扭转实验

一、实验目的要求

1. 低碳钢的剪切流动极限、剪切强度极限、及铸铁的剪切强度极限。
2. 观察断口情况，进行比较和分析。

二、实验设备和仪器
微机控制扭转试验机、游标卡尺等

。

三、扭转试件

根据国家标准，一般采用圆截面试件，标距，标距部分直径。如图4-1所示。

图4-1

四、实验方法与步骤

1、低碳钢试件的扭转：

• 试件的准备：在试件标距内的中间和两端三处测量直径，取最小值作为直径尺寸，计算抗扭截面系数。
• 试验机的准备；首先了解扭转机的基本构造原理和操作方法，学习掌握扭转机的操作规程。根据材料性质，初步估所需最大扭矩，进入Rgtest控制系统,，进入主界面, 对主菜单中系统配置菜单依次进行试验方式、硬件设置、软件设置、环境参数、运行参数、运行结果等各项指标进行设置;再选择通讯菜单联机, 试件夹装在夹头内,将扭矩、转角清零.。
  

  
  
  图4-2
  
  
  

  图4-3

  1. 进行实验：将低碳钢试件装夹到试验机上，点击“RUN ”菜单,对试件缓慢均匀地加扭矩，加在试件上的扭矩和扭转角的关系曲线时时显示在计算机上，如图4-2所示。当扭矩增加到点，（即）时，图4-2中段为直线，表明此阶段内载荷与试件变形之间成比例关系，扭矩超过后。试件截面的外缘外处，材料发生流动形成环形塑性区，同时图曲线稍微上上升，达到点趋于平坦，这时测力指针几乎不动，这说明塑性区已扩展为整个截面，材料发生流动，记录下此时的扭矩。

  在达到时，假定截面上各点的剪应力同时达到流动极限（理想塑性），断面上均匀分布，从而推导计算流动极限的近似公式如下：
  因
  式中是常数，
  所以
  
  故屈服极限 ，
  式中：
  若试件继续变形，材料进一步强化，当达到上的点时，试件破坏，扭矩表盘上的指针可读出最大扭矩，与屈服时的塑性变形过程相似，可得
  试件断裂后，立即关闭机器，取下试件。

  2、铸铁试件的扭转：

  
  图4-4
  铸铁的扭转实验方法与步骤与低碳钢相同，因铸铁扭转在变形很小的情况下就被扭断，铸铁的曲线如图4-4所示
  由图可知，铸铁扭转由开始直到破坏近似一直线，其剪切强度极限因铸铁试件在断裂前呈脆性破坏，故可近似应用弹性公式计算
  

  五、注意事项：

  1. 用手动变电器加扭矩时，一般将手摇柄取下，以免发生事故。
  2. 在变速进，一定先停车，后调矩。
  3. 试件在夹紧时，用手搬套筒搬手，而不要产生冲力。
  4. 铸铁扭转时，要加防护罩，以免破碎试件飞出打伤人。

  六、讨论题

  总结低碳钢和铸铁两种材料在拉伸、压缩和扭转时的强度以及破坏断口的情况进行比较分析，说明原因。