实验3 扭转实验
李享荣 编写
一、实验目的
1.测定低碳钢的扭转屈服极限和强度极限。
2.测定铸铁的扭转强度极限。
3.观察低碳钢和铸铁的断口情况，并分析其原因。
二、实验设备
1.K—500型扭转机(见附录三)
2.游标卡尺
三、实验原理及装置
1.低碳钢园截面试件扭转时，其尺寸和形式视试验机而定。在弹性范围内，扭矩T 与扭转角
为直线关系(图3-1a)。
当扭矩超过比例极限扭矩
时，曲线变弯并逐渐趋于水平。在屈服阶段时，扭角增加而扭矩不增加，此时的扭矩即为屈服扭矩
。屈服后，圆截面上的剪应力，由边缘向中心将逐步升值到扭转屈服极限
(图3-1b)，即截面材料处于全屈服状态，由此，可以求得材料的剪切屈服极限为：
图3-1a 低碳钢扭转时的
曲线 3-1b 低碳钢扭转时横截面在全屈服下的应力分布
， 其中
此后，扭转变形继续增加，试件扭矩又继续上升至C点，试件被剪断，记下破坏扭矩
，扭转强度极限
为：
铸铁受扭时，
曲线如图3-2所示。从开始受扭，直到破坏，近似为一条直线，故其强度极限
可按线弹性应力公式计算如下：
图3-2 铸铁扭转时的
曲线 图3-3 铸铁扭转时沿45o 斜截面的应力
材料在纯剪切时，横截面上受到切应力作用，而与杆轴成45o螺旋面上，分别受到拉应力
和压应力
的作用(图3-3)。
低碳钢的抗拉能力大于抗剪能力，故试件沿横面剪断(图3-4a)，而铸铁抗拉能力小于抗剪能力，故沿45o方向拉断(图3-4b)。
图3-4a 低碳钢扭转破坏 图3-4b 铸铁扭转破坏
四、试验步骤：
1.用游标卡尺测量试件直径。
2.根据低碳钢的强度极限估计试件的最大扭矩，确定测力盘读数范围并调整摆锤重量及校正表盘零点，检查自动绘图仪是否正常。
3.将试件装在扭转机二夹头内，并用粉笔在试件轴线方向画一条细线。以观察变形。
4.检查准备妥当后，开始试验。用慢速加速或手摇加载使试件缓慢而均匀地变形。仔细观察测力指针的转动，当测力盘指针几乎不动而扭角继续增加时，说明材料已屈服，记下此时的扭矩T 。过了屈服阶段以后，取下加载摇手柄，开动电机加载，直到试件扭断为止。停车并记下破坏。
