏为止，记录最大扭矩 。 • 观察低碳钢、铸铁试样扭转破坏现象，并画出断口形状草图。
面当周扭边矩上超的 过切应后力，(最试大样切横应截力面)上为的材切料应的力比分例布强发度生了，变如p 化图，1.首பைடு நூலகம்M0先(Pb)是所在示截。
面周边处的材料发M生P 了屈服(即流动)，周边形成环形塑性区，此区内的切
应力达到抗剪屈服强度 ，切应力分布图如图1.10(c)所示。随着扭矩继续
低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告
低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告实验目的：通过对低碳钢和铸铁的扭转破坏实验，研究不同材料的扭转性能及破坏特点。
实验原理：扭转实验是一种常用的材料力学性能测试方法，用来研究材料的扭转强度、扭转刚度和扭转变形能力。
扭转实验时，将试样固定在两个固定夹具之间，然后在样品两端施加扭矩，使样品发生扭转变形。
通过测量施加的扭矩和样品的扭转角度，可以计算出样品的扭转应力和扭转模量。
实验步骤：1.准备样品：选择相同尺寸的低碳钢和铸铁试样，保证试样的几何形状和尺寸一致。
2.搭建实验装置：将试样固定在扭转实验机的夹具上，保证试样与夹具之间的接触面积均匀，并且夹具可以固定试样，以防止试样的滑动或移位。
3.施加扭矩：调整实验机的扭转角度和速度，开始施加扭矩。
记录下施加的扭矩大小和扭转角度。
4.观察破坏情况：当试样发生破坏时，记录下破坏发生的扭转角度。
同时，观察试样的破坏形态和裂纹分布情况。
5.数据处理：根据实验数据计算低碳钢和铸铁的扭转强度和扭转模量，比较两者的差异。
分析破坏形态和裂纹分布情况，总结不同材料的扭转性能和破坏特点。
实验结果：通过对低碳钢和铸铁试样进行扭转实验后，得到了相应的数据和结果。
根据数据分析计算出低碳钢和铸铁的扭转强度和扭转模量，并比较两者差异。
同时，观察试样的破坏形态和裂纹分布情况。
实验结论：根据实验结果和数据分析，得出以下结论：1.低碳钢的扭转强度和扭转模量较高，表现出较好的扭转性能。
2.铸铁的扭转强度和扭转模量较低，表现出较差的扭转性能。
3.低碳钢和铸铁的破坏形态和裂纹分布有所不同，低碳钢可能会出现塑性变形和断裂，而铸铁可能会出现脆性断裂。
4.低碳钢适用于承受较大扭转力和变形的场景，而铸铁适用于对扭转强度和刚度要求较低的场景。
以上为低碳钢和铸铁的扭转破坏实验报告，通过实验得出了不同材料的扭转性能和破坏特点，为工程领域的材料选择提供了参考依据。
工程力学低碳钢铸铁扭转试验
工程力学实验低碳钢、铸铁扭转试验一、实验目的1．测定铸铁的扭转强度极限τm2．测定低碳钢材料的扭转屈服极限τeL 及扭转条件强度极限τm 。
3．观察比较两种材料的扭转变形过程中的各种现象及其破坏形式，并对试件断口进行分析。
二、实验原理扭转破坏试验是材料力学实验最基本最典型的实验之一。
将试件两端夹持在扭转试验机夹头中。
试验时，一个夹头固定不动，另一夹头绕轴转动，从而使试件产生扭转变形，同时，试件承受了扭矩M n 。
从试验机可读得相应的扭矩M n 和扭转角φ，试验机可自动绘出M n -φ曲线图。
对于低碳钢材料M n -φ曲线有两种类型，如图3-1所示。
M n M nM m M mM eL0φ0φ3-2a 展，形成环形塑性区见图3-2b 。
但中心部分仍是弹性的。
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3-2C 所示。
在M-φ曲线上出现屈服平台见图3-1。
试验机指针基本不动此时对应的扭矩即为屈服扭矩M eL 。
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，扭转曲线一直上升而无下降情况，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩M m 。
扭转屈服极限τm 按下式计算，即3,4eL eL p M W τ=34m m p M W τ=（3-1） 式中316d W p π=为试件抗扭截面模量。
铸铁受扭时，在很小的变形下发生破坏。
图3-3为铸铁材料的扭转图。
从扭转开始直到破坏为止，扭矩M n 与扭转角近似成正比关系，且变形很小。
试件破坏时的扭矩即为最大扭矩M m ，可据下式计算出扭转强度极限τm ，即pb b W W =τ（3-2） 试件受扭，材料处于纯剪应力状态如图3-4所示。
在与杆轴成±45°角的螺旋面上，分别受到主应为σ1=τ，σ3=-τ的作用。
M nM m0 φ图3-3铸铁扭转图图3-4纯剪应力状态根据试件扭转破坏断口形式如图3-5所示。
低碳钢和铸铁的扭转破坏实验ppt课件
6
Ms A ( S dA)
式中： s 常数,且dA 2d
图1.10 试样剪应力分布
7
Mb
M S
R
S 2
0
d
2R 3
3
s
3 R3
42
s
3 4
Mb Wn
。
8
铸铁试样的扭转
条直线铸，铁如试图样1从.1开1(始a)受所扭示转。直从到图被中破可坏看，出其铸M铁n试 样受关扭系转曲过线程近中似变为形一
（扭转角 ）较小，且无屈服现象。试样破坏后记录其最大扭矩 M b ，横
截面上的切应力分布如图1.11（b）所示，所以材料的抗剪强度 b 应按 下式计算：
对铸铁进行扭转破坏Biblioteka 观察铸铁扭转的现象， 分析断裂的原因
4
实验原理
圆轴受扭矩时，材料完全处于纯切应力状态，所以通常用扭转实验来研 究不同材料在纯切作用下的力学性能。
图 1.9 低碳钢转角扭矩曲线
5
低碳钢试样的扭转
低碳钢试样受到扭转的整个过程中，扭转试验机上的自动绘图器记 录出的 M n 关系曲线，如图1.9所示。当扭矩在比例扭矩 M P 以内，材
（a）低碳钢
（b）铸铁
图1.12低碳钢、铸铁扭转破坏断面形状
10
实验步骤
沿试样轴向等间距测量三处的直径d，每处相隔90度各测一次并求平均值，以最 小平均直径作为计算直径。
选择测力表盘刻度(选择量程)，并挂上相应的摆锤，将指针对准“零”点。 试样一端的头部完全置于固定夹头中并夹紧，然后调整活动夹头的位置，使试样
低碳钢和铸铁的扭转破坏实验ppt课件
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Ms A ( S dA)
式中： s 常数,且dA 2d
图1.10 试样剪应力分布
7
Mb
M S
R
S 2
0
d
2R 3
3
s
3 R3
42
s
另一端的头部完全置于其中并夹紧。注意，扭转过程中试样不能发生打滑。缓慢 加载到700N，切忌不要超过800N 在试样的表面上用有色笔画一轴向直线，以便观察变形及破坏情况。 将绘图纸安置在自动绘图器的圆筒上，并将扭转角指示器调整到0圈及0度。退 出滑动轴承测试软件，卸掉轴承上施加的外载荷，关闭实验台电源 为了便于观察和记录数据，建议： 加载之前一定要将扳紧手柄取下，以免扳紧手柄甩出发生人伤事故。 对低碳钢试样，加载时要缓慢、连续、均匀，不得停顿。当测力表盘上的指针出 现停顿时，记录屈服扭矩 Ms ，直到试样剪断，立即停车，记录最大扭矩M b 。 对铸铁试样，直接加载到试样破坏为止，记录最大扭矩 M b 。 观察低碳钢、铸铁试样扭转破坏现象，并画出断口形状草图。
3 4
Mb Wn
。
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铸铁试样的扭转
条直线铸，铁如试图样1从.1开1(始a)受所扭示转。直从到图被中破可坏看，出其铸M铁n试 样受关扭系转曲过线程近中似变为形一
（扭转角 ）较小，且无屈服现象。试样破坏后记录其最大扭矩 M b ，横
截面上的切应力分布如图1.11（b）所示，所以材料的抗剪强度 b 应按 下式计算：
（a）低碳钢
（b）铸铁
图1.12低碳钢、铸铁扭转破坏断面形状
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低碳钢和铸铁的扭转破坏实验ppt课件
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Ms A ( S dA)
式中： s 常数,且dA 2d
图1.10 试样剪应力分布
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Mb
M S
R
S 2
0
d
2R 3
3
s
3 R3
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实验结果的处理
按计算直径d(最小平均直径)计算抗扭截面模 量（ Wn d3 /16 ），并将计算结果填人表格中；
根据低碳钢试样的屈服扭矩计算其抗剪屈服 强度
根据低s 碳钢试样的最大扭矩 计算其抗剪强
度
Mb
根据 b 铸铁试样的最大扭矩 计算其抗剪强度
Mb
b
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思考题
b
Mb Wn
图1.11 铸铁转角扭矩及应力分布曲线
9
低碳钢、铸铁扭转破坏断面形状及形成原因
由理论分析可知，被扭转的圆轴材料处于平面应力状态，沿纵、横截面 上产生切应力，而与轴线成45度角的斜截面上则只产生正应力。低碳钢的抗 拉能力比抗剪能力强，故从横截面切断，如图1.12(a)所示。而铸铁的抗拉 能力较抗剪能力弱，故沿45度的方向拉断，如图1.12(b)所示。
（a）低碳钢
（b）铸铁
图1.12低碳钢、铸铁扭转破坏断面形状
10
实验步骤
沿试样轴向等间距测量三处的直径d，每处相隔90度各测一次并求平均值，以最 小平均直径作为计算直径。
选择测力表盘刻度(选择量程)，并挂上相应的摆锤，将指针对准“零”点。 试样一端的头部完全置于固定夹头中并夹紧，然后调整活动夹头的位置，使试样
另一端的头部完全置于其中并夹紧。注意，扭转过程中试样不能发生打滑。缓慢 加载到700N，切忌不要超过800N 在试样的表面上用有色笔画一轴向直线，以便观察变形及破坏情况。 将绘图纸安置在自动绘图器的圆筒上，并将扭转角指示器调整到0圈及0度。退 出滑动轴承测试软件，卸掉轴承上施加的外载荷，关闭实验台电源 为了便于观察和记录数据，建议： 加载之前一定要将扳紧手柄取下，以免扳紧手柄甩出发生人伤事故。 对低碳钢试样，加载时要缓慢、连续、均匀，不得停顿。当测力表盘上的指针出 现停顿时，记录屈服扭矩 Ms ，直到试样剪断，立即停车，记录最大扭矩M b 。 对铸铁试样，直接加载到试样破坏为止，记录最大扭矩 M b 。 观察低碳钢、铸铁试样扭转破坏现象，并画出断口形状草图。
低碳钢和铸铁的扭转破坏实验优秀课件
b
Mb Wn
图1.11 铸铁转角扭矩及应力分布曲线
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❖ 低碳钢、铸铁扭转破坏断面形状及形成原因
由理论分析可知，被扭转的圆轴材料处于平面应力状态，沿纵、横截面 上产生切应力，而与轴线成45度角的斜截面上则只产生正应力。低碳钢的抗 拉能力比抗剪能力强，故从横截面切断，如图1.12(a)所示。而铸铁的抗拉 能力较抗剪能力弱，故沿45度的方向拉断，如图1.12(b)所示。
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实验结果的处理
❖ 按计算直径d(最小平均直径)计算抗扭截面模 量（ Wn d3 /16），并将计算结果填人表格中；
❖ 根据低碳钢试样的屈服扭矩计算其抗剪屈服 强度
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
❖ 根据低s 碳钢试样的最大扭矩 计算其抗剪强
度
Mb
❖ 根据 b 铸铁试样的最大扭矩 计算其抗剪强度
Mb
b
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。
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❖ 铸铁试样的扭转
条直线铸，铁如试图样1从.1开1(始a)受所扭示转。直从到图被中破可坏看，出其铸M铁n试样受关扭系转曲过线程近中似变为形一
（扭转角）较小，且无屈服现象。试样破坏后记录其最大扭矩 M b ，横
截面上的切应力分布如图1.11（b）所示，所以材料的抗剪强度 b 应按 下式计算：
横截面上各点的剪应力大小均相同，且都为 ，所 s以由图1.10(e)得：
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MsA(SdA )
式中： s常 ,且 数 d A 2 d
图1.10 试样剪应力分布
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Mb
R
2R 3 3R 3 3
M SS
0
2
d3s 4 2s 4 W ns
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Ms = ∫ (τ S dA) ρ
A
式中: τ s = 常数, 且dA = 2πρdρ
图1.10 试样剪应力分布
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Mb
2πR 3 3 πR 3 3 M S = τ S ∫ ρ 2 ρ π dρ = τ s = τ s = Wn τ s 3 4 2 4 0
(a)低碳钢
(b)铸铁
图1.12低碳钢,铸铁扭转破坏断面形状
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实验步骤
沿试样轴向等间距测量三处的直径d,每处相隔90度各测一次并求平均值,以最 小平均直径作为计算直径. 选择测力表盘刻度(选择量程),并挂上相应的摆锤,将指针对准"零"点. 试样一端的头部完全置于固定夹头中并夹紧,然后调整活动夹头的位置,使试样 另一端的头部完全置于其中并夹紧.注意,扭转过程中试样不能发生打滑.缓慢 加载到700N,切忌不要超过800N 在试样的表面上用有色笔画一轴向直线,以便观察变形及破坏情况. 将绘图纸安置在自动绘图器的圆筒上,并将扭转角指示器调整到0圈及0度.退 出滑动轴承测试软件,卸观察和记录数据,建议: 加载之前一定要将扳紧手柄取下,以免扳紧手柄甩出发生人伤事故. 对低碳钢试样,加载时要缓慢,连续,均匀,不得停顿.当测力表盘上的指针出 现停顿时,记录屈服扭矩 M s ,直到试样剪断,立即停车,记录最大扭矩 M b . 对铸铁试样,直接加载到试样破坏为止,记录最大扭矩 M b . 观察低碳钢,铸铁试样扭转破坏现象,并画出断口形状草图.
实验内容
对低碳钢进行扭转破坏,观察低碳钢扭转的 现象,分析断裂的原因 对铸铁进行扭转破坏,观察铸铁扭转的现象, 分析断裂的原因
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实验原理
圆轴受扭矩时,材料完全处于纯切应力状态,所以通常用扭转实验来研 究不同材料在纯切作用下的力学性能.
图 1.9 低碳钢转角扭矩曲线
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τb =
Mb Wn
图1.11 铸铁转角扭矩及应力分布曲线
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低碳钢,铸铁扭转破坏断面形状及形成原因
由理论分析可知,被扭转的圆轴材料处于平面应力状态,沿纵,横截面 上产生切应力,而与轴线成45度角的斜截面上则只产生正应力.低碳钢的抗 拉能力比抗剪能力强,故从横截面切断,如图1.12(a)所示.而铸铁的抗拉 能力较抗剪能力弱,故沿45度的方向拉断,如图1.12(b)所示.
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实验结果的处理
按计算直径d(最小平均直径)计算抗扭截面模 Wn = π d 3 /16 ),并将计算结果填人表格中; 量( 根据低碳钢试样的屈服扭矩计算其抗剪屈服 强度 τs 根据低碳钢试样的最大扭矩 计算其抗剪强 M 度 τb 根据铸铁试样的最大扭矩 计算其抗剪强度
b
Mb
τb
机械工程基础实验之
低碳钢和铸铁的扭转破坏实验
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实验目的
观察并比较低碳钢及铸铁材料扭转破坏的情 况 测定低碳钢的抗剪屈服强度 τ s及抗剪强度τ b 测定铸铁的抗剪强度 τ b 比较低碳钢与铸铁的抗扭性能
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实验设备
K-50,NJ-100B型扭转试验机 游标卡尺
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与图1.10(d)相似,所以τ b =
3 Mb . 4 Wn
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铸铁试样的扭转
铸铁试样从开始受扭转直到被破坏,其 M n 关系曲线近似为一 条直线,如图1.11(a)所示.从图中可看出铸铁试样受扭转过程中变形 (扭转角 )较小,且无屈服现象.试样破坏后记录其最大扭矩 M b ,横 截面上的切应力分布如图1.11(b)所示,所以材料的抗剪强度 τ b 应按 下式计算:
R
3 Ms τs = 4 Wn
过了屈服阶段以后,由于材料的强化,又恢复了承载能力,但扭 矩增加很小,而变形(扭转角 )增长很快, 段近似一根直线,到达C 点时,试样被切断,此时扭矩表盘上的从动指针指示材料破坏时的最 大扭矩 M b ,横截面上各点的切应力仍大小均相同,且都为τ b ,其分布
无法显示图像.计算机 可能没有足够的内存以 打开该图像,也可能是 该图像已损坏.请重新 启动计算机,然后重新 打开该文件.如果仍然 显示红色 "x",则可能需 要删除该图像,然后重 新将其插入. 无法显示图像.计算机可能没有足够的内存 以打开该图像,也可能是该图像已损坏.请 重新启动计算机,然后重新打开该文件.如 果仍然显示红色 "x",则可能需要删除该图 像,然后重新将其插入.
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思考题
根据低碳钢和铸铁的拉伸,压缩和扭转三种 实验结果,分析总结两种材料的力学性能. 低碳钢与铸铁试样扭转破坏的情况有什么不 同?为什么? 扭转试样上的标距刻线在扭转后发生了哪些 变化?说明什么原理?
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�
低碳钢试样的扭转
低碳钢试样受到扭转的整个过程中,扭转试验机上的自动绘图器记 录出的 M n 关系曲线,如图1.9所示.当扭矩在比例扭矩 M P 以内,材 料完全处于弹性状态,OA段为一直线,所以 M P与 成正比关系变化, 试样横截面上的剪应力分布如图1.10(a)所示.当扭矩增大到 M P 时试样横 截面周边上的切应力(最大切应力)为材料的比例强度τ p ,如图1.10(b)所 示.当扭矩超过M P 后,试样横截面上的切应力分布发生了变化,首先是 在截面周边处的材料发生了屈服(即流动),周边形成环形塑性区,此区 内的切应力达到抗剪屈服强度τ s,切应力分布图如图1.10(c)所示.随着 扭矩继续增大,塑性区不断向内扩展,塑性区的切应力达到后就不再增 M 大,如图1.10(c)所示, n 曲线稍微上升,到B点后至 B'点趋于水平, 即材料完全达到屈服,扭矩不再增加,这时扭矩表盘(即测力表盘)上的 指针出现暂时停顿,B点对应的扭矩即为屈服扭矩 M S ,此时塑性区已扩 展到整个截面,横截面上的切应力分布如图1.10(d),即当 M n 达到 M S时, τs 横截面上各点的剪应力大小均相同,且都为 ,所以由图1.10(e)得: