金属扭转试验的方法与应用

金属室温静扭转试验方法在GB/T 10128—2007中有详细规定。静扭转试验具有以下特点：

（1）扭转时应力状态较软，在拉伸试验中表现为脆性的材料（如淬火后低温回火的工具钢和某些结构钢）有可能处于韧性状态，便于进行各种力学性能指标的测定和比较。

（2）用圆柱形试样进行扭转试验时，试样始终保持均匀圆柱形，其截面和工作长度基本上保持原有大小不变，这样便有可能很好地测定高塑性材料直至断裂前的形变能力和变形抗力。图6-52所示为退火低碳钢的扭矩M和扭角φ的关系曲线。

图6-52 退火低碳钢的扭矩M和扭角φ关系曲线

（3）对于低塑性材料，扭转试验对反映其缺陷，特别是表面缺陷很敏感。如渗碳淬火低温回火后检验表面渗碳质量，淬火低温回火工具钢检验其表面微裂纹等。

（4）扭转试验时截面上的应力分布不均匀，在表面处最大，愈往心部愈小。对于显示金属体积性缺陷，特别是心部缺陷不敏感。

扭转试验的试样一般为圆柱形（图6-53），实心圆柱形试样的缺点是断面上应力分布不均匀，影响切应力的测定。因此可采用薄壁空心圆筒试样（图6-54），以减小内外壁之间的应力变化的差别，壁厚应尽可能地减小；但直径与壁厚之比不应大于20，否则将会产生失稳扭曲。空心圆柱体试样扭转变形如图6-55所示。实心扭转试样的几种断口形式如图6-56所示。

图6-53 标准扭转试样

注：长试样l₀=100mm，短试样l₀=50mm。

图6-54 薄壁空心圆筒扭转试样

扭转性能指标，可以根据图6-53所示的直径（d₀）、标距长度（l₀）的实心圆柱试样上测得的M-φ曲线求出。

扭转载荷下的切应力τ和切应变γ分别为(www.xing528.com)

图6-55 空心圆柱体试样扭转变形示意图

图6-56 扭转断口的几种形式

式中 M——扭矩；

W——截面系数。对于实心圆柱：；对于空心圆柱（内径为d₁，外径为d₀）：W。切变模量：（6-30）扭转比例极限（抗扭强度）为

扭转屈服强度为

扭转条件强度极限（条件抗扭强度）为

测定扭转比例极限的方法与拉力试验中测定R_p的方法大致相同。在M-ψ曲线上某点的切线与M轴的夹角的正切值比初始直线部分的正切值增大50%，该点的切应力值确定为扭转比例极限。