Испытания на кручение

Кручение осуществляется двумя разными по величине и противоположно направленными крутящими моментами, которые прикладываются к концам образца в плоскостях, нормальных его продольной оси.

Особенно часто эти испытания используют для оценки свойств материалов валов и проволоки. Методика испытаний образцов из любых материалов диаметром не менее 5 мм стандартизирована (ГОСТ 3565 - 80). Образцы должны иметь цилиндрическую рабочую часть и квадратные головки. Образец с диаметром рабочей части 10 и расчетной длиной 100 или 50 мм принят за нормальный. Допускается использование образцов пропорциональных, геометрически подобных нормальному, а также трубчатых.

Испытания на кручение проводят на специальных машинах, которые должны обеспечивать надежную центровку образца, плавность нагружения и отсутствие изгибающих усилий, возможность достаточно точного задания и измерения величины крутящего момента. Используются машины с горизонтальным и вертикальным расположением образца. Максимальный крутящий момент меняется от 60 Н·м до 2 Н·м.

В качестве меры деформации в процессе испытания фиксируется угол закручивания φ.

Во время испытания каждый захват машины поворачивается на определенный угол (больший у активного захвата). Угол закручивания образца равен разности этих углов. Зная текущие значения крутящего момента и угла закручивания, можно построить диаграмму кручения в координатах М_кр - φ (рис.7). Эта диаграмма состоит из участка упругой (Ор) и пластической деформации (рк). Из-за отсутствия значительного местного сужения ниспадающего участка на диаграмме кручения не бывает, хотя после образования первых трещин деформация становится неравномерной, сосредотачиваясь вблизи излома.

Рисунок 7 – Диаграмма кручения

По аналогии с другими статическими испытаниями при кручении определяют условные пределы пропорциональности, упругости, текучести, прочности, а также истинный предел прочности. Но все эти свойства выражают не через нормальные, а через касательные напряжения.

Предел пропорциональности при кручении τ_пц - это условное касательное напряжение, при котором отступление от касательной зависимости между напряжениями и деформациями достигает такой величины, когда тангенс угла, образуемого касательной к диаграмме кручения и осью деформаций, превышает первоначальное значение на 50%.

Предел упругости при кручении τ_упр - условное касательное напряжение, при котором образец подвергается остаточной сдвиговой деформации на заданную величину:

Определяемый при кручении предел текучести обычно условный. Это касательное напряжение, которому соответствует остаточный относительный сдвиг на 0,3% (τ_о,з), что эквивалентно удлинению равному 0,2%.

Условный предел прочности при кручении τ_пч соответствует моменту кручения перед разрушением, его рассчитывают без учета пластической деформации.

Основной характеристикой пластичности при кручении является относительный сдвиг.

Разновидностью испытаний на кручение является проба на скручивание проволоки диаметром d менее 10 мм (ГОСТ 1545 - 80). Образец длиной 100d зажимается в твердых губках захватов и скручивается при вращении одного из них с постоянной скоростью (30 - 90 об/мин). В результате испытания определяют число оборотов активного захвата до момента разрушения проволоки. Это число и считают критерием ее качества (пластичности).