在石油、冶金、機(jī)械、機(jī)電等工程中，許多金屬機(jī)械零部件在工作過程中會(huì)承受一定的扭轉(zhuǎn)載荷的作用，例如各種軸類零件：電機(jī)主軸、機(jī)床主軸、汽車傳動(dòng)軸和石油鉆桿等。因此，為全面詳細(xì)地了解類似在使用過程中會(huì)受到扭轉(zhuǎn)載荷作用的金屬材料的工作性能，為金屬部件的設(shè)計(jì)提出相應(yīng)依據(jù)，就需要對(duì)其扭轉(zhuǎn)性能進(jìn)行測(cè)定。 

       通過金屬材料室溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，可以測(cè)定出金屬材料的剪切模量、規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)，這對(duì)承受扭轉(zhuǎn)變形的金屬材料的力學(xué)分析計(jì)算、工程設(shè)計(jì)和新材料開發(fā)等領(lǐng)域都有著重要的作用。下面就根據(jù)GB/T10128的規(guī)定，來詳細(xì)介紹一下金屬材料室溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的具體方法：

一、試驗(yàn)范圍

       本方法適用于測(cè)定金屬材料在室溫下其扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能。

二、試驗(yàn)原理

       對(duì)試樣施加扭矩，測(cè)量扭矩及其相應(yīng)的扭角，一般扭至斷裂，以便測(cè)定本標(biāo)準(zhǔn)定義的一項(xiàng)或幾項(xiàng)扭轉(zhuǎn)力學(xué)性能。

三、符號(hào)、單位和名稱

四、試樣制取

1、圓柱形試樣

①　圓柱形試樣的形狀和尺寸見圖1。試樣頭部形狀和尺寸應(yīng)適應(yīng)試驗(yàn)機(jī)夾頭夾持。推薦采用直徑為10 mm，標(biāo)距分別為50 mm和100 mm，平行長(zhǎng)度分別為70mm和120 mm的試樣。如采用其他直徑的試樣，其平行長(zhǎng)度應(yīng)為標(biāo)距加上兩倍直徑。

②　圓柱形試樣應(yīng)在標(biāo)距兩端及中間處兩個(gè)相互垂直的方向上各測(cè)一次直徑，并取其算術(shù)平均值，取用3處測(cè)得直徑的算術(shù)平均值計(jì)算試樣的極慣性矩；取用3處測(cè)得直徑的算術(shù)平均值中的小值計(jì)算試樣的截面系數(shù)。

③　按表1選用測(cè)量裝置。測(cè)量裝置應(yīng)定期進(jìn)行校準(zhǔn)。

2、管型試樣

①　管形試樣的平行長(zhǎng)度應(yīng)為標(biāo)距加上兩倍外直徑。其外直徑和管壁厚度的尺寸公差及內(nèi)外表面粗糙度應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議要求。試樣應(yīng)平直，試樣兩端應(yīng)間隙配合塞頭，塞頭不應(yīng)伸進(jìn)其平行長(zhǎng)度內(nèi)。塞頭的形狀和尺寸見圖 2。

②　管形試樣應(yīng)在其一端兩個(gè)相互垂直的方向上各測(cè)一次外徑，取其算術(shù)平均值。在同一端兩個(gè)相互垂直的方向上測(cè)量四處管壁厚度，取其算術(shù)平均值。取用測(cè)得的平均外直徑和平均管壁厚度計(jì)算管形試樣的極慣性矩和截面系數(shù)。

③　按表1選用測(cè)量裝置。測(cè)量裝置應(yīng)定期進(jìn)行校準(zhǔn)。

五、試驗(yàn)設(shè)備

1、萬測(cè)TST502新秀^®微機(jī)控制電子扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)

萬測(cè)TST502新秀^®微機(jī)控制電子扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī) 

       新秀^®微機(jī)控制電子扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)是萬測(cè)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，自主研制開發(fā)的試驗(yàn)機(jī)新型電氣控制系統(tǒng)，具有扭矩和轉(zhuǎn)角兩種控制模式，兩種控制模式能相互切換，能完成等扭矩加載和扭矩保持性能試驗(yàn)。本系列試驗(yàn)機(jī)適用于金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料的扭轉(zhuǎn)性能測(cè)試試驗(yàn)。

2、扭角計(jì) 

       萬測(cè)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)配備可滿足試驗(yàn)需求的扭角計(jì)，該扭角計(jì)采用瑞士進(jìn)口千分表，扭角測(cè)量更準(zhǔn)確；結(jié)構(gòu)輕巧，操作更方便，夾持試樣效率提升；扭角分辨力大幅提升，分辨力可達(dá)到0.001°，試驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確且重復(fù)性好。

六、試驗(yàn)條件

1、試驗(yàn)一般在室溫 10℃～35℃范圍內(nèi)進(jìn)行。對(duì)溫度要求嚴(yán)格的試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度應(yīng)為23℃士5℃。

2、扭轉(zhuǎn)速度：屈服前應(yīng)在 3°/min～30°/min范圍內(nèi)，屈服后不大于720°/min。速度的改變應(yīng)無沖擊。

七、性能測(cè)定

1、剪切模量的測(cè)定

①　圖解法

用自動(dòng)記錄方法記錄扭矩-扭角曲線。在所記錄曲線的彈性直線段上，讀取扭矩增量和相應(yīng)的扭角增量，見圖3。按公式（1）計(jì)算剪切模量。

②　逐級(jí)加載法

       對(duì)試樣施加預(yù)扭矩，預(yù)扭矩一般不超過相應(yīng)預(yù)期規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度τ_p0.015的10%。裝上扭轉(zhuǎn)計(jì)并調(diào)整其零點(diǎn)。在彈性直線段范圍內(nèi)，用不少于5級(jí)等扭矩對(duì)試樣加載。記錄每級(jí)扭矩和相應(yīng)的扭角，讀取每對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)的時(shí)間,以不超過10s為宜。計(jì)算出平均每級(jí)扭角增量。按公式（1）計(jì)算剪切模量。（注：允許用小二乘法將數(shù)據(jù)對(duì)擬合直線計(jì)算剪切模量。）

2、規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的測(cè)定

①　圖解法

      用自動(dòng)記錄方法記錄扭矩-扭角曲線，見圖4。在記錄的曲線上延長(zhǎng)彈性直線段交扭角軸于O點(diǎn)，截取 OC（OC=2L_eγp/d）段，過C點(diǎn)作彈性直線段的平行線CA交曲線于A點(diǎn)，A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的扭矩為所求扭矩T_p，。按公式（4）計(jì)算規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。

②　逐級(jí)加載法

       按剪切模量測(cè)定部分主機(jī)加載法的試驗(yàn)步驟對(duì)試樣施加預(yù)扭矩后，裝卡扭轉(zhuǎn)計(jì)并調(diào)整零點(diǎn)。在相當(dāng)于規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度τ_p0.015的70%～80%以前，施加大等級(jí)扭矩，以后施加小等級(jí)扭矩，小等級(jí)扭矩應(yīng)相當(dāng)于不大于 10 MPa的切應(yīng)力增量。讀取各級(jí)扭矩和相應(yīng)的扭角。讀取每對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)的時(shí)間以不超過10s為宜。

       從各級(jí)扭矩下的扭角讀數(shù)中減去計(jì)算得到的彈性部分扭角，即得非比例部分扭角。施加扭矩直至得到非比例扭角等于或稍大于所規(guī)定的數(shù)值為止。用內(nèi)插法求出精確的扭矩，按公式（4）計(jì)算規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。

3、上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度的測(cè)定

      采用圖解法或指針法進(jìn)行測(cè)定，仲裁試驗(yàn)采用圖解法。試驗(yàn)時(shí)用自動(dòng)記錄方法記錄扭轉(zhuǎn)曲線（扭矩-扭角曲線或扭矩-夾頭轉(zhuǎn)角曲線），或直接觀測(cè)試驗(yàn)機(jī)扭矩度盤指針的指示。

     下降前的大扭矩為上屈服扭矩；屈服階段中不計(jì)初始瞬時(shí)效應(yīng)的小扭矩為下屈服扭矩；見圖 5。分別按公式（7）、公式（8）計(jì)算上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度。

4、抗扭強(qiáng)度的測(cè)定

     對(duì)試樣連續(xù)施加扭矩，直至扭斷。從記錄的扭轉(zhuǎn)曲線（扭矩-扭角曲線或扭矩-夾頭轉(zhuǎn)角曲線）或試驗(yàn)機(jī)扭矩度盤上讀出試樣扭斷前所承受的大扭矩，見圖6。按公式（9）計(jì)算抗扭強(qiáng)度。

5、大非比例切應(yīng)變的測(cè)定

     試驗(yàn)時(shí)對(duì)試樣連續(xù)施加扭矩，記錄扭矩-扭角曲線，直至扭斷。過斷裂點(diǎn)K作曲線的彈性直線段的平行線KJ交扭角軸于J點(diǎn)，OJ即為大非比例扭角，見圖6。按公式（10）計(jì)算大非比例切應(yīng)變。