文档介绍：金属的扭转实验指导书
实验目的:
测定低碳钢扭转流动极限与扭转强度极限
测定铸铁的扭转强度极限
观察并分析比较低碳钢、铸铁试件的断口形状
二、实验设备
1、扭转试验机。
2、游标卡尺。
图2-21  圆形扭转试样图
 
图2-22  低碳钢扭转实验T-Ф曲线
 
三、试样的制备
根据国家标准GB/T10128-1988《金属室温扭转试验方法》的规定,金属扭转试验所使用的试样截面为圆形,推荐采用直径为10 mm,标距L0分别为50mm和100mm,平行长度Le分别为70mm和120mm的试样。试样头部(两端部)的形状和尺寸应根据扭转试验机夹头的具体情况来确定。如果采用其他直径的试样,其平行长度Lc应为标距加上两倍的直径。圆形扭转试样的形状、尺寸以及加工精度见左图2-21。
四、实验原理
扭转实验是材料力学实验中最基本的实验之一。在进行扭转实验时,试样两端部被装夹在扭转试验机的夹头上。试验机的一个夹头固定不动,另一个夹头绕轴旋转。以实现对试样施加扭转载荷。这时,从试验机上可读出扭矩T和对应的扭转角Φ。通过试验机上的自动绘图装置可绘出该试样的扭矩T与扭转角Φ的关系曲线图。
1、低碳钢扭转破坏实验
对低碳钢试样进行扭转实验时,通过试验机上的自动绘图装置,我们可绘出该试样在整个扭转过程中的扭矩T与扭转角Ф的关系曲线。如图2-22所示。由图2-22知,低碳钢在整个扭转过程中经历了弹性、屈服、强化三个阶段。在弹性阶段——OA直线段,材料服从切变虎克定律。即材料的切应力τ与切应变γ成正比。在屈服阶段——AB曲线段,分两种情况来读屈服点所对应的扭矩Ts。
(1)当屈服阶段图形为水平线时,此时试验机扭矩刻度盘上首次出现扭矩不增加(保持恒定)而扭转角增加时的扭矩为屈服扭矩Ts。如图2-22(a)所示。
(2)当屈服阶段图形为锯齿形状时,扭矩刻度盘上主针首次下降(回转)前的的扭矩为上屈服扭矩Tsu。而在屈服阶段中最小扭矩为下屈服扭矩Tsl,如图2-22(b)所示。在强化阶段——BC曲线段,这时要让试样继续发生扭转变形,就必须对试样再施加扭矩,直至扭断。试件扭断后,我们可从试验机的扭矩刻度盘上读出试样扭断前所承受的最大扭矩Tb。根据上述国标的规定,我们用测出的屈服扭矩Ts或下屈服扭矩Tsl,按弹性扭转公式计算剪切屈服极限。即屈服点或下屈服点为
 
τs=Ts/Wt或τsl=Tsl/Wt                                                                       (2-10)
 
其中Wt为抗扭截面模量。
同时用测出的最大扭矩Tb,按弹性扭转公式计算抗扭强度
τb=Tb/Wt                                                (2-11) 
 
2、铸铁扭转破坏试验
在对铸铁试样进行扭转试验时,同样可通过试验机上的绘图装置绘出扭矩T与扭转角Φ的关系曲线。如图2-23所示。从该图和所进行的试验可以看出,铸铁试样从开始受扭直至破坏,近似一直线。它无屈服现象,且扭转变形小。同时破坏是突然发生的,断口形状为与试样轴线约成450的螺旋面。在从试验机度盘上读出