实验三 低碳钢、铸铁扭转试验
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。
低碳钢和铸铁扭转破坏试验
低碳钢扭转破坏试验实验报告黄冬2015-10-29低碳钢和铸铁扭转破坏试验一、实验目的和要求1．测定低碳钢的剪切屈服点s τ、抗剪强度b τ和铸铁的抗剪强度b τ，观察扭矩—扭转角曲线（T -φ曲线）。
2．观察两类材料试样扭转破坏断口形貌，并进行比较和分析。
3．测定低碳钢的切变模量G 。
4．验证圆截面杆扭转变形的胡克定律（p /GI Tl =Φ）。
二、实验设备和仪器1．微机控制扭转试验机。
2．游标卡尺。
3. 装夹工具。
三、实验原理和方法遵照国家标准(GB/T10128—1988)采用圆截面试样的扭转试验，可以测定各种工程材料在纯剪切情况下的力学性能。
如材料的剪切屈服点s τ和抗剪强度b τ等。
圆截面试样须按上述国家标准制成(如图4-1所示)。
试样两端的夹持段铣削为平面，这样可以有效地防止试验时试样在试验机卡头中打滑。
图 4-1试验机软件的绘图系统可绘制扭矩一扭转角曲线，简称扭转曲线（图4-2a 、b 中的T —φ曲线）。
从图4-2a 可以看到，低碳钢试样的扭转试验曲线由弹性阶段(oa 段)、屈服阶段(ab 段)和强化阶段(cd 段)构成，但屈服阶段和强化阶段均不像拉伸试验曲线中那么明显。
由于强化阶段的过程很长，图中只绘出其开始阶段和最后阶段，破坏时试验段的扭转角可达π10以上。
a ）低碳钢 b) 铸铁图 4-2图4-2b 所示的铸铁试样扭转曲线可近似地视为直线(与拉伸曲线相似，没有明显的直线段)，试样破坏时的扭转变形比拉伸破坏时的变形要明显得多。
从扭转试验机上可以读取试样的屈服扭矩T s 和破坏扭矩T b 。
由T s s /W T =τ和T b b /W T =τ计算材料的剪切屈服点s τ和抗剪强度b τ，式中：16/30T d W π=为试样截面的抗扭截面系数。
需要指出的是，对于塑性材料，采用实心圆截面试样测量得到的剪切屈服点s τ和抗剪强度b τ，高于薄壁圆环截面试样的测量值，这是因为实心圆截面试样扭转时横截面切应力分布不均匀所致。
扭转破坏实验报告
一、实验目的1. 掌握扭转试验机的操作方法。
2. 测定低碳钢的剪切屈服极限和剪切强度极限。
3. 比较低碳钢和铸铁在扭转过程中的变形及其破坏形式。
4. 分析试件断口形貌，了解两种材料的扭转性能差异。
二、实验设备与仪器1. 扭转试验机2. 游标卡尺3. 低碳钢圆轴试件4. 铸铁圆轴试件三、实验原理扭转试验是材料力学实验中的一种基本试验，通过测定材料在扭转过程中的应力、应变和破坏情况，来研究材料的扭转性能。
在扭转过程中，材料内部的应力分布呈环形分布，最大应力出现在试件的边缘，最小应力出现在试件中心。
四、实验步骤1. 将低碳钢和铸铁圆轴试件分别安装在扭转试验机上。
2. 使用游标卡尺测量试件的直径，记录数据。
3. 设置扭转试验机，选择合适的加载速度。
4. 开启试验机，开始进行扭转试验。
5. 观察试件的变形情况，记录屈服扭矩和破坏扭矩。
6. 取下试件，观察断口形貌，分析破坏原因。
五、实验结果与分析1. 低碳钢试件的扭转实验结果如下：- 剪切屈服极限：σs = 220 MPa- 剪切强度极限：σb = 300 MPa低碳钢在扭转过程中，当扭矩达到屈服扭矩时，试件表面出现屈服现象，扭矩基本不变。
随着扭矩的继续增大，试件进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加。
当扭矩达到破坏扭矩时，试件发生断裂。
2. 铸铁试件的扭转实验结果如下：- 剪切强度极限：σb = 150 MPa铸铁在扭转过程中，当扭矩达到剪切强度极限时，试件发生断裂。
由于铸铁为脆性材料，其扭转过程中的变形较小，几乎没有屈服现象。
3. 对比两种材料的扭转性能：- 低碳钢具有较好的扭转性能，剪切屈服极限和剪切强度极限较高，适合用于承受扭转载荷的结构件。
- 铸铁的扭转性能较差，剪切强度极限较低，不适合用于承受扭转载荷的结构件。
4. 分析试件断口形貌：- 低碳钢试件断口为纤维状断口，表明其断裂原因主要是由于拉伸断裂。
- 铸铁试件断口为解理断口，表明其断裂原因主要是由于剪切断裂。
低碳钢铸铁扭转实验PPT课件
据上下轻微波动，相应的扭矩为Ts，则Ts与τs的关系：
τs = ４─３─W Τs t
抗扭截面系数
Wt = π1─d6─3
３、试验原理
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，试样的纵向画线变成螺旋线。直至扭矩 到达极限Ｔb,试样被扭断。
2、试验条件 界面
这个界面是计 算项目界面，主 要为计算项目做 准备。
4、试验操作及步骤
2、试验条件 界面
这个界面是试 样输入界面，主 要输入试验试样 的尺寸。
4、试验操作及步骤
2、试验条件 界面
这个界面是 控制参数界面 ，主要是控制 方式和控制参 数的设定。
4、试验操作及步骤
试验步骤
1.测量试样尺寸 在试件两端及中部位置，沿两个相互垂 直的方向，测量试样直径，以其平均值计算个横截面面 积。
4比较低碳钢和铸铁在扭距的作用下变形规律和破坏现象的不同11试验目的试验目的22仪器设备仪器设备33试验原理试验原理44试验操作及步骤试验操作及步骤55成果整理成果整理66思考题目思考题目硬件1nd1000c型扭转试验机试件主机试验机夹具采用定位套定位螺钉带动滑块加紧的夹持方式能够使试样保持良好的同轴性夹持可靠装夹极为方便
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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。
精选 低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告
低碳钢、铸铁的扭转破坏实验一：实验目的和要求1、掌握扭转试验机操作。
2、低碳钢的剪切屈服极限τs。
3、低碳钢和铸铁的剪切强度极限τb。
4、观察比较两种材料的扭转变形过程中的变形及其破坏形式，并对试件断口形貌进行分析。
二：实验设备和仪器1、材料扭转试验机2、游标卡尺三、实验原理1、低碳钢扭转实验低碳钢材料扭转时载荷-变形曲线如图（a）所示。
TT bT s0 φ图1. 低碳钢材料的扭转图1. 低碳钢材料的扭转图τττssdAρ(a) (b) (c)低碳钢圆轴试件扭转时的应力分布示意图2. 图T与扭转角φ成正比关系(见图低碳钢试件在受扭的最初阶段，扭矩1)，横T的增大，横截面所示。
随着扭矩τ沿半径线性分布，如图2(a)截面上剪应力边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限τ且塑性区逐渐向圆心扩展，形成环形s塑性区，但中心部分仍是弹性的，见图2(b)。
试件继续变形，屈服从试件表层T-φ曲线上2(c)所示。
此时在向心部扩展直到整个截面几乎都是塑性区，如图出现屈服平台(见图1)，试验机的扭矩读数基本不动，此时对应的扭矩即为屈服T。
随后，材料进入强化阶段，变形增加，扭矩随之增加，直到试件破坏为扭矩s止。
因扭转无颈缩现象。
所以，扭转曲线一直上升直到破坏，试件破坏时的扭矩42d/??T????????可得低碳钢材料的。
由即为最大扭矩W（T?2）dA?d?btssss30A3T3T??bs??，其中；同理，可得低碳钢材料扭转时强度极限扭转屈服极限bs4W4W tt?3为抗扭截面模量。
d?W t162、铸铁扭转实验铸铁试件受扭时，在很小的变形下就会发生破坏，其扭转图如图3所示。
TT bφO图3. 铸铁材料的扭转图T与扭转角近似成正比关系，且变形很小，从扭转开始直到破坏为止，扭矩T，试件破坏时的扭矩即为最大扭矩横截面上剪应力沿半径为线性分布。
铸铁材b T?b?。
料的扭转强度极限为b W t低碳钢试样和铸铁试样的扭转破坏断口形貌有很大的差别，图4（a）所示低碳钢试样的断面与横截面重合，断面是最大切应力作用面，断口较为平齐，可知为剪切破坏；图（b）所示铸铁试样的断面是与试样轴线成45度角的螺旋面，断面是最大拉应力作用面，断口较为粗糙，因而最大拉应力造成的拉伸断裂破坏。
低碳钢铸铁扭转实验现象
低碳钢铸铁扭转实验现象低碳钢铸铁扭转实验是一种常见的材料实验，用于研究材料的力学性能和变形行为。
在这个实验中，我们将低碳钢和铸铁两种材料进行扭转，观察它们的变形和破坏情况，以及相关的力学特性。
首先，让我们来了解一下低碳钢和铸铁的基本特性。
低碳钢是一种含碳量较低的钢材，通常含碳量在0.05%到0.25%之间。
它具有良好的可塑性和可焊性，适用于各种加工和制造工艺。
而铸铁是一种含碳量较高的铁合金材料，通常含碳量在2%到4%之间。
它具有较高的硬度和脆性，适用于制造一些需要承受较大压力和冲击负荷的零件。
在低碳钢铸铁扭转实验中，我们需要准备一定长度和直径的试样。
为了保证实验的准确性，试样的尺寸和几何形状需要符合相关标准。
通常情况下，试样的长度为100mm到200mm之间，直径为10mm到20mm之间。
在实验开始之前，我们需要将试样固定在扭转实验机上。
实验机会施加一个扭转力矩在试样上，通过测量力矩和试样变形情况来研究材料的力学性能。
在实验过程中，我们可以通过不断增加扭转力矩的大小来观察试样的变形情况。
当扭转力矩作用在试样上时，试样会发生弹性变形和塑性变形。
弹性变形是指试样在扭转力矩作用下发生的可恢复变形，当扭转力矩去除时试样会恢复到原始形状。
而塑性变形是指试样在扭转力矩作用下发生的不可恢复变形，当扭转力矩去除时试样无法完全恢复到原始形状。
随着扭转力矩的增加，试样会逐渐发生塑性变形，并最终达到破坏点。
在低碳钢中，由于其较低的碳含量和较好的可塑性，试样通常会发生较大程度的塑性变形，但不容易达到破坏点。
而在铸铁中，由于其较高的碳含量和较高的脆性，试样通常会发生较小程度的塑性变形，并很容易达到破坏点。
通过对低碳钢铸铁扭转实验结果的观察和分析，我们可以得出一些结论。
首先，低碳钢具有较好的可塑性和韧性，适用于需要承受较大塑性变形和冲击负荷的工程结构。
而铸铁具有较高的硬度和脆性，适用于需要较高强度和耐磨性能的零件制造。
其次，通过对试样破坏点的观察，我们可以评估材料的抗拉强度和抗剪强度等力学特性。
材料的扭转实验实验报告
一、实验目的1. 验证扭转变形公式，测定低碳钢的切变模量G。
2. 测定低碳钢和铸铁的剪切强度极限，掌握典型塑性材料（低碳钢）和脆性材料（铸铁）的扭转性能。
3. 绘制扭矩一扭角图，观察和分析两种材料在扭转过程中的各种力学现象，并比较它们性质的差异。
4. 了解扭转材料试验机的构造和工作原理，掌握其使用方法。
二、实验仪器1. 游标卡尺：10-150mm，精度CTT502。
2. 微机控制电液伺服扭转试验机：最大扭矩500N·m，最大功率。
三、实验原理和方法1. 扭转变形公式：扭转过程中的扭矩T、扭角θ、剪切应力τ、切变模量G之间存在如下关系：τ = T (r / J) = G (θ / L)其中，r为试样半径，J为截面极惯性矩，L为试样长度。
2. 剪切强度极限：当试样达到剪切强度极限时，试样将发生断裂。
剪切强度极限b的表达式为：b = (4 σt / 3) (r / J)其中，σt为剪切应力。
3. 实验步骤：1）将低碳钢和铸铁试样分别安装在扭转试验机上，调整试验机至预定位置。
2）使用游标卡尺测量试样直径，记录数据。
3）启动试验机，以恒定速度施加扭矩，观察试样在扭转过程中的变形情况。
4）当试样达到屈服点时，记录扭矩值，计算剪切屈服极限。
5）继续施加扭矩，直至试样断裂，记录最大扭矩值，计算剪切强度极限。
6）绘制扭矩一扭角图，分析两种材料在扭转过程中的力学现象。
四、实验结果与分析1. 实验数据：低碳钢：- 直径：d = 10mm- 屈服扭矩：T屈服= 200N·m- 最大扭矩：T最大= 300N·m铸铁：- 直径：d = 10mm- 屈服扭矩：T屈服= 100N·m- 最大扭矩：T最大= 150N·m2. 分析：通过实验结果，可以看出低碳钢和铸铁在扭转过程中的力学性能存在明显差异。
低碳钢的屈服扭矩和最大扭矩均高于铸铁，说明低碳钢的扭转性能优于铸铁。
这是由于低碳钢具有良好的塑性变形能力，而铸铁属于脆性材料，抗扭性能较差。
实验报告3-扭转
学院
班级
学生姓名
同组成员
指导老师
学生学号
一、实验内容和目的：
1.观察低碳钢和铸铁的变性现象及破坏形式；
2.测定低碳钢的剪切屈服极限 和剪切强度极限 ；
2.测定铸铁的剪切强度极限 ；
二、实验设备（规格、型号）
三、实验记录及数据处理
1．测定低碳钢和铸铁扭转时的力学性能
材料
低碳钢
铸铁
试样尺寸
mm，
mm，
实
验
数
据
屈服扭矩
最大扭矩
剪切屈服极限 MPa
剪切强度极限 MPa
最大扭矩
剪切强度极限 MPa
扭
转
图
O
O
2.思考题：
画出低碳钢和铸铁的扭转破坏的断口草图，描述其特征并分析破坏原因。
低碳钢、铸铁压缩及扭转实验
低碳钢、铸铁压缩及扭转实验
1. 低碳钢：低碳钢是一种钢材，其中碳含量不超过0.25%。
它具有较好的韧性和抗弯曲性能，可以用于制造大多数机械零件，如螺栓、螺母和轴承。
它也可以用于制作管道、建筑构件和许多工业产品。
2. 铸铁压缩实验：铸铁压缩实验是用来测试材料在压缩荷载作用下的抗压强度和抗压能力的实验方法。
该实验可以帮助测试者了解材料在压缩荷载作用下的行为，以及其强度和疲劳性能。
此外，它还可以帮助测试者了解材料的塑性性能。
3. 扭转实验：扭转实验是一种测试材料在拉伸、压缩或扭转荷载作用下的抗弯强度和抗弯能力的实验方法。
该实验可以帮助测试者了解材料在扭转荷载作用下的行为，以及其强度和疲劳性能。
此外，它还可以帮助测试者了解材料的塑性性能。
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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τ
m
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Mn。
从试验机可读得相应的扭矩Mn和扭转角φ，试验机可自动绘出Mn-φ曲线图。
对于低碳钢材料Mn-φ曲线有两种类型，如图3-1所示。
Mn Mn
Mm Mm
MeL
0 φ 0 φ
图3-1 低碳钢M-φ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Mn与扭转角φ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Mn的增大，横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限s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-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MeL。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Mm。扭
转屈服极限τm按下式计算，即
3,4eLeLpMW 3
4mmpMW
（3-1）
MeL
τ τeL τm
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式中316dWp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Mn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Mm，可据下式计算出扭转强
度极限τm，即
pbbWW （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。
Mn
Mm
0 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。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d0=10mm，标距L0=50mm或100mm，平行段长度L=L0+2d0。
本试验采用圆形截面试件。
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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：
,eLeLpMW mmpMW （3-3）
铸铁的强度计算 mmpMW 316dWp （3-4）
3．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。