低碳钢和铸铁扭转时变形和破坏情况有何不同？试分析其破坏原因。

1、断口的形状不同：

铸铁破坏时断口呈45º螺旋曲面，而低碳钢破坏时断口是与轴线垂直的近似平面。

2、断裂的过程不同：

低碳钢扭转时发生屈服，加工硬化，最后断裂。塑性变形量较大。铸铁扭转时几乎不发生塑性变形，直接断裂。

原因：铸铁是被45º方向上主应力所拉断，是由斜截面上的拉应力造成的，说明铸铁的抗拉强度较差；低碳钢是由横截面上的切应力造成的，说明低碳钢的抗剪强度较差。

扩展资料：

低碳钢和铸铁在拉伸试验中的性能和特点

低碳钢属于塑性材料，拉伸过程中有明显的屈服阶段，有明显的颈缩间断(又称断裂阶段)。(白口)铸铁属于脆性材料，拉伸过程中没有明显的屈服阶段，没有明显的颈缩间断。

低碳钢是典型的塑性材料，拉伸时会发生屈服，会产生很大的塑性变形，断裂前有明显的颈缩现象，拉断后断口呈凸凹状，而铸铁拉伸时没有屈服现象，变形也不明显，拉断后断口基本沿横截面，较粗糙。

-低碳钢

-铸铁

引起脖子疼的原因有：

①睡眠时头颈姿势不当；

②枕头垫得过高、软硬不当或高低不平；

③颈部外伤；

④颈部受风着凉；

⑤如为颈椎病引起，可反复“落枕”。

前四种只要去除病因就可缓解。

家人可帮助落枕者进行按摩、热敷以减轻痛苦：

（1）按摩：立落枕者身后，用一指轻按颈部，找出最痛点，然后用一拇指从该侧颈上方开始，直到肩背部为止，依次按摩，对最痛点用力按摩，直至感明显酸胀即表示力量已够，如此反复按摩2～3遍，再以空心拳轻叩按摩过的部位，重复2～3遍。重复上述按摩与轻叩，可迅速使痉挛的颈肌松弛而止痛。

（2）热敷：采用热水袋、电热手炉、热毛巾及红外线灯泡照射均可起到止痛作用。必须注意防止烫伤。

（3）选用正红花油、甘村山风湿油、云香精等，痛处擦揉，每天2～3次，有一定效果。

（4）伤湿止痛膏、膨香止痛音外贴颈部痛处，每天更换一次，止痛效果较理想，但病人自感贴膏后颈部活动受到一定限制，孕妇忌用。

（5）耳针：耳针埋穴于颈、枕区，以食指尖按压上述耳穴5～10分钟，或以食指端按摩上述耳穴。

（6）针刺：不能前后俯仰者，取大抒、京骨穴、昆仑穴；不能左右回顾者，取肩外俞、后溪、风池穴。一般可取悬钟穴，位于足外洞上三寸，针4～5分，灸3～7壮，亦可按摩此穴，每次15分钟。

（7）口服去痛片1片，有临时止痛之效。

（8）改变睡眠姿势，调整枕头高低，自己扭动脖子。

（9）如为颈椎病引起，在体疗科医师指导下，进行家庭自我颈椎牵引疗法。

（10）落枕严重者，局部注射025％奴夫卡因10毫升，止痛效果明显。

另外提供按摩治疗法：

①将左手或右手中、食、无名指并拢，在颈部疼痛处寻找压痛点（多在胸锁乳突肌、斜方肌等处），由轻到重按揉5分钟左右。可左右手交替进行。

②用小鱼际由肩颈部从上到下，从下到上轻快迅速击打两分钟左右。

③用拇指和食指拿捏左右风池穴、肩井穴1－2分钟。

④以拇指或食指点按落枕穴（手背第2、3掌骨间，指掌关节后5分处），待有酸张感觉时再持续2－3分钟。

⑤最后进行头颈部前屈、后仰、左右侧偏及旋转等活动，此动作应缓慢进行，切不可用力过猛。

扭转破坏实验，测定切力应力时取事件的最小值件。

材料在复杂应力（如弯剪同时作用，剪压同时作用）作用下，并不能表现各种应力单独作用时的强度。

直接剪切的话，如果两端支座距离很近，那么除了受剪还会受到较大的压力，影响抗剪强度。如果两端支座距离较远，则材料会受到较大的弯矩，同样会影响抗剪强度的准确测定。

用扭转试验测定，支座距离适当，受剪材料中间段周围不会受到支座压力的影响，也没有弯矩的作用，测定的抗剪强度会比较准确。

扩展资料：

对于塑形材料，采用实心圆截面试样测量得到的屈服点和抗剪强度，高于薄壁圆环截面试样的测量值，这是因为实心园截面试样扭转时横截面切应力分布不均匀所致。

首先测量试样直径d在试样上安装扭角测试样装置，将一个定位环套在试样的一端，装上卡盘，将螺钉拧紧。再将另一个定位环套在试样的另一端，装上另一个卡盘，根据不同的试样标距要求将试样搁放在相应的V型块上，使卡盘与V型块两端紧贴，保证卡盘与试样垂直，将卡盘上的螺钉拧紧。

-扭转弹性测定装置

1、拉伸高，因为拉伸比较脆，扭转较软，易变形。  

2、缺口冲击弯曲高 ，加载速度快，来不及屈服。  

3、缺口实验拉伸高，造成脆性。

拉伸时测得的tk值较高，因为试样在扭转应力状态下软性系数为08大于拉伸时的值，易于显示金属的塑性行为。且扭转时整个长度上的塑性变形是均匀的，没有缩颈现象，不易产生缺口效应。

扩展资料：

扭转应力在横截面上由扭矩作用产生的剪切应力。在弹性范围内，圆柱形横截面上的扭转应力是沿圆形截面的轴由中心向外表面直线增加的。外表面的扭转应力最大，单位MPa。利用静态扭转试验可以测定材料的剪切模量等力学参数;动态扭转试验更是动态力学试验中最常采用的形式之一。 

-扭转应力

答案：在纯剪应力状态下有主应力

σ1=+τ，σ2=0，σ3=-τ

铸铁在σmax=σ1作用下拉断，选用第一理论

σr1=+τ=σb (a)

已知铸铁在纯剪应力状态下(如圆轴扭转)有强度准则

τ=τb (b)

对比式(a)、式(b)，有关系

τb=σb (c)

由式(h)、式(i)有τs=(05～06)σs或[τ]=(05～06)[σ]。

2)大量试验结果证明：对于同一脆性材料(如铸铁)，拉伸试验可以测得抗拉强度σb，而薄壁圆筒扭转试验可以测得抗剪强度τb，二者的数据(按统计平均值)有τb=(05～06)σb。对于同一塑性材料(如低碳钢)，拉伸试验可以测得屈服极限σs，而薄壁圆筒扭转试验可以测得剪切屈服极限τs，二者的数据(按统计平均值)有τs=(05～06)σs。

低碳钢拉伸和铸铁在扭转破坏时断裂方式不一样，拉伸的断裂方式是拉断，试件受正应力，表现为断裂截面收缩、断裂后试件总长大于原试件长度。

铸铁在扭转破坏使的断裂方式是剪断，试件受切应力，表现为试样表面的横向与纵向出现滑移线，最后沿横截面被剪断，断裂截面面积不变。

铸铁压缩破坏时,断口方位角约为55°-60°，在该截面上存在较大的切应力，所以,其破坏方式是剪断。扭转时，所受的外力也是剪力，所以，破坏方式与压缩时相同，为剪断。

低碳钢是韧性材料，铸铁是脆性材料

铸铁：

扭转试验——断口与轴线成45度，属于拉伸破坏

拉伸试验——断口是平面，属于拉伸破坏

压缩试验——45度碎裂，只能剪切破坏

脆性材料的抗剪切强度大于抗拉伸强度。弹性变形很小，基本无塑性变形，屈服强度与抗拉强度基本相同。

低碳钢：

扭转试验——变形很大，旋转很多圈，断口是平面，属于剪切破坏

拉伸试验——变形很大，断口缩颈后，端口有45度茬口，属于剪切破坏

压缩试验——呈腰鼓形塑性变形

韧性材料的抗剪切强度小于抗拉伸强度。弹性变形和塑性变形都很大。

低碳钢与铸铁的比较

1、低碳钢

低碳钢为碳含量低于025%的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，故又称软钢。

低碳钢退火组织为铁素体和少量珠光体，其强度和硬度较低，塑性和韧性较好。

因此，低碳钢在拉断时会表现出断裂截面收缩，断裂后试件的总长也会大于原试件的长度。

2、铸铁

含碳量在2%以上的铁碳合金为铸铁。工业用铸铁一般含碳量为25%～35%。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。

除碳外，铸铁中还含有1%～3%的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。铸铁可分为：灰口铸铁。含碳量较高（27%～40%），白口铸铁，可锻铸铁，蠕墨铸铁等。

由于铸铁具有较强的耐磨性和柔韧性，在做扭转试验时或压缩试验时，属于拉伸破坏或剪切破坏。

现行的教材中都从宏观的表象定义这条曲线,从原点：oa直斜线-比例极限、ab段倾斜增大-屈服极限等等。除了oa斜线，教材从来没说明为什么后面会呈现这样一条曲线，从来也没有从材质的内部原因解读这条曲线。笔者上学时也深感纳闷：拉伸受力，钢铁原子之间是怎样相互连系变化？为什么会是这样一条又直又弯怪怪的曲线——倾斜、抖动、向上弯、向下弯。教材解释了开始的那段倾斜的直线，为什么出现倾斜、抖动、然后又弯曲？内在原因是什么，成了自然之谜。

有了金属是靠高速旋转的价和电子所产生的电磁力而形成的结合的解读。这条又直又弯的曲线就成了金属材料的电磁力结构的最生动、最精彩的说明；它就是一条电磁力结构的材料试验曲线。

o--a 段： 从原点到a 是一段倾斜的直线，这斜线表明材料的伸长与拉力呈线性（正比）关系，a 点所对应的应力值叫做比例极限，外力在低于此极限下，材料能像弹簧一样随外力伸缩，外力消除，材料长度复原，所以又叫弹性极限。

这表明材料内的原子之间结合力不是完全刚性的、而是有一定的弹性结构，在一定的外力作用下结构元之间能够略微拉开，外力消除，在物质内力的作用下，各结构元恢复原位，呈弹性关系。这种弹性说明金属由结构元之间的电磁力结合、也就是价和电子运转所伴生着磁场力相互吸引结构元构成了金属。在外力作用下，磁力连接的结构元能够被拉开微小距离，外力消除，在磁力作用下，试件恢复。

a--b 段： 这段很短，关键是a 点，过了a 点，直线变成了斜度更大向右弯曲的曲线，这表明拉力与伸长已不成正比弹性关系。拉力略有增加，而试件却有较多的伸长。

此时材料已经发热，说明外力使得结构元之间间距增大，于是核心升温，使得价和电子加速运转，增大电磁力以抗衡外力。然而，外力太大，有少部分电磁力抵御不住外力而使得部分结构元相互滑移换位，于是试件变形增加较多，图中直线斜度增大。由于此时部分结构元已经滑移换位，所以当外力撤除时，试件再也不能回复到原来的长度，于是就形成了宏观上的残余变形，材料在外力的作用下开始变形、屈服，a 点也叫屈服极限。

   b--c 段： 这段外力没有怎么增加，而曲线在颤抖着向右移动，即在拉力没有增加的情况下，试件自身在颤抖着逐渐伸长，这一段最令人困惑，试件材料内部此时发生着什么状况。

此时材料已经发烫，说明有很多结构元在外力的作用下，相互滑移换位、重新组合，结构元在承受很大的外力的情况下分离、滑移、重组，宏观上就形成了段曲线的颤抖。结构元的重新排列，使得结构元间的电磁力的方位得以调整，以达到与外力抗衡的最佳位置。外力没有增加，材料的尺度在力的方向上调整变长，这一段也叫流动极限。

c--e 段： 这时曲线形成了向右偏上微斜的弧线，e 是弧线的顶点。曲线略向上，说明外力缓慢增加，而向右远伸则表明试件的伸长增加很快。

 由于在b-c段结构元的方位得以调整，材料抗衡外力的能力有所增强，所以曲线又能向上偏移（试件能承受更大一些的外力、同时伸长）。在材料内部，随着外力的增加，更多的结构元排列到与外力抗衡的位置上，这种移动换位，使得试件变细伸长。

在这种条件下，材料表面及内部的结构元的排列特别有利于抵抗拉力，因而有较大的抗拉强度，因为材料已经拉伸、结构元的排列合理，再受力变形较小。类似这样的操作在建筑工业上叫做预应力钢筋，其好处是：结构元已经调整到与外力（拉力）抗衡最佳位置，材料能够承受更大的拉力；钢材再受力时变形较小，所以能够与混凝土更好地结合、能更好地发挥作用。

1，低碳钢是塑性材料，其破坏多由剪应力造成。园试棒扭转屈服试验时，最大剪应力 在横断面上，因此断裂面在横断面上； 2，铸铁属脆性材料，破坏多由最大正应力造成。园试棒扭转试验时，最大正应力发生 在与轴线成45度的斜面上，因此断裂面也就发生在与轴线成45度的斜面上。 3，断裂面特征不仅与材料有关，还与载荷特征（拉、压、弯、扭）及其它因素有关。