低碳钢和铸铁的扭转破坏实验ppt课件

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。
内的切应力达到抗剪屈服强度 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 大，如图1.10(c)所示，M 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，

3 4
Wn
s
s

3 4

Ms 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 Mb ，横截面上各点的切应力仍大小均相同，且都为 b，其分布
与图1.10(d)相似，所以 b
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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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 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
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 s及抗剪强度 b 测定铸铁的抗剪强度 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
3
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
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
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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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
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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
Hale Waihona Puke Baidu
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
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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。
（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

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：