低碳钢和铸铁扭转试验

低碳钢和铸铁扭转实验

一、实验目的

１．观察比较低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形现象、破坏形式。　

２．测定低碳钢扭转时的屈服点τs 和抗扭强度τb 。　

３．测定铸铁扭转的抗扭强度τb 。　

二、实验设备与试件

１．扭转试验机。　

２．游标卡尺。　

３．扭转试件参照国家标准GB10128–88采用圆形截面试件(如图2–13所示)，为中间段试件直径；0d Ｌ0为试件原始标距；Ｌc 为试件平行长度；d 0＝10 mm，Ｌ0＝100 mm或50 mm，Ｌc ＝120 mm或70 mm，如果采用其他直径的试件，其平行长度为标距加上两倍直径。试件两头为夹持端，因为试件受扭，在两头夹持部分对称加工两个相互平行的平面，以便于安装夹紧。　

图2–13 扭转试件图

三、实验原理和方法

试件受扭时将产生扭转变形，扭矩Ｔ和扭角ϕ相应增加，试验机将自动记录数据大小并在电脑显示屏上自动绘出ϕ−Ｔ曲线图，如图2–14所示。从图2–14(a)可以看出，低碳钢扭转试验开始为弹性变形阶段，Ｔ与ϕ成正比，横截面上剪应力呈线性分布，横截面周边处的剪应力最大，圆心为零。当扭矩Ｔ增大，试件开始产生屈服，横截面周边处的剪应力首先达到屈服极限，随着扭转变形的增加，剪应力由横截面周边处开始向圆心扩展逐步达到屈服极限，即塑性区由圆周向圆心扩展，直到整个截面达到屈服。在屈服过程中ϕ−Ｔ曲线显示为屈服平台，这时扭矩为屈服扭矩Ｔs 。屈服过后为强化阶段，扭矩又开始缓慢上升，试件扭角迅速增加，当扭矩达到最大值Ｔb 时试件断裂。考虑到整体屈服后塑

性变形对应力分布的影响，低碳钢扭转屈服点理论上应按式τs =w T s

43计算，抗扭强度理论上应按τb ＝w

T b

43计算，但是为了试验结果的可比性，根据国标GB／T10128–88，

图2–14 扭转曲线图

τs 和τb 的计算公式为：

τs ＝

ＷＴs ， τb ＝Ｗ

Ｔb 公式中：Ｗ为截面系数。　

图2–14(b)为铸铁的扭转曲线图，铸铁受扭时变形很小没有屈服阶段，因此断裂时的扭矩就是最大扭矩Ｔb ，抗扭强度为：

　τb ＝

ＷＴb 四、实验步骤

１．低碳钢试件　

(1) 用游标卡尺在标距两端和中间部位，分别沿相互垂直的两个方向各测量一次直径，并分别计算这三个截面的平均值，取其最小值计算试件的横截面积。　

0Ａ(2) 打开扭转试验机以及计算机电源开关、打开试验程序nj.exe，并调整好前夹头位置。(参见§4.5扭转试验机)　

(3) 安装试件，先将试件一端夹持部分装入试验机主动夹头，将另一端装入从动夹头，并将两夹头锁紧，在试件表面用粉笔画一条直线。　

(4) 设置试验参数，试件屈服前扭转速度应在6～30°/min 范围，屈服后不大于360°/min。

(5) 试验前将扭矩、扭角清零，再开始试验。试验机自动记录显示数据并绘制Ｔ-ϕ曲线图。 (6) 试验结束取下试件，读取实验数据。

２. 铸铁试件　

(1) 试验方法与低碳钢基本相同。扭转曲线从开始受扭直到破坏近似呈现一条微弯的曲线。铸铁试件扭转变形很小，故一定要用慢速加载，扭转速度通常设为6～15°/min，断裂

后自动记下最大扭矩

Ｔb 。 (2) 试验完毕卸下试件，清理机器，关闭电源。　

五、实验结果处理

根据实验记录的数据，计算出低碳钢的τs 、τb ，铸铁的τb ，画出断口草图，分析破坏原因。

六、思考题

1．根据低碳钢与铸铁的断口形式分析其破坏原因。　

2．若用木材或竹材制成纤维平行于轴线的圆截面试件，它们的破坏形式将怎样?