扭转试验机测量材料的扭转力学性能 扭转试验机常见问题解决方法

　　实验四 扭转试验机测量材料的扭转力学性能实验 一、实验目的 1、了解试验设备――扭转试验机的构造和工作原理，掌握其操作规程及使用注意事项。 2、测定低碳钢的剪切屈服极限 ? s 及低碳钢和铸铁的剪切强度极限 ? b 3、观察低碳钢和铸铁两种材料在扭转过程中的变形规律和破坏特征。 二、实验设备 1、扭转试验机 2、游标卡尺 3、直尺 三、试件 扭转试验所用试件与拉伸试件的标准相同，一般使用圆形试件， d o ? 10mm ，标距 lo ? 50mm 或 lo ? 100mm ，为了防止打滑，扭转试样的夹持段宜为类矩形（如图A） 图 A 四、实验原理 扭转试验是材料力学试验最基本、较为典型的试验之一。进行扭转试验时，把试件两夹持 端分别安装于扭转试验机的固定夹头和活动夹头中， 开启直流电动机， 经过齿轮减速器带动 活动夹头转动，试件便受到了扭转荷载，试件本身也随之产生扭转变形。扭转试验机配套软 件上可以直接读出扭矩 T 和扭转角 ? ，同时试验机配套软件也自动记录并绘出了 T ? ? 曲 线。一般情况下， ? 是试验机两夹头之间的相对扭转角。 因材料本身的差异，低碳钢扭转曲线有两种类型（图B）。扭转曲线表现为弹性、屈服 和强化三个阶段，与低碳钢的拉伸曲线不尽相同，它的屈服过程是由表面逐渐向圆心扩展， 形成环形塑性区。当横截面的应力全部屈服后，试件才会全面进入塑性。在屈服阶段，扭矩 基本不动或呈下降趋势的轻微波动， 而扭转变形继续增加。 当首次出现扭转角增加而扭矩不 增加（或保持恒定）时的扭矩为屈服扭矩，记为 Ts 。对试件连续施加扭矩直至扭断，从试 验机配套软件界面上读得最大值 Tb 。 根据国标GB/T10128－1988规定，低碳钢受扭转时的屈服强度 ? s 和强度极限 ? b 采用式 ?s ? Ts Wp ?b ? Tb Wp 计算。 （式中： W p ? ?d 3 16 是实心试件的扭转截面系数） 铸铁试件扭转时，其扭转曲线（图C）伸曲线，它有比较明显的非线性偏离，但由于变 形很小就突然断裂，一般仍按弹性公式计算铸铁的抗扭强度极限，即： ? b ? Tb 。 Wp T Tb T Tb Ts 图 B 低碳钢扭转 T ? ? 曲线 图 C 铸铁 T ? ? 曲线 圆形试件受扭时，横截面上的应力应变分布如下图D。在试件表面任一点，横截面上有 最大切应力?，在与轴线 的截面上存在拉应力 ? 1 ? ? ，以及最大压应力 ? 3 ? ?? 。 低碳钢的抗剪能力弱于抗拉能力，试件沿横截面被剪断。铸铁的抗拉能力弱于抗剪能力，试 件沿与 ? 1 正交的方向被拉断。由此可见，不同材料，其变形曲线、破坏方式、破坏原因都 有很大差异。 a 图D b 扭转试件的应力应变分布 c 五、实验步骤 1、试件准备 在试件的试验段上，分别选取三个截面测量直径 d o ，测量每个截面相互垂 直的两个方向后取平均值。同时在低碳钢试件表面上画一条纵向线和两条 圆周线，以便观察扭转变形。 2、实验前准备 3、开始实验 检查试验机各个部件是否连接完好，然后安装试件。 开启扭转试验机，观察试件在扭转荷载作用下各个阶段的变形，并记录好 实验所需数据。 4、实验完毕 使仪器设备恢复原状，清理现场，检查实验记录是否齐全，并请指导老师 检查。 六、实验结果处理 1 、 计算低碳钢材料的屈服极限、强度极限和剪切弹性模量（切变模量） ， 2、计算铸铁材料的强度极限和剪切弹性模量（切变模量）， 3、画出两种材料的扭转曲线及断口草图，说明其特征并分析破坏原因。