扭转实验报告

扭转实验

1、实验目的

测定材料在扭转破坏时的剪切流动极限，剪 切强度极限，为 在扭转情况下工作的转轴提供设计依据。

2、实验原理

扭转试样一般为圆截面。低碳钢试样扭转时，在表面上画上两条纵向线和两条圆周线，以观察扭转变形。低碳钢在比例极限内，T 与Ф成线性关系。横截面上的切应力沿半径线性分布。随着T 的增大横截面边缘处的切应力首先到达剪切极限 S τ，而且塑性区逐渐向圆心

扩展，形成环形塑性区。但中心部分仍然是弹性的，所以 T 仍可以增加，T 和Ф的关系成为曲线。直到整个截面几乎都是塑性区，在 T- Ф上出现屈服平台，示力度盘的指针基本不动或轻微摆动，相应的扭矩为T S 。如认为这时整个圆截面皆为塑性区，则 T S 与S τ的关系为

s t S W T τ34=或t s s W T ⋅=43τ

式中 163d W t π=为抗扭截面系数。

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，试样的纵向线变成螺旋线，直至到达极限值 Tb,试样被扭断。与Tb 相应的剪切强度极限b τ 仍约定由下面公

式计算，

t b b W T ⋅=43τ

铸铁试样受扭时，变形很小即突然断裂。其T-Ф图接近直线，剪切强度极限b τ可按线弹性公式计算，即t b b W T =τ

3、实验仪器设备：NJ-100B 扭转实验机；0～150mm 游标卡尺

4、实验步骤：

用游标卡尺测量标距截面的直径；在低碳钢试样表面画一条纵向线；根据试样的有效面积估算最大扭矩，然后转动量程手轮选好度盘，接通电源调指针指零；根据试样大小选定夹块和衬套大小，然后装试件，此时指针不在零点调电机手轮；选定主动夹头转速，把开关拨到 0~360°/分档，将从动针转至与主动针重合；根据选好的旋向按下“正”或“反”按钮，

拧动多圈电位器，加载速度低碳钢和铸铁在屈服前用低速，而后用高速。低碳钢要测出下屈服扭矩 TS 、最大扭矩Tb ，铸铁要测出最大扭矩 Tb ；断裂后停机，记下被动针指出的数值和刻度环上的扭转角，整圈数螺线；把扭断的试件对起来，量一下长度 L1 和直径ｄ1 ,把数据填入表中。

5、实验数据及其处理

（1）试样尺寸：低碳钢； 铸铁

（2）实验数据及计算结果

低碳钢：根据测出的屈服扭矩和最大扭矩按下式计算出试件的屈服极限、强度极限。 t s s W T ⋅=43τ ( a MP )

t b b W T ⋅=43τ( a MP ) 铸铁：根据测出的最大扭矩，按下式计算出试件的强度极限t b

b W T =

τ（a MP ） 6、问题讨论

（1）碳钢扭坏时先从哪个地方坏的？

（2）铸铁的断口呈什么形状？为什么呈这样的形状？