金属材料的扭转实验报告

金属材料的扭转实验报告

1.实验目的

（1）测定低碳钢扭转时的强度性能指标:剪切屈服极限和剪切强度极限

（2）测定灰铸铁扭转时的强度性能指标：剪切强度极限。

（3）绘制低碳钢和灰铸铁的扭转图，比较低碳钢和灰铸铁的扭转破坏形式。（4）了解电子式扭转实验机的构造，原理和操作方法。

2.实验设备和仪器

（1）扭转实验机

（2）游标卡尺

3.实验试样

按照国家标准GB10128-2007《金属室温扭转实验方法》，金属扭转试样的形状随着产品的品种、规格以及实验目的的不同而分别为圆形截面试样和管形截面试样两种。其中最常用的是圆形截面试样。

4.实验步骤

（1）测量试样的直径。

（2）将试样安装到扭转实验机上，运行应用软件，预制实验条件、参数。（3）开始“实验”按钮，匀速缓慢加载，跟踪观察试样的屈服现象和实时曲线，待屈服过程之后，提高实验机的加载速度，直至试样被扭断为止。

（4）取下拉断的试样，进行实验数据和曲线及实验报告处理。

（5）测定灰铸铁扭转时的强度性能指标步骤与低碳钢扭转基本一致，但只需要测量扭断值。

5.实验原理与方法

（1）扭转力学性能试验

式样在外力偶矩的作用下，其上任意一点处于纯剪切应力状态。随着外力偶矩的增加，力矩与扭转角呈线性关系，直至力矩的示数值出现一个维持的平台，这是所指示的外力偶矩的数值即为屈服扭矩Te。按弹性扭转公式计算的剪切屈服应力为τe=Te/Wp，式中：Wp=πd3/16为式样在标距内的抗扭截面系数。在测出

屈服扭矩Te后，可加快实验机加载速度，直到式样被扭断为止。实验机记录下最大扭矩Tm，剪切强度极限为τm=Tm/Wp。如上所述，名义剪切应力τe，τm等，是按弹性公式计算的，他是假设式样横截面上的剪切应力为线性分布，外表最大，形心为零，这在现行弹性阶段是对的。

（2）测定灰铸铁扭转时的强度性能指标

对于灰铸铁式样，只需测出其承受的最大外力偶矩Mem，抗扭强度为Τm=Mem/Wp，低碳钢式样的断口与轴线垂直，表明破坏是由切应力引起的；而灰铸铁式样的断口则沿螺旋线方向与轴线约成45°角，表明破坏是由拉应力引起的。

6.实验数据

（1）低碳钢：剪切屈服极限τe=3M es/4W p=122.422MPa

剪切强度极限τm=3M em/4W p=373.110MPa

（2）铸铁：剪切强度极限τm=M em/4W p

=144.396MPa

试样材料试件直径

d/mm

抗扭截面模量

W p/mm2

屈服时扭矩

T e=M es/(N·m

m)

最大扭矩

T m=M em(N·m

m)

低碳钢10196.349532.0597680铸铁10196.349528352