低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)

低碳鋼和鑄鐵的扭轉(zhuǎn)破壞實(shí)驗(yàn)機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心第一頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察并比較低碳鋼及鑄鐵材料扭轉(zhuǎn)破壞的情況測(cè)定低碳鋼的抗剪屈服強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度測(cè)定鑄鐵的抗剪強(qiáng)度比較低碳鋼與鑄鐵的抗扭性能第二頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)設(shè)備K-50、NJ-100B型扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)游標(biāo)卡尺第三頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)低碳鋼進(jìn)行扭轉(zhuǎn)破壞，觀察低碳鋼扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，分析斷裂的原因?qū)﹁T鐵進(jìn)行扭轉(zhuǎn)破壞，觀察鑄鐵扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，分析斷裂的原因第四頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)原理

圓軸受扭矩時(shí)，材料完全處于純切應(yīng)力狀態(tài)，所以通常用扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究不同材料在純切作用下的力學(xué)性能。圖1.9低碳鋼轉(zhuǎn)角扭矩曲線(xiàn)第五頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心低碳鋼試樣的扭轉(zhuǎn)

低碳鋼試樣受到扭轉(zhuǎn)的整個(gè)過(guò)程中，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)上的自動(dòng)繪圖器記錄出的關(guān)系曲線(xiàn)，如圖1.9所示。當(dāng)扭矩在比例扭矩以?xún)?nèi)，材料完全處于彈性狀態(tài)，OA段為一直線(xiàn)，所以與成正比關(guān)系變化，試樣橫截面上的剪應(yīng)力分布如圖1.10(a)所示。當(dāng)扭矩增大到時(shí)試樣橫截面周邊上的切應(yīng)力(最大切應(yīng)力)為材料的比例強(qiáng)度，如圖1.10(b)所示。當(dāng)扭矩超過(guò)后，試樣橫截面上的切應(yīng)力分布發(fā)生了變化，首先是在截面周邊處的材料發(fā)生了屈服(即流動(dòng))，周邊形成環(huán)形塑性區(qū)，此區(qū)內(nèi)的切應(yīng)力達(dá)到抗剪屈服強(qiáng)度，切應(yīng)力分布圖如圖1.10(c)所示。隨著扭矩繼續(xù)增大，塑性區(qū)不斷向內(nèi)擴(kuò)展，塑性區(qū)的切應(yīng)力達(dá)到后就不再增大，如圖1.10(c)所示，曲線(xiàn)稍微上升，到B點(diǎn)后至點(diǎn)趨于水平，即材料完全達(dá)到屈服，扭矩不再增加，這時(shí)扭矩表盤(pán)(即測(cè)力表盤(pán))上的指針出現(xiàn)暫時(shí)停頓，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的扭矩即為屈服扭矩，此時(shí)塑性區(qū)已擴(kuò)展到整個(gè)截面，橫截面上的切應(yīng)力分布如圖1.10(d)，即當(dāng)達(dá)到時(shí)，橫截面上各點(diǎn)的剪應(yīng)力大小均相同，且都為，所以由圖1.10(e)得：第六頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心式中：圖1.10試樣剪應(yīng)力分布第七頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心

過(guò)了屈服階段以后，由于材料的強(qiáng)化，又恢復(fù)了承載能力，但扭矩增加很小，而變形(扭轉(zhuǎn)角)增長(zhǎng)很快，段近似一根直線(xiàn)，到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，試樣被切斷，此時(shí)扭矩表盤(pán)上的從動(dòng)指針指示材料破壞時(shí)的最大扭矩，橫截面上各點(diǎn)的切應(yīng)力仍大小均相同，且都為，其分布與圖1.10(d)相似，所以。

第八頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心鑄鐵試樣的扭轉(zhuǎn)鑄鐵試樣從開(kāi)始受扭轉(zhuǎn)直到被破壞，其關(guān)系曲線(xiàn)近似為一條直線(xiàn)，如圖1.11(a)所示。從圖中可看出鑄鐵試樣受扭轉(zhuǎn)過(guò)程中變形（扭轉(zhuǎn)角）較小，且無(wú)屈服現(xiàn)象。試樣破壞后記錄其最大扭矩，橫截面上的切應(yīng)力分布如圖1.11（b）所示，所以材料的抗剪強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：

圖1.11鑄鐵轉(zhuǎn)角扭矩及應(yīng)力分布曲線(xiàn)

第九頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心低碳鋼、鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞斷面形狀及形成原因

由理論分析可知，被扭轉(zhuǎn)的圓軸材料處于平面應(yīng)力狀態(tài)，沿縱、橫截面上產(chǎn)生切應(yīng)力，而與軸線(xiàn)成45度角的斜截面上則只產(chǎn)生正應(yīng)力。低碳鋼的抗拉能力比抗剪能力強(qiáng)，故從橫截面切斷，如圖1.12(a)所示。而鑄鐵的抗拉能力較抗剪能力弱，故沿45度的方向拉斷，如圖1.12(b)所示。

（a）低碳鋼（b）鑄鐵圖1.12低碳鋼、鑄鐵扭轉(zhuǎn)破壞斷面形狀第十頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)步驟沿試樣軸向等間距測(cè)量三處的直徑d，每處相隔90度各測(cè)一次并求平均值，以最小平均直徑作為計(jì)算直徑。

選擇測(cè)力表盤(pán)刻度(選擇量程)，并掛上相應(yīng)的擺錘，將指針對(duì)準(zhǔn)“零”點(diǎn)。試樣一端的頭部完全置于固定夾頭中并夾緊，然后調(diào)整活動(dòng)夾頭的位置，使試樣另一端的頭部完全置于其中并夾緊。注意，扭轉(zhuǎn)過(guò)程中試樣不能發(fā)生打滑。緩慢加載到700N，切忌不要超過(guò)800N在試樣的表面上用有色筆畫(huà)一軸向直線(xiàn)，以便觀察變形及破壞情況。將繪圖紙安置在自動(dòng)繪圖器的圓筒上，并將扭轉(zhuǎn)角指示器調(diào)整到0圈及0度。退出滑動(dòng)軸承測(cè)試軟件，卸掉軸承上施加的外載荷，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源

為了便于觀察和記錄數(shù)據(jù)，建議：加載之前一定要將扳緊手柄取下，以免扳緊手柄甩出發(fā)生人傷事故。對(duì)低碳鋼試樣，加載時(shí)要緩慢、連續(xù)、均勻，不得停頓。當(dāng)測(cè)力表盤(pán)上的指針出現(xiàn)停頓時(shí)，記錄屈服扭矩，直到試樣剪斷，立即停車(chē)，記錄最大扭矩。對(duì)鑄鐵試樣，直接加載到試樣破壞為止，記錄最大扭矩。觀察低碳鋼、鑄鐵試樣扭轉(zhuǎn)破壞現(xiàn)象，并畫(huà)出斷口形狀草圖。第十一頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理按計(jì)算直徑d(最小平均直徑)計(jì)算抗扭截面模量（），并將計(jì)算結(jié)果填人表格中；根據(jù)低碳鋼試樣的屈服扭矩計(jì)算其抗剪屈服強(qiáng)度根據(jù)低碳鋼試樣的最大扭矩計(jì)算其抗剪強(qiáng)度根據(jù)鑄鐵試樣的最大扭矩計(jì)算其抗剪強(qiáng)度第十二頁(yè)，共十三頁(yè)，編輯于2023年，星期六機(jī)械技術(shù)基