低碳钢铸铁的扭转破坏实验报告Word文档格式.docx
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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。
T
Tb
Ts
0
φ
图1.低碳钢材料的扭转图
1.低碳钢材料的扭转图
τs
τ
dA
ρ
(a)
(b)
(c)
图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T与扭转角φ成正比关系(见图1),横截面上剪应力τ沿半径线性分布,如图2(a)所示。
随着扭矩T的增大,横截面边缘处的剪应力首先达到剪切屈服极限τs且塑性区逐渐向圆心扩展,形成环形塑性区,但中心部分仍是弹性的,见图2(b)。
试件继续变形,屈服从试件表层向心部扩展直到整个截面几乎都是塑性区,如图2(c)所示。
此时在T-φ曲线上出现屈服平台(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扭矩Ts。
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,扭转曲线一直上升直到破坏,试件破坏时的扭矩即为最大扭矩Tb。
由
可得低碳钢材料的扭转屈服极限
;
同理,可得低碳钢材料扭转时强度极限
,其中
为抗扭截面模量。
2、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。
T
Tb
φ
O
图3.铸铁材料的扭转图
从扭转开始直到破坏为止,扭矩T与扭转角近似成正比关系,且变形很小,横截面上剪应力沿半径为线性分布。
试件破坏时的扭矩即为最大扭矩Tb,铸铁材料的扭转强度极限为
。
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。
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