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扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)

一。試驗(yàn)?zāi)康?/span>

扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是了解材料抗剪能力的一項(xiàng)基本試驗(yàn)。本試驗(yàn)通過兩種典型材料了解塑性（低碳鋼）和脆性材料（鑄鐵）受扭轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械性能，繪制扭矩一扭角圖。并比較它們的破壞現(xiàn)象及原因。

扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)過程中，試件的斷面形狀和尺寸幾乎一直不變，無縮頸現(xiàn)象，變形較均勻，可比較準(zhǔn)確地測(cè)定試件變形及瞬時(shí)破壞應(yīng)力。

關(guān)于扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的要求及試件尺寸，可參閱冶金工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)《金屬扭力試驗(yàn)法》YB36-64的規(guī)定。

二。原理

圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上任一點(diǎn)的剪應(yīng)力為：

ZUI大剪應(yīng)力產(chǎn)生在試件的外表層，其值等于

式中，

由理論可知，圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)，其表面上任意一點(diǎn)都處于平面應(yīng)力狀態(tài)（圖1），沿與軸線呈45⁰方向上的主應(yīng)力大小為：

各種材料抵抗剪切與抵抗拉伸的能力不同，因此不同材料的扭轉(zhuǎn)破壞方式也不相同。低碳鋼圓試件扭轉(zhuǎn)到破壞時(shí)，因已超過屈服階段，如對(duì)材料作理想塑性考慮（圖2），橫截面上的剪應(yīng)力的分布趨于均勻如（圖3）。假設(shè)應(yīng)力均達(dá)到了破壞應(yīng)力（強(qiáng)度極限），則這時(shí)截面上應(yīng)力與破壞時(shí)扭矩的關(guān)系為：

M_n

0φ

圖2

所以

此式可計(jì)算塑性材料在扭轉(zhuǎn)時(shí)的剪切強(qiáng)度極限。對(duì)于鑄鐵等脆性材料在扭轉(zhuǎn)至破壞時(shí)其變形也較小，無屈服現(xiàn)象，故仍可用破壞時(shí)的扭矩代入式得剪切強(qiáng)度極限為：

三．儀器與設(shè)備

1.扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)

2．游標(biāo)卡尺

四。試驗(yàn)方法與步驟

1．低碳鋼扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)。

（1）量好試件尺寸（直徑d）后，將試件安裝于機(jī)器夾頭中，可在試件表面上畫一條縱向粉筆線，以觀察它的變形。

（2）選定試驗(yàn)機(jī)的測(cè)力范圍及轉(zhuǎn)速。

（3）手動(dòng)加初載荷，以消除夾具與試件兩端間的間隙。記下扭角盤上的初讀數(shù)，調(diào)整至零點(diǎn)。

（4）手動(dòng)逐漸緩慢均勻地施加扭矩，記下相應(yīng)的扭角φ，為了便于繪圖，在材料屈服前每一加荷增量記下一個(gè)φ值，即由扭矩讀變形φ。屈服后，先使用ZUI慢上等轉(zhuǎn)速機(jī)動(dòng)加扭矩，改為每增加一，記下一個(gè)值，即由變形讀扭矩值，至后，中間隔可增加為、、…，記值，直至試件被扭斷時(shí)，記下ZUI大扭矩。

（5）整理數(shù)據(jù)，作圖。

（6）繪制試件破壞形狀圖。

2．鑄鐵扭斷試驗(yàn)

步驟與低碳鋼扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)相同，不同的是每一變形增量，記下相應(yīng)的值，一般用手動(dòng)即可，直至扭斷為止。

五．注意事項(xiàng)

1．加扭矩要均勻緩慢。

2．變換扭矩測(cè)量范圍，要在加載前停機(jī)進(jìn)行。若要調(diào)整機(jī)器轉(zhuǎn)速，也要停機(jī)進(jìn)行，以免損壞傳動(dòng)齒輪。

六．預(yù)習(xí)要求

1．了解扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的目的。

2．復(fù)習(xí)扭轉(zhuǎn)變形的理論及試驗(yàn)原理。

3．自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄格式。

七．試驗(yàn)報(bào)告要求

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括：試驗(yàn)名稱。試驗(yàn)?zāi)康摹x器設(shè)備名稱、規(guī)格、量程。
試驗(yàn)記錄及結(jié)果，如低碳鋼及鑄鐵扭轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械性能，圖（用坐標(biāo)紙繪制），兩種試件破壞時(shí)的斷口狀態(tài)圖等。分析討論低碳鋼和鑄鐵破壞情況及原因，并與拉伸、壓縮試驗(yàn)情況進(jìn)行比較。