图3-9 低碳钢和铸铁的扭转曲线
试件屈服过程中，在T-ψ曲线上出现屈服平台，扭矩度盘的指针基本不动或轻微摆动，则指针摆动回退的最小值即为屈服扭矩Ts。
由T-ψ曲线可见，过屈服阶段后，材料的强化使扭矩又有缓慢的上长。而变形非常显著，试件的纵向画线逐渐变成了螺旋线。直至到达C点、试件断裂为止。此时，由扭矩度盘读出C点的最大扭矩值Tb。 铸铁试件受扭转时，变形很少即发生断裂。其T-ψ曲线如图2-10(b)所示，比较明显地偏离了直线，呈非线性。试件断裂时的扭矩读数就是最大扭矩Tb。 四、实验步骤
低碳钢扭转试验
1． 试件尺寸测量试件直径d。 2． 试验机准备
选择合适的扭矩度盘，使测力指针对准零点(主从动针也应重合)。
3． 装夹试件及绘图仪的准备
为了观察低碳钢试件的变形状态及断后的扭转变形圈数，事先在试件的标矩长度内，沿试件轴线用粉笔划一直线。然后把试件一端装入测力矩夹头，另一端装入加载夹头，先夹紧测力矩夹头，再夹紧加载夹头。再把绘图器上的笔夹上装上笔，选择好合适的比例，并使之处于工作状态。
4． 进行实验
缓慢加载。观察Mn-ψ曲线，当扭矩度盘上指针停止不动或摆动(回退)的最低刻度值即为屈服扭矩Ts，读出并记录Ts。过了屈服后可增大加载速度，材料进一步强化，直到试件断裂，由从动针读出并记录最大扭矩Tb。 铸铁扭转实验
试验步骤与低碳钢试验相似，但应注意观察铸铁扭转曲线与低碳钢扭转曲线的不同点，即试件从开始受扭到试件破坏，近似一直线。由于铸铁试件扭转变形较小时即断裂，因此，当使用K-50型扭转试验机作试验时可用手摇加载；使用NJ-100B型扭转试验机时应将扭转速度控制在0°～36°/min范围内，试件断裂后由从动针读出并记录最大扭矩Tb。
低碳钢和铸铁试验完毕后，取下断裂后的试件，根据断口特征，结合理论课知识分析比较试件的断口，从而达到验证和巩固理论的目的。 五、注意事项
参阅§1-2扭转试验机操作使用时的注意事项。 六、实验结果
1、低碳钢扭转屈服极限τs，扭转强度极限τb的计算。
由图剪应力分布情况，若认为这时整个圆截面均为塑性区，则屈服载荷Ms与剪切屈服极限的关系为： Ts?43TWP??s或?s??s 34WP式中WP? 与求τ
?d316为抗扭截面系数。
s相似，低碳钢的剪切强度极限τb可近似地按下式计算
Tb?43TWP??b或?b??b 34WP但是，为了使测定的指标相互可以比较，根据国标GB10128—88规定，
相应的屈服极限τs及强度极限均按弹性扭转公式计算，即 剪切屈服极限：?S?Ts(MPa) WPTb(MPa) WP 剪切强度极限：?b?2、铸铁剪切强度极限τb的计算：
铸铁的扭转曲线虽不是一直线，但可近似地视为一直线，其剪切强度极限τb，仍可近似地用圆轴受扭时的应力公式计算，即
?b?Tb(MPa) WP 七、实验报告
材料力学实验报告(供参考) 实验名称： 实验目的： 实验设备：
实验记录及计算结果：
1、试件尺寸 2、实验数据 3、计算结果 低碳钢
剪切屈服极限 剪切强度极限 铸铁
剪切强度极限
4、定性绘出T-φ图及断口形态 5、必要的文字说明
实验日期、实验温度及实验参有关的标准等。 八、分析与思考题
(1)低碳钢和铸铁在扭转破坏时有什么不同现象？断口有何不同？试分析其原因。
(2)比较低碳钢和铸铁在受扭时和受拉时其变形规律有何异同之处？
4 低碳钢剪切弹性模量G的测定
在低碳钢拉伸弹性模量E的测定中，已验证了拉伸胡克定律，即在比例极限内应力应变成正比关系。同样，在比例极限内剪应力和剪应变也服从胡克定律，保持正比关系，其比例常数就是剪切弹性模量G。它是除E、μ外的又一个材料常数，按国标GB10128—88规定可采用逐级加载法或图解法测定，以下介绍逐级加载法测定G值。
一、 实验目的
(1) 在比例极限内验证剪切胡克定律； (2) 并测定低碳钢的剪切弹性模量G。 二、试验设备
(1)扭转测G试验装置。 (2)百分表。 (3)游标卡尺。 三、实验原理
图3-10 扭转测G试验装置
测定剪切弹性模量G，需要准确测量试件的扭转角，而试件两截面的相
对扭转角是非常微小的，因此，常借助百分表或千分表的放大功能并组合成能传递扭转变形的仪器，扭角仪就是其中的一种，其构造原理及安装示意图如图所示。若给试件施加扭距T，则A，B 两个截面将发生相对转动，百分表因此而产生读数，此读数即为A，B截面上距试件中心轴线为b的相对位移δ。截面A，B间的相对扭转角φ= δ/ a(弧度)。在比例极限线弹性范围内，由材料力学理论可得
??T?L0
G?IP式中 L0——标距；
IP——截面极惯性距，对于圆形截面IP=πd04/32
在试验时，由于试件的标距L0及惯性矩Lp是已知的，因此，只要获得扭矩T就可测得相应的扭转角φ，根据(2-12)式可得到剪切弹性模量G的表达式为
G??T?LAB
??AB?IP 试验采用增量法逐级加载，将扭矩等量增加ΔMni，与此同时测出相应每一级扭矩增量所产生的扭转角增量Δφi，即
??AB??T?LAB
G?IP当扭矩ΔTi等量增加时，相应的扭转角Δφi也应等量增加，若两者呈线性关系，则剪切胡克定律就得到了验证。
对试件施加扭矩，可以通过扭转测G试验装置来实现，该装置结构如图3-10所示将试件安装在两个支架之间。从图示可见，一个支座为固定支座；一个支座为可转动铰支座，在该支座处，试件与一加力悬臂梁固结相联，其臂端挂一砝码盘。把已拟定好的砝码加于砝码盘上，使试件产生扭矩T，其值等于砝码重量F乘以力臂长度a。在试件计算长度上安装两个百分表、并调整百分表到零，将砝码逐级加于砝码盘上，由百分表分别读出位移δa和δb值(表盘刻度值)。
四、实验步骤
(1)将试件及百分表安装于扭转测G试验装置上。
(2)调整百分表到零，试加一、二级砝码观察读数是否等量增加，若未达到要求则需重新安装调试。
(3)按已拟定好的砝码载荷，分六级加载，并逐级读出百分表刻度，即位移变化量δ值。同时还应计算出在一级载荷增量ΔT作用下的读数增量Δδ，以此观察
ΔT与Δδ之间应存在的线性关系，由此可检查试验的可靠性。 (4)卸载，重复试验两次。
(5)结束试验，将砝码放置原位。 五、注意事项
(1)百分表的安装应与试件夹持牢固，否则，影响传递扭转变形。
(2)加载过程中应小心平稳地加上砝码，防止冲击及使试验装置产生倾覆。