实验三_低碳钢、铸铁扭转试验
实验三低碳钢、铸铁扭转试验
实验三低碳钢、铸铁扭转试验一、实验目的1．测定铸铁的扭转强度极限τm2．测定低碳钢材料的扭转屈服极限τeL 及扭转条件强度极限τm 。
3．观察比较两种材料的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。
二、实验原理扭转破坏试验是材料力学实验最基本最典型的实验之一。
将试件两端夹持在扭转试验机夹头中。
试验时，一个夹头固定不动，另一夹头绕轴转动，从而使试件产生扭转变形，同时，试件承受了扭矩M n 。
从试验机可读得相应的扭矩M n 和扭转角φ，试验机可自动绘出M n -φ曲线图。
对于低碳钢材料M n -φ曲线有两种类型，如图3-1所示。
M n M nM m M mM eL0φ0φ3-2a 整个截面几乎都是塑性区如图3-2C 所示。
在M-φ曲线上出现屈服平台见图3-1。
试验机指针基本不动此时对应的扭矩即为屈服扭矩M eL 。
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，扭转曲线一直上升而无下降情况，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩M m 。
扭转屈服极限τm 按下式计算，即3,4eL eL p M W τ=34m m p M W τ=（3-1） 式中316d W p π=为试件抗扭截面模量。
铸铁受扭时，在很小的变形下发生破坏。
图3-3为铸铁材料的扭转图。
从扭转开始直到破坏为止，扭矩M n 与扭转角近似成正比关系，且变形很小。
试件破坏时的扭矩即为最大扭矩M m ，可据下式计算出扭转强度极限τm ，即pb b W W =τ（3-2） 试件受扭，材料处于纯剪应力状态如图3-4所示。
在与杆轴成±45°角的螺旋面上，分别受到主应为σ1=τ，σ3=-τ的作用。
M nM m0 φ图3-3铸铁扭转图图3-4纯剪应力状态根据试件扭转破坏断口形式如图3-5所示。
低碳钢圆形试件的破坏断面与曲线垂直见图3-5a ，显然是沿最大剪应力的作用面发生断裂，为剪应力作用而剪断。
低碳钢与铸铁的拉伸、压缩和扭转实验
低碳钢与铸铁的拉伸、压缩和扭转实验一、实验目的1、测定拉伸时低碳钢的下屈服强度s σ，抗拉强度b σ，断后伸长率δ和断面收缩率ψ，测定铸铁的抗拉强度b σ。
2、测定压缩时低碳钢压下屈服强度s σ，铸铁抗压强度b σ。
3、测定扭转时低碳钢的屈服强度、 抗扭强度；铸铁抗扭强度。
二、实验原理 (一）拉伸1.拉伸时低碳钢的下屈服极限s σ及抗拉强度b σ的测定。
书P19屈服阶段过后，进入强化阶段，试样又恢复了承载能力，载荷到达最大值F b ，时，试样某一局部的截面明显缩小，出现“颈缩”现象，这时示力盘的从动针停留在F b 不动，主动针则迅速倒退表明载荷迅速下降，试样即将被拉断。
以试样的初始横截面面积A 除F b 得抗拉强度为0A P bb =σ2. 伸时低碳钢的断后伸长率δ和断面收缩率ψ的测定P20铸铁试件在变形极小时，就达到最大载荷P b 而突然发生断裂。
没有屈服和颈缩现象，其强度极限远小于低碳钢的强度极限。
（二）压缩材料压缩时的力学性质可以由压缩时的力与变形关系曲线表示。
铸铁受压时曲线上没有屈服阶段，但曲线明显变弯，断裂时有明显的塑性变形。
由于试件承受压缩时，上下两端面与压头之间有很大的摩擦力，使试件两端的横向变形受到阻碍，故压缩后试件呈鼓形。
铸铁压缩实验的强度极限：b σ=Fb/A0（A0为试件变形前的横截面积）。
（三）扭转P32 三、实验设备万能材料试验机 扭转试验机 游标卡尺。
四、实验步骤 1.测量试样尺寸测定试样初始直径，并用粉笔在试样上画一长为50mm 的标记。
图22、试验机准备（1）检查试验机的夹具是否安装好，各种限位是否在实验状态下就位；（2）启动试验机的动力电源及计算机的电源；（3）调出试验机的操作软件，按提示逐步进行操作；（4）安装试件。
（5）启进行调零，回到试验初始状态；（6）根据实验设定，点击开始实验，注意观察试验中的试件及计算机上的曲线变化；（7）实验完成，记录数据；（8）试件破坏后（非破坏性试验应先卸载），断开控制器并关闭，关闭动力系统及计算机系统，清理还原。
低碳钢和铸铁扭转实验报告
低碳钢和铸铁扭转实验报告
实验目的：
通过对低碳钢和铸铁的扭转实验，比较两种材料的扭转特性差异。
实验装置：
1. 扭转试验机
2. 低碳钢样件
3. 铸铁样件
4. 数据采集仪器
实验步骤：
1. 根据样件尺寸和试验要求，制作低碳钢和铸铁样件。
2. 将样件安装到扭转试验机上，并连接数据采集仪器。
3. 调整实验参数，如扭转角度、扭矩等。
4. 开始进行扭转实验，记录数据，包括扭矩和转角。
5. 完成实验后，对数据进行分析和处理。
实验结果：
1. 低碳钢的扭转特性：记录低碳钢样件在不同扭转角度下的扭矩和转角数据，并绘制相应的扭转曲线图。
2. 铸铁的扭转特性：记录铸铁样件在不同扭转角度下的扭矩和转角数据，并绘制相应的扭转曲线图。
结果讨论：
1. 通过对低碳钢和铸铁的扭转特性进行比较，可以得出它们的扭转强度以及变形能力的差异。
2. 分析低碳钢和铸铁的扭转曲线，可以了解其材料性能的优劣。
3. 根据实验结果，可以选择合适的材料应用于不同领域，以满足对扭转强度和变形能力的不同要求。
结论：
通过对低碳钢和铸铁的扭转实验，我们可以得出它们的扭转特性有所不同。
通过对实验结果的分析，可以选择合适的材料用于相关领域，以满足不同的扭转要求。
实验三 扭转实验
实验三扭转实验
一、试验目的
1、测定低碳钢的剪切弹性模量，验证扭转时的虎克定律；
2、观察比较低碳钢和铸铁在扭转时的破坏现象。
二、实验设备仪器
1、NT—50型扭转实验机
2、扭角仪
3、游标卡尺
三、试件
本实验铸铁、低碳钢都用圆试件，其直径d=10，试件的其它尺寸视扭转机夹头形式而定。
四、实验原理及方法
1、验证扭转时的虎克定律. 最大剪应力不超过材料的比例极限时,相对扭转角φ与扭矩T有如下关系. φ=TL0/GI p式中L0、G、I p皆为常值,T、Φ为变量;若有一扭矩T则对应一φ值,每增加同样大小的扭矩ΔT,扭转角的增量ΔΦ大致相等,这就验证了虎克定律.
2、扭转破坏Tn—Φ曲线.
低碳钢
铸铁
低碳钢和铸铁试件受扭直至破坏,它们的T—Φ曲线如图所示.低碳钢有直线段,有明显的屈服阶段,测力指针暂时不动或摆动,而扭转角Φ很快增加.最终破坏时,可看到低碳钢试件的扭转角非常大,沿横截面扭断,而铸铁试件的扭转角很小,沿45°~55°螺旋面扭断。
五、实验步骤
将试件装在NT—50型扭转实验机上,试件上涂以颜色线条,校正示力盘指针为零,打开(或调整)自动绘图装置开关。
旋转电位器加扭矩至试件破坏。
取下破坏试件,观察试件的破坏情况。
实验三扭转实验报告。
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 s43计算，抗扭强度理论上应按τb ＝wT b43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 ＝ＷＴb 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。
低碳钢铸铁扭转实验报告
低碳钢铸铁扭转实验报告低碳钢和铸铁的扭转实验报告一、试验目的扭转试验报告1、测定低碳钢的剪切屈服极限τs。
和剪切强度极限近似值τb。
2、测定铸铁的剪切强度极限τb。
3、观察并分析两种材料在扭转时的变形和破坏现象。
二、设备和仪器1、材料扭转试验机2、游标卡尺三、试验原理1、低碳钢试样对试样缓慢加载，试验机的绘图装置自动绘制出T-υ曲线(见图1)。
最初材料处于图1 低碳钢是扭转试验弹性状态，截面上应力线性分布，T-υ图直线上升。
到A点，试样横截面边缘处剪应力达到剪切屈服极限τs。
以后，由屈服产生的塑性区不断向中心扩展，T-υ图呈曲线上升。
至B点，曲线趋于平坦，这时载荷度盘指针停止不动或摆动。
这不动或摆动的最小值就是屈服扭矩Ts。
再以后材料强化，T-υ图上升，至C点试样断裂。
在试验全过程中，试样直径不变。
断口是横截面(见图2a)，这是由于低碳钢抗剪能力小于抗拉能力，而横截面上剪应力最大之故。
图2 低碳钢和铸铁的扭转端口形状据屈服扭矩 ?s?3Ts (2-1) 4Wp按式2-1可计算出剪切屈服极限τs。
据最大扭矩Tb可得:?b?3Tb(2-2) 4Wp按式2-2可计算出剪切强度极限近似值τb。
说明:(1)公式(2-1)是假定横截面上剪应力均达到τs后推导出来的。
公式(2-2)形式上与公式(2-1)虽然完全相同，但它是将由塑性理论推导出的Nadai公式略去了一项后得到的，而略去的这一项不一定是高阶小量，所以是近似的。
(2)国标GB10128-88规定τs和τb均按弹性扭转公式计算，这样得到的结果可以用来比较不同材料的扭转性能，但与实际应力不符。
II、铸铁试样铸铁的曲线如图3所示。
呈曲线形状，变形很小就突然破裂，有爆裂声。
断裂面粗糙，是与轴线约成45?角的螺旋面(见图1-3-2b)。
这是由于铸铁抗拉能力小于抗剪能力，而这面上拉应力最大之故。
据断裂前的最大扭矩Tb按弹性扭转公式1-3-3可计算抗扭强度τb。
图3 铸铁扭转曲线图四、试验步骤1、测量试样尺寸以最小横截面直径计算截面系数(抗扭截面模量)Wp。
实验三 扭转实验指导书
扭转实验指导书（试验三）实验三扭转实验在实际工程机械中，有很多传动是在扭转情况下工作。
设计扭转轴所用的许用剪应力，是根据材料在扭转破坏试验时，所测出的扭转剪切屈服极限τS或剪切强度极限τb 而求得的。
在扭转试验时，即使韧性极好的金属也能在扭转时发生断裂，由于扭转断裂后外形无明显变化，从而可以精确地计算应力和应变情况。
一、试验目的1、测定低碳钢材料的扭转时剪切屈服极限τs，剪切强度极限τb。
2、测定铸铁材料的扭转时剪切强度极限τb。
3、观察两种材料扭转时现象，断后断口情况，进行比较。
二、试验设备1、NJ—50B型扭转试验机2、游标卡尺三、扭转试样根据国家标准，扭转试样一般采用圆形截面试样，与拉伸试样相似。
不同的是两端加持部分被磨出两平行平面，以便装夹。
本次试验也用低碳钢与铸铁材料两种材料作为塑性材料和脆性材料的代表。
图3—1 扭转试样四、扭转试验机扭转试验机用于实施扭转试验以测定材料的抗扭力学性能。
本次扭转试验采用NJ-50B型扭转试验机。
见图3-2。
图2—3 NJ-50B型扭转试验机1、构造原理由加力装置和测力装置组成。
加力装置由机座及装于其导轨上的溜板和加力机构组成，溜板可沿导轨（即试样轴线方向）自由移动以保证试样只受扭矩而不受轴向力的作用，加力机构由直流电机经两级蜗杆传动减速后，驱动加力夹头转动从而对试样施加扭矩，加力夹头上安装有360°分度环以显示试样产生的扭角。
测力装置为游砣重力平衡式，来自加力夹头的扭矩T通过试样传给测力夹头，加头受力后经过传感器反映到测力表盘的指针上。
当需要变换测力量程时，转动量程选择旋钮。
2、扭转试验机操作规程1）试验前检查设备情况，加油润滑。
2）估算所测材料断裂时的最大扭矩，选择量程。
3）根据试样大小决定夹块的大小。
4）装夹试样：将试样一端夹入被动夹头，另一端夹入主动夹头。
5）主动针定在零点，将被动指针转至与主动指针重合。
6）选定主动夹头的转速，根据需要选好旋转方向。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验三低碳钢、铸铁扭转试验
一、实验目的
1．测定铸铁的扭转强度极限τm
2．测定低碳钢材料的扭转屈服极限τeL及扭转条件强度极限τm。
3．观察比较两种材料的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。
二、实验原理
扭转破坏试验是材料力学实验最基本最典型的实验之一。
将试件两端夹持在扭转试验机夹头中。
试验时，一个夹头固定不动，另一夹头绕轴转动，从而使试件产生扭转变形，同时，试件承受了扭矩M n。
从试验机可读得相应的扭矩M n和扭转角υ，试验机可自动绘出M n-υ曲线图。
对于低碳钢材料M n-υ曲线有两种类型，如图3-1所示。
M
M M m
M
图3-1 低碳钢M-υ曲线
(a) (b) (c)
图3-2 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M n与扭转角υ成正比关系，横截面上剪应力沿半径线性分布如图3-2a所示。
随着扭矩M n的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限
s
τ且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环形塑性区见图3-2b 。
但中心部分仍是弹性的。
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3-2C所示。
在M-υ曲线上出现屈服平台见图3-1。
试验机指针基本不动此时对应的扭矩即为屈服扭矩M eL。
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，扭转曲线一直上升而无下降情况，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩M m。
扭转屈服极限τm按下式计算，即
3
,
4
eL
eL
p
M
W
τ=
3
4
m
m
p
M
W
τ=（3-1）
M
m
式中316d W p π
=为试件抗扭截面模量。
铸铁受扭时，在很小的变形下发生破坏。
图3-3为铸铁材料的扭转图。
从扭转开始直到破坏为止，扭矩M n 与扭转角近似成正比关系，且变形很小。
试件破坏时的扭矩即为最大扭矩M m ，可据下式计算出扭转强度极限τm ，即 p
b b W W =τ （3-2） 试件受扭，材料处于纯剪应力状态如图3-4所示。
在与杆轴成±45°角的螺旋面上，分别受到主应为σ1=τ，σ3=-τ的作用。
M n
M m
图3-3 铸铁扭转图 图3-4 纯剪应力状态
根据试件扭转破坏断口形式如图3-5所示。
低碳钢圆形试件的破坏断面与曲线垂直 见图3-5a ，显然是沿最大剪应力的作用面发生断裂，为剪应力作用而剪断。
故低碳钢材料的抗剪能力低于抗拉（压）能力；铸铁圆形试件破坏断面与轴线成45°螺旋面 见图3-5b ，破坏断口垂直于最大拉应σ1方向，断面呈晶粒状，这是正应力作用下形成脆性断口，故铸铁材料是当最大拉应力首先达到其抗拉强度极限时，在该截面发生拉断破坏。
( a )低碳钢：剪断 ( b )铸铁：拉断
图3-5 扭转断口示意图
三、实验设备
扭转试验机；刻度机；游标卡尺
四、试样制备
根据国家标准（GB10128-88《金属室温扭转试验方法》规定，扭转试件可采用圆形截面，也可采用薄壁管，并且推荐，对于圆形截面试件，采用直径d 0=10mm ，标距L 0=50mm 或100mm ，平行段长度L=L 0+2d 0。
本试验采用圆形截面试件。
五、实验结果整理
1．将试验数据以表格形式给出
2．低碳钢的屈服极限τeL 及扭转条件强度极限τm 按下式计算： ,eL eL p M W τ= m m p
M W τ= （3-3） 铸铁的强度计算 m m p
M W τ= 316d W p π= （3-4） 绘制低碳钢、铸铁试件的扭转图及断口示意图，并分析破坏原因。
四、试验步骤
（1）测量试件直径。
量取三个截面，每个截面测量两个互相垂直的方向取平均值。
用三处截面中平均值最小者计算抗扭截面模量W P 。
（2）试验机准备。
根据试件尺寸，估计所需最大扭矩，选择适当的扭矩量程。
（3）安装试件（注意试件的纵轴线与试验机夹头的轴线重合），用粉笔在试件表面上画一条纵直线，以便观察试件的变形。
（4）扭矩、扭转角初值调零。
（5）开机试验。
对于低碳钢试样，首先缓慢均匀加载，直到测出屈服扭矩和屈服扭转角，然后改用快速加载直至破坏。
对于铸铁试样，由于其变形较小，必须缓慢均匀加载直至破坏。
试样破坏后立即停机，读出最大扭矩及转角（
应为破坏瞬时的角度）。
（6）取下试件，观察断口形状及塑性变形情况。
（7）实验完毕，试验机复原，关闭电源。
五、实验结果的处理
（1）计算低碳钢扭转屈服极限
（2）计算低碳钢扭转强度极限
（3）计算铸铁扭转强度极限
式中为抗扭截面模量，单位为mm3；扭矩单位为N²m，应力单位为MPa。
（4）绘出两种材料扭转破坏的断口形状图。
说明其特征并分析破坏原因。
3．。