對于各種金屬軸類零件如電機主軸、機床主軸、汽車傳動軸和石油鉆桿等，在機械工作中往往會受到一定的扭轉載荷的作用。為保證類似零件產品在實際操作中的正常工作，需要對其進行相關的材料測試和試驗，其中扭轉試驗可以測定出金屬材料的剪切模量、規(guī)定非比例扭轉強度、屈服強度、抗扭強度等力學性能指標，而扭應力疲勞試驗則能反映金屬材料在受到扭轉荷載下的抗疲勞性能，直接關聯(lián)著零件產品的質量和實際使用壽命。下面就根據(jù)GB/T 12443《金屬材料 扭應力疲勞試驗方法》和ISO 1352介紹一下具體的試驗方法。

一、試驗范圍

       本標準適用于室溫大氣下，測定公稱直徑為5.0mm～12.5mm圓形橫截面金屬光滑試樣的扭應力疲勞性能。 

二、試驗原理

       公稱直徑相同的試樣裝于扭轉疲勞試驗機上，并承受圖１中４～７所示任一類型扭應力所對應的扭矩，連續(xù)試驗至試樣失效或至循環(huán)次數(shù)。（注：失效一般指試樣*斷裂或出現(xiàn)內眼可見的疲勞裂紋。同批和對比試驗的判據(jù)應相同。）

三、符號單位說明

四、試樣制取

1、試樣形狀

      形狀如圖２所示。其工作部分可為圓柱形（見圖2a））、漏斗形（見圖2b）），工作部分橫截面均為圓形；夾持端的形狀則根據(jù)試驗機的夾頭形狀和試驗材料設計。試樣的典型夾持端見圖３。

2、試樣尺寸

①　直徑ｄ的尺寸范圍為5.0mm～12.5mm，推薦直徑ｄ的尺寸為6.0mm、7.5mm、 9.5mm； 允許偏差為±0.02mm。

②　實際小直徑的測量準確度應不低于0.01mm。測量直徑ｄ時，切忌損傷試樣表面。

③　工作部分與夾持部分的同軸度應不大于0.01mm。

④　同批試驗或對比試驗所用試樣直徑ｄ應具有相同公稱值。

3、試樣制備

     取樣部位、取向和方法按有關標準或雙方協(xié)議。

①　機械加工

       所采用的機械加工不允許改變試樣的冶金組織或力學性能，且引起的試樣表面加工硬化應盡可能小。 磨削精加工較硬材料的試樣時，應提供足夠的冷卻液，確保試樣表面不過熱。

       工作部分與過渡圓弧的連接應光滑，不應出現(xiàn)加工痕跡。

       粗加工后的試樣毛坯如需熱處理，應留有適當?shù)募庸び嗔?，以保證精加工后能夠消除熱處理對試樣表面的不良影響。不允許對試樣進行矯直。 

②　表面拋光

       試樣的工作部分經車削或磨削至公稱尺寸后，采用粒度較細且逐次變細的水磨砂紙或砂布，沿其圓周方向進行手工或機械拋光。拋光的中間階段可沿任一方向， 以消除較粗粒度的砂紙或砂布所產生的傷痕；拋光的后階段應沿圓周方向。

       拋光后，試樣工作部分的表面粗糙度R_a的允許大值為0.32μm。

③　表面狀態(tài)

       試樣工作部分的表面狀態(tài)應與工況一致。

④　試樣貯存

       已制備好的試樣如不能及時試驗，則應妥善貯存、保護，確保試樣在貯存期間不變形且表面完好無損。

       試驗前，應采用適當?shù)姆椒z查試樣，其表面如有銹蝕或傷痕，則應重新進行表面精加工。

五、試驗設備和試驗條件

1、萬測電液伺服扭轉疲勞試驗機

萬測電液伺服扭轉疲勞試驗機

        萬測電液伺服扭轉疲勞試驗機，主要用于進行軸類試樣的往復扭轉疲勞試驗，測試對象可以是金屬、非金屬、復合材料等材料試樣，也可以是軸類的結構件，比如汽車傳動軸等。試驗環(huán)境可以是室溫，也可以是高溫、低溫、鹽霧等環(huán)境（需額外配環(huán)境箱）。

2、試驗條件

①　試驗環(huán)境為室溫大氣（10℃～35℃）。

②　應力循環(huán)頻率不應引起試樣過熱或試驗機共振。

③　裝于試驗機上的試樣不允許承受所需規(guī)定扭應力以外的其他應力。

六、試驗步驟

1、安裝試樣

      將試樣緊固于試驗機上，使試樣與試驗機兩夾頭保持良好同軸。

2、選定應力循環(huán)頻率

      根據(jù)所用試驗機型號、試樣、應力大小或試驗要求選定應力循環(huán)頻率。

3、施加扭矩

      開動試驗機，其應力循環(huán)頻率調至選定值后，將規(guī)定扭應力所需的相應扭矩施加到試樣上。

4、測定扭轉疲勞性能

     疲勞性能測定方法應根據(jù)試驗目的加以選擇。疲勞性能測定所用試樣數(shù)量隨測定方法的不同而有一個較寬的范圍。推薦用如下方法測定扭轉疲勞性能：

①  扭轉疲勞極限（τ_D）的測定

     試驗一般在預計（0.95～1.05）τ_D范圍的３級左右等間距應力水平下進行；應力增量一般為預計τ_D的3％～5％；第一根試樣的應力水平應略高于預計τ_D；在每級應力水平下試樣的數(shù)量一般在兩根或兩根以上。

      用下列方法之一處理試驗結果所得應力水平即為扭轉疲勞極限：

ａ）半數(shù)試樣試驗至循環(huán)數(shù)而不失效的應力水平，但在比此應力水平低一級的應力水平下，試驗至循環(huán)數(shù)而不失效的試樣應超過半數(shù)，如圖４a)或圖４b)所示；

ｂ）如果在某級應力水平下，超過半數(shù)的試樣試驗未至循環(huán)數(shù)已失效，而在比此應力水平低一級的應力水平下，試樣試驗至循環(huán)數(shù)全不失效時，則上述兩級應力水平的平均值為扭轉疲勞極限，如圖４c)所示。

②　S-N曲線的測定 

        通常?。醇墶都墤λ剑挥贸山M法測定其中等壽命區(qū)的疲勞壽命，每組試樣的數(shù)量一般隨應力水平的降低而增加；用扭轉疲勞極限（τ_D）的測定方法測定其長壽命區(qū)的扭轉疲勞極限。

用逐點描跡法或小二乘法，擬合上述試驗數(shù)據(jù)點即成S-N曲線。

七、試驗結果的表示方法

       試驗結果有下列兩種表示方法：

①　列裹法

       表中應包括如下內容：試驗順序、試樣號、試樣形狀和尺寸及表面粗糙度、頻率、 應力、循環(huán)次數(shù)、中等壽命區(qū)的平均壽命和長壽命區(qū)的扭轉疲勞極限。

②　圖示法

      S-N曲線是常用的一種表示疲勞試驗結果的方法。繪制S-N曲線時，以應力為縱坐標，以疲勞壽命為橫坐標。

      疲勞壽命采用對數(shù)坐標，應力采用線性坐標或對數(shù)坐標。