低碳钢和铸铁扭转破坏试验
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τs;3、低碳钢和铸铁的剪切强度极限τb;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图1. 低碳钢材料的扭转图1. 低碳钢材料的扭转图τsa 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2a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τs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2b;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2c 所示;此时在T-φ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 s ;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 b ;由t s d s As s W d dA T τρπρρτρτ3422/0===⎰⎰）（ 可得低碳钢材料的扭转屈服极限t s s W T 43=τ；同理,可得低碳钢材料扭转时强度极限t b b W T 43=τ,其中316d W t π=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;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T b ,铸铁材料的扭转强度极限为tbb W T =τ; 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4a 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T s和最大扭矩T b;6.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T b,无需安装扭角测量装置;五、实验记录及数据处理表1. 试件尺寸表2. 实验记录及数据计算六：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： 低碳钢的扭转破坏,扭矩-扭转曲线如下图所示：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变形的胡克定律P GI TL /=Φ,试中,32/40d I P π=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G;如图所示：横坐标为ΦI P ,纵坐标为TL,即该直线的的斜率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)1(2/μ+=E G ,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;。
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。
低碳钢和铸铁扭转实验报告
低碳钢和铸铁扭转实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过对低碳钢和铸铁材料进行扭转实验，探究它们在受力情况下的性能差异，为工程材料的选择和设计提供参考依据。
二、实验原理。
扭转实验是通过在材料上施加扭转力，来研究材料在扭转作用下的变形和破坏性能。
通过测量扭转角度和扭转力，可以得出材料的剪切模量和屈服强度等参数。
三、实验装置和材料。
本次实验所用的实验装置包括扭转试验机、扭转力传感器和扭转角度测量仪。
实验材料为一块低碳钢试样和一块铸铁试样。
四、实验步骤。
1. 将低碳钢试样和铸铁试样依次固定在扭转试验机上；2. 通过扭转试验机施加相同的扭转力，记录下扭转力和扭转角度的变化；3. 当试样发生破坏时，立即停止施加扭转力，并记录下此时的扭转力和扭转角度。
五、实验数据和分析。
通过实验数据的记录和分析，得出以下结论：1. 低碳钢试样在扭转作用下表现出较高的屈服强度和较小的扭转角度，具有较好的抗扭转性能；2. 铸铁试样在扭转作用下表现出较低的屈服强度和较大的扭转角度，具有较差的抗扭转性能；3. 通过对比两种材料的实验数据，可以得出低碳钢具有较好的抗扭转性能，适用于需要承受扭转作用的工程设计。
六、结论。
通过本次实验，我们得出了低碳钢和铸铁在扭转作用下的性能差异，并为工程材料的选择和设计提供了参考依据。
低碳钢具有较好的抗扭转性能，适用于需要承受扭转作用的工程设计，而铸铁的抗扭转性能相对较差。
七、实验总结。
本次实验通过扭转实验研究了低碳钢和铸铁在扭转作用下的性能表现，为工程材料的选择和设计提供了重要参考。
在今后的工程实践中，我们应根据实际需要选择合适的材料，以确保工程结构的安全和可靠性。
八、参考文献。
[1] 材料力学实验教程。
[2] 张三，李四. 金属材料力学性能测试与分析. 北京，机械工业出版社，2008.以上就是本次低碳钢和铸铁扭转实验的报告内容，希望对大家有所帮助。
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。
低碳钢铸铁扭转实验
b
3 Mb 4 Wt
5、成果整理
2、计算结果 低碳钢平均直径:R =10.0 mm 铸铁平均直径: R =10.0 mm 抗扭截面系数:Wt 抗扭截面系数:Wt
Tb Wt
铸铁:
剪切强度极限： b
低碳钢:剪切屈服极限： s 3 Ts
1、实验操作
界面
主要是对扭 转试验机运行宏 观控制，及试验 结果及图象的观 察。
通道显示窗口
实验按扭组 输入表
4、试验操作及步骤
通过试验条件
2、试验条件 界面
这个界面是 试验方案界面， 定义试验名称和 方案，以备查找 数据用。
4、试验操作及步骤
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。
提
1、试验目的 2、仪器设备
纲
√ 3、试验原理
4、试验操作及步骤
5、成果整理
6、思考题目
３、试验原理
1、低碳钢扭转实验
实验前，用游标卡尺测定试件的直径d。
在加载过程中，可用机器的记录装置绘出T-φ图。在比例极限内， T与φ成线形关系。横截面上切应力首先到达沿半径分布如图a,随着T 的不断增大，横截面边缘处形成环行塑性区首先达到剪切屈服极限 τs 如图b，但中心部位仍然弹性的，所以T仍可以增加， T与φ的关系成 为曲线。直到整个截面几乎都是塑性区如图c,T与φ出现屈服平台，T 数据上下轻微波动，相应的扭矩为Ts，则Ts与τs的关系：
低碳钢、铸铁扭转试验
（实验项目三）
地质工程实验中心
提
√
1、试验目的 2、仪器设备 3、试验原理
题目
1、试验目的
低碳钢和铸铁的扭转实验报告doc(一)2024
低碳钢和铸铁的扭转实验报告doc（一）低碳钢和铸铁的扭转实验报告引言概述：本文是关于低碳钢和铸铁材料在扭转实验中的研究报告。
扭转实验是一种常见的力学实验方法，可用于评估材料的扭转性能及其在实际工程中的应用潜力。
本文将从实验设计、实验过程、实验结果和讨论等方面对低碳钢和铸铁在扭转实验中的行为进行详细阐述。
正文：1. 实验设计1.1 选择材料：低碳钢和铸铁1.2 实验目的：比较低碳钢和铸铁在扭转实验中的性能差异1.3 实验装置：扭转实验机、力传感器、扭转角度传感器等2. 实验过程2.1 试样制备：根据标准规范，制备相应尺寸的低碳钢和铸铁试样2.2 装配试样：将试样固定在扭转实验机上，保持试样处于正常运转状态2.3 参数设置：根据实验要求，设置扭转实验机的转速和扭矩参数2.4 数据记录：利用实验装置的传感器，记录扭矩和扭转角度的随时间变化情况2.5 实验重复：对于每个材料类型，重复三次实验，以确保结果的可靠性3. 实验结果3.1 低碳钢材料的扭转性能结果3.1.1 扭转角度随时间的变化曲线3.1.2 扭矩随时间的变化曲线3.1.3 扭转刚度的计算结果3.1.4 最大扭转角度及断裂点的确定3.2 铸铁材料的扭转性能结果3.2.1 扭转角度随时间的变化曲线3.2.2 扭矩随时间的变化曲线3.2.3 扭转刚度的计算结果3.2.4 最大扭转角度及断裂点的确定4. 数据分析与讨论4.1 低碳钢与铸铁的扭转性能比较4.1.1 扭转角度和扭矩的趋势对比4.1.2 扭转刚度的比较4.2 对低碳钢和铸铁在实际工程中的应用潜力进行讨论 4.2.1 强度和韧性的比较4.2.2 材料成本和可加工性的考量4.2.3 抗腐蚀性能的评估5. 结论本实验研究了低碳钢和铸铁在扭转实验中的表现，并进行了对比分析和讨论。
根据实验结果，可以得出结论：低碳钢在扭转性能方面可能具有更好的性能和应用潜力，但铸铁在特定工程应用中可能更为适用。
然而，进一步的研究和分析仍有待开展，以深入了解这两种材料的性能特点和实际应用潜力。
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
仪器与材料：
1.低碳钢试样
2.铸铁试样
3.扭转试验机
4.电子天平
5.尺子
6.计算机
实验步骤：
1.准备工作：将低碳钢和铸铁试样分别称重，并用尺子测量其长度和
直径。
2.装夹试样：将试样的一端放入扭转试验机的夹具中，并夹紧。
3.实施扭转试验：启动扭转试验机并设定转动速度。
开始加载直至试
样断裂。
记录加载时间和加载断裂前试样的扭转角度。
4.数据处理与分析：通过上述实验步骤记录的数据，计算出扭力大小、材料的应力和应变，并得出低碳钢和铸铁的扭转强度和塑性。
实验结果与讨论：
在进行扭转试验后，我们得到了低碳钢和铸铁试样的断裂扭转角度、
加载时间以及试样的长度和直径。
根据这些数据，可以计算出两种材料的
应力和应变。
首先，计算扭力大小。
扭力可以通过以下公式计算：
扭力=2π×弹簧常数×扭转角度
然后，计算应力和应变。
应力可以通过以下公式计算：
应力=扭力/(π×半径的平方)
应变=扭转角度/长度
实验结论：
通过对低碳钢和铸铁进行扭转实验，我们得到了两种材料的扭转强度和塑性。
低碳钢表现出较高的扭转强度和塑性，而铸铁则表现出较低的强度和塑性。
这与低碳钢的较高碳含量和较细的晶粒结构有关。
这些结果对于材料选择和工程设计具有重要意义，可以帮助我们选择适当的材料以满足特定的工程需求。
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。
低碳钢和铸铁扭转实验报告
低碳钢和铸铁扭转实验报告一、实验目的1、观察低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形现象，比较它们的力学性能差异。
2、测定低碳钢的剪切屈服极限和剪切强度极限，以及铸铁的抗扭强度。
3、熟悉扭转试验机的工作原理和操作方法。
二、实验设备1、扭转试验机2、游标卡尺三、实验原理1、低碳钢扭转低碳钢属于塑性材料，在扭转过程中，其变形经历了弹性阶段、屈服阶段和强化阶段。
在弹性阶段，扭矩与扭转角呈线性关系，材料符合胡克定律。
当扭矩达到屈服扭矩时，试件表面出现沿横截面的滑移线，进入屈服阶段。
屈服阶段过后，材料进入强化阶段，变形继续增加，扭矩也随之增大，直至试件断裂。
2、铸铁扭转铸铁属于脆性材料，在扭转过程中，其变形很小，几乎没有明显的屈服阶段。
当扭矩达到一定值时，试件突然断裂。
四、实验步骤1、测量试件的直径，在不同位置测量多次，取平均值。
2、安装试件，确保试件与扭转试验机的夹头同轴。
3、启动扭转试验机，缓慢加载，观察试件的变形情况，并记录扭矩和扭转角的数据。
4、当低碳钢试件出现屈服现象时，记录屈服扭矩；当试件断裂时，记录最大扭矩。
5、对于铸铁试件，记录其断裂时的扭矩。
6、实验结束后，取下试件，观察其断口形状。
五、实验数据处理与分析1、低碳钢直径测量：测量低碳钢试件的三个不同位置的直径，分别为 d1 ＝1002mm，d2 ＝ 998mm，d3 ＝ 1000mm，平均值 d ＝（d1 ＋ d2 ＋ d3) ／ 3 ＝ 1000mm。
屈服扭矩 Ts ＝ 50 N·m最大扭矩 Tb ＝ 80 N·m根据公式计算剪切屈服极限τs 和剪切强度极限τb：τs ＝ Ts ／（πd³/16) ＝ 50×16 ／（π×10³) ≈ 251 MPaτb ＝ Tb ／（πd³/16) ＝ 80×16 ／（π×10³) ≈ 402 MPa2、铸铁直径测量：测量铸铁试件的三个不同位置的直径，分别为 d1 ＝1005mm，d2 ＝ 1003mm，d3 ＝ 1004mm，平均值 d ＝（d1 ＋ d2 ＋d3) ／ 3 ＝ 1004mm。
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一、实验背景二、实验步骤1.实验材料准备：从实验室仓库中取出低碳钢和铸铁两种材料，分别切割成相同尺寸的试样。
2.实验装置搭建：使用扭转试验机搭建扭转实验装置。
将试样夹紧在扭转试验机上的夹具上，确保试样稳固。
3.扭转实验参数设置：根据实验要求，设置扭转速度、载荷范围和记录数据的采样频率等参数。
4.实施扭转实验：开始扭转实验，逐渐增加载荷，直至试样发生破坏。
5.数据记录和分析：记录实验过程中的数据，包括扭转力和扭转角度等。
绘制载荷-扭转角度曲线，并比较低碳钢和铸铁的力学性能。
三、实验结果与分析通过实验记录的数据，我们可以得到载荷-扭转角度曲线。
根据实验结果，我们可以得出结论：1.扭转强度：从载荷-扭转角度曲线中可以得知，低碳钢的扭转强度明显高于铸铁。
在相同载荷下，低碳钢试样的扭转角度较小。
这表明低碳钢具有更高的抗弯刚度和耐疲劳性能。
2.断裂特性：低碳钢试样的断裂面一般较光滑，而铸铁试样的断裂面通常呈现比较粗糙的形态。
这说明低碳钢的延展性较好，而铸铁的断裂韧性相对较低。
3.力学性能：根据实验结果可以计算出低碳钢和铸铁的扭转刚度。
低碳钢的扭转刚度明显高于铸铁，这意味着低碳钢具有更好的力学性能和抗变形能力。
四、实验结论通过对低碳钢和铸铁的扭转实验比较1.低碳钢具有较高的扭转强度和抗变形能力，适用于对力学性能要求较高的工程结构中。
2.铸铁的扭转韧性较低，适用于对抗冲击性和磨损性要求较高的场合。
3.在实际工程中，根据具体的应用需求和环境条件，选择适当材料对于确保工程质量和安全至关重要。
五、实验改进1.增加试样数量：本实验只使用了少量试样，如果增加试样数量，结果的可靠性将会有所提高。
2.扭转速度的影响：本实验未考虑扭转速度对试样扭转性能的影响，今后可以进行不同扭转速度下的实验，以进一步了解材料的力学性能。
3.其他材料比较：本实验只比较了低碳钢和铸铁的扭转性能，今后可以将其他材料（如不锈钢、铝合金等）纳入比较范围，以全面了解不同材料的力学性能。
材料力学实验指导书(低碳钢和铸铁的扭转实验)
低碳钢和铸铁的扭转实验一、实验名称低碳钢和铸铁的扭转实验。
二、实验目的1．测定低碳钢的剪切屈服极限sτ及剪切强度极限bτ；2．测定铸铁的剪切强度极限bτ；3．观察比较两种材料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。
三、实验设备及仪器1．扭转试验机2．游标卡尺四、试样制备低碳钢和铸铁试样如图所示，直径d=10mm，分别测量并记录试样的原始标距L0。
五、实验原理扭转实验是将材料制成一定形状和尺寸的标准试样，置于扭转试验机上进行的，利用扭转试验机上面的自动绘图装置可绘出扭转曲线，并能测出金属材料抵抗扭转时的屈服扭矩s T和最大扭矩b T。
通过计算可求出屈服极限sτ及剪切强度极限bτ。
t s s W T =τ tbb W T =τ ，其中：61d 3tπ=W六、实验步骤1、测量试件标距；2．选择试验机的加载范围，弄清所用测力刻度盘； 3．安装试样，调整测力指针；4．实验测试。
开机缓慢加载，注意观察试件、测力指针和记录图，记录主要数据，在低碳钢扭转时，有屈服现象，记录测力盘指针摆动的最小扭矩为屈服扭矩Ts ，直至实验结束记录最大扭矩Tb ；5．铸铁在扭转时无屈服现象，直至实验结束记录最大扭矩Tb ； 6．关机取下试件，将机器恢复原位。
七、数据处理1. 记录相关数据 材料 直径d0(mm) 标距L0(mm) 屈服扭矩Ts(Nm) 最大扭矩Tb(Nm)低碳钢 铸铁\2. 计算（1）抗扭截面系数Wt 的计算（单位mm3）。
61d 3tπ=W（2）低碳钢的屈服极限sτ及剪切强度极限b τ的计算（单位MPa ）t s s W T =τ tbb W T =τ3）铸铁剪切强度极b τ的计算（单位MPa ）。
tbb W T =τ八、绘制断口示意图并分析破坏原因破坏原因分析：低碳钢材料的抗剪能力低于抗拉（压）能力，低碳钢扭转时沿最大切应力的作用面发生断裂，为切应力作用而剪断，因此，其破坏断面与曲线垂直，见图(a)所示；铸铁材料的抗拉强度较低，铸铁扭转时沿最大拉应力的作用面发生断裂，由应力状态可知，纯剪切最大拉应力作用的主平面与X 轴夹角为45°，因此，铸铁圆形试件破坏断面与轴线成45°螺旋面，如图(b)所示。
低碳钢铸铁扭转实验报告
一、实验目的1. 比较低碳钢和铸铁在扭转试验中的性能差异；2. 了解低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形和破坏形式；3. 学习材料力学的基本原理，提高实验操作技能。
二、实验原理扭转试验是材料力学实验中的一种基本试验，用于测定材料的扭转性能。
在扭转试验中，试样受到一对相互垂直的力矩作用，产生扭转变形。
根据胡克定律，扭转应力和扭转角之间存在线性关系。
当试样达到剪切屈服极限时，扭矩不再随扭转角线性增加，出现屈服平台。
当试样破坏时，扭矩达到最大值。
三、实验设备及试样1. 实验设备：扭转试验机、游标卡尺、百分表、砂轮机、钢尺等；2. 实验材料：低碳钢、铸铁；3. 实验试样：圆轴试样，直径约为10mm。
四、实验步骤1. 将低碳钢和铸铁试样分别固定在扭转试验机的夹头上；2. 启动试验机，缓慢增加扭矩，同时记录扭矩值；3. 观察试样在扭转过程中的变形和破坏形式；4. 记录试样破坏时的扭矩值；5. 使用游标卡尺测量试样破坏后的直径变化；6. 对试样断口进行观察和分析。
五、实验结果与分析1. 低碳钢试样在扭转试验过程中，当扭矩达到屈服极限时，出现屈服平台。
试样破坏时，扭矩达到最大值。
试样破坏后，直径变化较大，断口呈平面状，属于剪切破坏；2. 铸铁试样在扭转试验过程中，当扭矩达到屈服极限时，出现屈服平台。
试样破坏时，扭矩达到最大值。
试样破坏后，直径变化较小，断口呈斜面状，与轴线成45°～55°角，属于剪切破坏。
六、实验结论1. 低碳钢和铸铁在扭转试验中的性能存在差异。
低碳钢具有较好的塑性和韧性，而铸铁具有较好的脆性；2. 低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形和破坏形式不同。
低碳钢试样破坏后，断口呈平面状，而铸铁试样破坏后，断口呈斜面状；3. 低碳钢和铸铁的扭转性能与其材料性能密切相关。
七、实验讨论1. 实验过程中，低碳钢和铸铁试样的扭转性能差异可能与材料的化学成分、组织结构等因素有关；2. 实验过程中，低碳钢和铸铁试样的变形和破坏形式可能与材料的屈服极限、抗拉强度等因素有关；3. 实验过程中，低碳钢和铸铁试样的扭转性能对工程应用具有重要意义，可根据实际需求选择合适的材料。
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
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。
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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。
当圆截面试样横截面的最外层切应力达到剪切屈服点s τ时，占横截面绝大部分的内层切应力仍低于弹性极限，因而此时试样仍表现为弹性行为，没有明显的屈服现象。
当扭矩继续增加使横截面大部分区域的切应力均达到剪切屈服点s τ时，试样会表现出明显的屈服现象，此时的扭矩比真实的屈服扭矩T s 要大一些，对于破坏扭矩T b 也会有同样的情况。
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4-3a 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4-3b 所示铸铁试样的断面是与试样轴线成450角的螺旋面，断面是最大拉应力作用面，断口较为粗糙，因而是最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。
图 4-3
材料的切变模量G 遵照国家标准(GB/T 10128—1988)可由圆截面试样的扭转试验测定。
在弹性范围内进行圆截面试样扭转试验时，扭矩厂与扭转角中之间的
关系符合扭转变形的胡克定律p /GI Tl =Φ，式中：32/4o P d I π=为截面的极惯性
矩。
当试样长度l 和极惯性矩I p 均为已知时，只要测取扭矩增量ΔT 和相应的扭转角增量ΔΦ，可由式
p
I l
T G ⋅⋅=
∆Φ∆
计算得到材料的切变模量。
实验通常采用多级等增量加载法，这样不仅可以避免人为读取数据产生的误差，而且可以通过每次载荷增量和扭转角增量验证扭转变形胡克定律。
注意到三个弹性常数E ，μ，G 之间的关系)
1(2tr μ+=
E
G ，由材料手册查得
材料的弹性模量E 和泊松比μ，计算得到材料的切变模量tr G ，如将计算值tr G 取作真值，可将测试得到的G 值与tr G 值进行比较，检验测试误差。
四、实验步骤
1．测量试样直径d 0，长度L ；
2．装夹试样（操作方法参见试验机使用手册）；
3．进入PowerTest 软件，选择剪切弹性模量测定试验方案； 4．按软件“运行”键，开始试验。
5．记录多级等增量加载实验数据。
6．选择金属扭转破坏试验方案。
7．按软件“运行”键，开始试验。
8．试样被扭断后停机，取下试样，注意观察试样破坏断口形貌。
9．记录实验数据。
10．请指导教师检查原始记录并签字后，结束实验。
将试验机复位并整理现场。
五、实验注意事项
1．推动试验机移动支座时，切忌用力过大，以免损坏试样或传感器。
2．进入软件前请确定试验机电源已打开。
3．退出软件前请确定试验机电源已关闭。
六、思考题
1．为什么低碳钢试样扭转破坏断面与横截面重合，而铸铁试样是与试样轴线成450螺旋断裂面？
答：在圆杆扭转实验中，低碳钢属于剪切强度低于拉伸强度的材料，破坏是由横截面上的最大切应力引起，并从杆的最外层沿横截面发生剪断产生的，而铸铁是属于拉伸强度低于剪切强度的材料，它的破坏是由-45°斜截面上最大拉应力引起，并从杆的最外层沿着轴线约45°倾角的螺旋形曲面发生拉断而产生的，故低碳钢试样扭转破坏断面与横截面重合，而铸铁试样是与试样轴线成45°螺旋断裂面。
七、实验结果
低碳钢直径d0测量
测得的扭矩T及对应的标距转角φ
破坏扭矩：T b=86.184 N∙m屈服扭矩：T s=36.41 N∙m
实验数据图
由胡克定律
∅=Tl GI p
得
G =∆T ∙l ∆∅∙I p
010203040506070
80901000
500
1000
1500
2000
2500
扭矩（N ∙m ）
扭角(°)
010203040506070
80901000
200
400
600
800
1000
扭矩（N ∙M ）
标距扭角(°)
I p =πd 0
432
⁄
求解结果
实验图片。