低碳钢和铸铁的扭转破坏实验机械技术基础实验中心

低碳钢和铸铁的扭转破坏实验机械技术基础实验中心 机械工程基础实验之 低碳钢和铸铁的扭转破坏实验 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 及抗剪强度 测定铸铁的抗剪强度 比较低碳钢与铸铁的抗扭性能 实验设备 K-50,NJ-100B型扭转试验机 游标卡尺 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 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 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 关系曲线,如图1.9所示.当扭矩在比例扭矩 以内,材料完全处于弹性状态,OA段为一直线,所以 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 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 ,如图 1.10(b)所示.当扭矩超过 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 ,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, 曲线稍微上升,到 B点后至 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 ,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 达到 时,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: 式中: 图 1.10 试样剪应力分布 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 ,横截面上各点的切应力仍大小均相同,且都为 ,其分布与图 1.10(d)相似,所以 . 铸铁试样的扭转 铸铁试样从开始受扭转直到被破坏,其 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 ,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 应按下式计算: 图1.11 铸铁转角扭矩及应力分布曲线 低碳钢,铸铁扭转破坏断面...