在石油、冶金、机械、机电等工程中，许多金属机械零部件在工作过程中会承受一定的扭转载荷的作用，例如各种轴类零件：电机主轴、机床主轴、汽车传动轴和石油钻杆等。因此，为全面详细地了解类似在使用过程中会受到扭转载荷作用的金属材料的工作性能，为金属部件的设计提出相应依据，就需要对其扭转性能进行测定。

通过金属材料室温扭转试验，可以测定出金属材料的剪切模量、规定非比例扭转强度、屈服强度、抗扭强度等力学性能指标，这对承受扭转变形的金属材料的力学分析计算、工程设计和新材料开发等领域都有着重要的作用。下面就根据GB/T10128的规定，来详细介绍一下金属材料室温扭转试验的具体方法：

电机主轴

一、试验范围

本方法适用于测定金属材料在室温下其扭转力学性能。

二、试验原理

对试样施加扭矩，测量扭矩及其相应的扭角，一般扭至断裂，以便测定本标准定义的一项或几项扭转力学性能。

三、符号、单位和名称

四、试样制取

1、圆柱形试样

①　圆柱形试样的形状和尺寸见图1。试样头部形状和尺寸应适应试验机夹头夹持。推荐采用直径为10 mm，标距分别为50 mm和100 mm，平行长度分别为70mm和120 mm的试样。如采用其他直径的试样，其平行长度应为标距加上两倍直径。

图1 圆柱形试样

②　圆柱形试样应在标距两端及中间处两个相互垂直的方向上各测一次直径，并取其算术平均值，取用3处测得直径的算术平均值计算试样的*惯性矩；取用3处测得直径的算术平均值中的*小值计算试样的截面系数。

③　按表1选用测量装置。测量装置应定期进行校准。

表1 测量装置的分辨率

2、管型试样

①　管形试样的平行长度应为标距加上两倍外直径。其外直径和管壁厚度的尺寸公差及内外表面粗糙度应符合有关标准和协议要求。试样应平直，试样两端应间隙配合塞头，塞头不应伸进其平行长度内。塞头的形状和尺寸见图 2。

图2 管形试样塞头

②　管形试样应在其一端两个相互垂直的方向上各测一次外径，取其算术平均值。在同一端两个相互垂直的方向上测量四处管壁厚度，取其算术平均值。取用测得的平均外直径和平均管壁厚度计算管形试样的*惯性矩和截面系数。

③　按表1选用测量装置。测量装置应定期进行校准。

五、试验设备

1、百检TST502新秀®微机控制电子扭转试验机

百检TST502新秀®微机控制电子扭转试验机

新秀®微机控制电子扭转试验机是百检引进国际先进技术，自主研制开发的试验机新型电气控制系统，具有扭矩和转角两种控制模式，两种控制模式能相互切换，能完成等扭矩加载和扭矩保持性能试验。本系列试验机适用于金属材料、非金属材料、复合材料的扭转性能测试试验。

2、扭角计

百检扭转试验机配备可满足试验需求的扭角计，该扭角计采用瑞士进口千分表，扭角测量更准确；结构轻巧，操作更方便，夹持试样效率提升；扭角分辨力大幅提升，分辨力可达到0.001°，试验结果更加准确且重复性好。

六、试验条件

1、试验一般在室温 10℃～35℃范围内进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为23℃士5℃。

2、扭转速度：屈服前应在 3°/min～30°/min范围内，屈服后不大于720°/min。速度的改变应无冲击。

七、性能测定

1、剪切模量的测定

①　图解法

用自动记录方法记录扭矩-扭角曲线。在所记录曲线的弹性直线段上，读取扭矩增量和相应的扭角增量，见图3。按公式（1）计算剪切模量。

②　逐级加载法

对试样施加预扭矩，预扭矩一般不超过相应预期规定非比例扭转强度τp0.015的10%。装上扭转计并调整其零点。在弹性直线段范围内，用不少于5级等扭矩对试样加载。记录每级扭矩和相应的扭角，读取每对数据对的时间,以不超过10s为宜。计算出平均每级扭角增量。按公式（1）计算剪切模量。（注：允许用*小二乘法将数据对拟合直线计算剪切模量。）

2、规定非比例扭转强度的测定

①　图解法

用自动记录方法记录扭矩-扭角曲线，见图4。在记录的曲线上延长弹性直线段交扭角轴于O点，截取 OC（OC=2Leγp/d）段，过C点作弹性直线段的平行线CA交曲线于A点，A点对应的扭矩为所求扭矩Tp，。按公式（4）计算规定非比例扭转强度。

②　逐级加载法

按剪切模量测定部分主机加载法的试验步骤对试样施加预扭矩后，装卡扭转计并调整零点。在相当于规定非比例扭转强度τp0.015的70%～80%以前，施加大等级扭矩，以后施加小等级扭矩，小等级扭矩应相当于不大于 10 MPa的切应力增量。读取各级扭矩和相应的扭角。读取每对数据对的时间以不超过10s为宜。

从各级扭矩下的扭角读数中减去计算得到的弹性部分扭角，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规定的数值为止。用内插法求出*的扭矩，按公式（4）计算规定非比例扭转强度。

3、上屈服强度和下屈服强度的测定

采用图解法或指针法进行测定，仲裁试验采用图解法。试验时用自动记录方法记录扭转曲线（扭矩-扭角曲线或扭矩-夹头转角曲线），或直接观测试验机扭矩度盘指针的指示。

首次下降前的*大扭矩为上屈服扭矩；屈服阶段中不计初始瞬时效应的*小扭矩为下屈服扭矩；见图 5。分别按公式（7）、公式（8）计算上屈服强度和下屈服强度。

4、抗扭强度的测定

对试样连续施加扭矩，直至扭断。从记录的扭转曲线（扭矩-扭角曲线或扭矩-夹头转角曲线）或试验机扭矩度盘上读出试样扭断前所承受的*大扭矩，见图6。按公式（9）计算抗扭强度。

5、*大非比例切应变的测定

试验时对试样连续施加扭矩，记录扭矩-扭角曲线，直至扭断。过断裂点K作曲线的弹性直线段的平行线KJ交扭角轴于J点，OJ即为*大非比例扭角，见图6。按公式（10）计算*大非比例切应变。

八、测得性能数值的修约

测得性能数值按表2的规定修约，修约的方法按GB/T8170。