扭转试验（Torsion Test）是测定材料在扭矩作用下抵抗变形和断裂能力的一种试验方法。与拉伸和压缩不同，扭转时的应力状态是纯剪切状态。对于钻头、传动轴、丝锥、弹簧以及汽车转向轴等主要承受扭转载荷的零部件，扭转试验能提供最直接的性能数据。
扭转试验的概念与原理
扭转试验是将试样的一端固定，另一端施加扭矩，使试样产生扭转变形。通过记录扭矩（T）与扭转角（φ）的关系曲线，可以计算出材料的切变模量（G）、规定非比例扭转强度（τp）、上/下扭转屈服强度（τeH/τeL）和抗扭强度（τm）。
扭转试验的一个显著特点是：试样在断裂前通常能产生极大的塑性变形（远大于拉伸），因此特别适合用于研究材料在热加工或大塑性变形下的表面质量和锻造性能。
核心检测指标
- 切变模量 (G)： 材料抵抗切变变形的刚度指标，相当于拉伸中的弹性模量 E。它是弹簧设计中的关键参数。
- 扭转屈服强度： 材料开始发生明显塑性剪切变形时的应力。
- 抗扭强度 (τm)： 试样在扭断前所能承受的最大切应力。
- 最大扭转角： 试样断裂时的总扭转角度，反映材料的扭转塑性。
适用范围
- 工具钢： 钻头、铣刀、丝锥的抗扭能力，防止在使用中崩断。
- 汽车零部件： 传动轴、半轴、稳定杆的静态扭转及疲劳扭转。
- 线材： 钢丝的扭转试验（GB/T 239）主要用于检验线材表面的缺陷（如裂纹、折叠）及镀层的附着力（看镀层是否脱落）。
主要检测标准
- GB/T 10128-2007 金属材料 室温扭转试验方法。
- GB/T 239.1-2012 金属材料 线材 第1部分：单向扭转试验方法。
- ASTM E143 Standard Test Method for Shear Modulus at Room Temperature。
- ISO 7800 Metallic materials – Wire – Simple torsion test。
检测流程
步骤一：制样。通常为圆柱形试样，两端为夹持段（方形或六角形，防打滑）。
步骤二：对零。安装试样，调整扭矩传感器归零。
步骤三：加载。以规定的角速度（如度/分钟）施加扭矩。对于线材扭转，是记录扭转圈数。
步骤四：断裂判定。
- 正断（平断口）： 说明材料脆性大，受拉应力控制（拉应力与轴线成45°）。
- 切断（切断口）： 断面垂直于轴线，说明材料塑性好，受切应力控制。
结果分析与案例
典型案例： 某批次φ5mm弹簧钢丝在绕制弹簧时频发断裂。进行单向扭转试验，标准要求扭转次数≥20圈且表面不分层。实测仅扭转8圈即分层开裂。金相分析显示，钢丝表面存在深达0.1mm的脱碳层，导致表面强度急剧下降，无法承受扭转剪切力。
常见问题（FAQ）
Q：线材扭转为什么要看表面？
A：扭转时，试样表面的切应变最大，心部为零。因此，扭转试验对表面缺陷（裂纹、夹渣、拉痕）极其敏感。如果钢丝表面有发丝纹，拉伸试验可能测不出来，但扭转试验一扭就裂。
Q：切变模量G和弹性模量E有换算关系吗？
A：有。对于各向同性材料，G = E / [2(1+ν)]，其中ν为泊松比。对于钢材，ν≈0.3，所以 G ≈ E / 2.6 ≈ 0.38E。例如钢的E≈210GPa，G≈80GPa。但这只是理论值，实测值更准确。
总结
扭转试验是评价材料“韧性”和“表面质量”的照妖镜，特别是对于工具和弹簧行业，它是必检项目。
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