線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)

圖1所示是傳統(tǒng)機(jī)械式（線材）扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的實(shí)物示意圖。其主要結(jié)構(gòu)包括一個(gè)可以正反旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)夾頭，一個(gè)可以水平移動(dòng)的平移夾頭。其中平移夾頭與一組托盤砝碼相連，以此對(duì)固定在回轉(zhuǎn)夾頭與平移夾頭內(nèi)且具有規(guī)定工作長(zhǎng)度（標(biāo)距長(zhǎng)度）的線材試樣施加特定的拉緊載荷。

對(duì)線材進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)測(cè)定其扭斷圈數(shù)時(shí)，回轉(zhuǎn)夾頭的轉(zhuǎn)速、線材的有效工作長(zhǎng)度以及初始拉緊載荷均需滿足GB/T 239.1—2012《金屬材料 線材 第1部分：?jiǎn)蜗蚺まD(zhuǎn)試驗(yàn)方法》的要求。為確保夾頭對(duì)線材試樣的有效夾持，GB/T 239.1標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)不同的試樣規(guī)格推薦了齒塊的類型。然而在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高與產(chǎn)品規(guī)格日益多樣化，僅通過(guò)手動(dòng)旋擰不同厚度、不同齒面的夾塊已很難確保線材在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)過(guò)程中保持有效咬合，打滑或頓挫現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。此時(shí)，試驗(yàn)所記錄的扭斷圈數(shù)存在較大誤差。

根據(jù)用戶端對(duì)產(chǎn)品工藝與使用條件的要求，高強(qiáng)纜索用鋼、高附加值車用和高鐵用長(zhǎng)材產(chǎn)品材料的抗扭性能極其重要。此外，在材料性能表征領(lǐng)域，基于拉伸/疲勞、沖擊/斷裂等標(biāo)準(zhǔn)化的試驗(yàn)方法，工業(yè)界已形成了較為完備的對(duì)材料軸向加載研究其強(qiáng)塑性能，以及通過(guò)裂紋行為表征斷裂韌性的精細(xì)化試驗(yàn)體系。而對(duì)于材料的扭轉(zhuǎn)韌性，特別是針對(duì)10mm以下的橋梁纜索用鋼，現(xiàn)有的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)僅能記錄扭斷圈數(shù)等半定量指標(biāo)，尚處于工藝類試驗(yàn)的階段。因此，有必要對(duì)現(xiàn)有扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)功能理念、加載機(jī)構(gòu)、控制原理等進(jìn)行突破性的設(shè)計(jì)，對(duì)?10mm以上的長(zhǎng)材與10mm以下的纜索線材試樣整合，并將扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)提升到量化試驗(yàn)的水平。

新一代電子式材料扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，如圖2所示。

（1）用回轉(zhuǎn)液壓爪式卡盤取代傳統(tǒng)機(jī)械式旋擰卡盤，一副三爪齒塊即能支持?7mm～?14 mm、2000MPa級(jí)線材試樣與啞鈴型扭轉(zhuǎn)試樣裝卡不換齒、不打滑。

（2）以伺服電機(jī)—滾珠絲桿—傳感器的控制方式驅(qū)動(dòng)平移夾頭，對(duì)線材軸向施加恒定拉緊力，以此取代傳統(tǒng)拉繩—滑輪—砝碼加載。最大載荷為10 kN，夾頭間距連續(xù)可調(diào)。

（3）正反向回旋卡盤采用伺服電機(jī)—減速機(jī)構(gòu)驅(qū)控，實(shí)現(xiàn)0.0005～30 r/min變速程控，取代傳統(tǒng)夾頭簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)動(dòng)。平移夾頭內(nèi)設(shè)拉扭復(fù)合傳感器，實(shí)施測(cè)量試樣軸向載荷與扭矩值。

試件盡可能平直，必要時(shí)需矯直，但不能傷及表面，也不得扭曲試件。為使試件在試驗(yàn)過(guò)程中平直，應(yīng)施加某種形式的拉緊力，這種拉緊力不得大于試驗(yàn)線材公稱抗拉強(qiáng)度相應(yīng)力值的2%，軸向加力采用了砝碼加力。直徑（或特征尺寸）為10mm-14mm的鋼材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，無(wú)需施加拉緊力。

線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)材料試驗(yàn)

根據(jù)GB/T 10128—2007《金屬材料 室溫扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法》測(cè)量材料的扭矩-角度曲線，以及剪切模量、規(guī)定非比例扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、最大非比例切應(yīng)變等扭轉(zhuǎn)韌性指標(biāo)。試驗(yàn)過(guò)程中可在屈服前后設(shè)定相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)速度。由于采用了液壓三爪卡盤式夾持方式，啞鈴型扭轉(zhuǎn)試樣的夾持端僅需保持對(duì)稱平整即可，無(wú)需額外加工夾持平面。此外，良好的液壓夾持方式也為采用卡盤轉(zhuǎn)角替代扭轉(zhuǎn)計(jì)創(chuàng)造了先決條件。

線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)工藝試驗(yàn)

根據(jù)GB/T 239.1—2012《金屬材料 線材第1部分：?jiǎn)蜗蚺まD(zhuǎn)試驗(yàn)方法》與GB/T 17101—2008《橋梁纜索用熱鍍鋅鋼絲》測(cè)定?7mm～?14mm直徑規(guī)格的高強(qiáng)鋼絲及線材的抗扭圈數(shù)，可精確到度，并能定量記錄最大扭矩、斷裂扭矩等。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)需對(duì)線材試樣保持恒定的拉緊力，且不高于線材公稱抗拉強(qiáng)度相應(yīng)載荷的2%，而對(duì)直徑?10mm～?14mm的鋼線材無(wú)需施加拉緊力。此外，對(duì)于不同直徑規(guī)格的試樣，標(biāo)準(zhǔn)亦規(guī)定了相應(yīng)的標(biāo)距長(zhǎng)度。需指出的是，基于“伺服電機(jī)—滾珠絲桿—傳感器”方式對(duì)平移卡盤的控制，線材扭轉(zhuǎn)試樣的拉緊載荷與標(biāo)距長(zhǎng)度可得到有效保證。

線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)取制樣試驗(yàn)

扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)是評(píng)價(jià)包括盤條、鍍鋅鋼絲在內(nèi)長(zhǎng)線材抗剪切變形能力優(yōu)劣的有效試驗(yàn)手段之一。由于長(zhǎng)線材試樣在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)過(guò)程中，塑性變形發(fā)生在整個(gè)標(biāo)距長(zhǎng)度之內(nèi)且隨著扭轉(zhuǎn)圈數(shù)遞增累積，因此受正應(yīng)力作用，夾雜物、異常組織、連鑄內(nèi)裂紋等內(nèi)在缺陷，以及受切應(yīng)力作用而產(chǎn)生的表面裂紋、鋅鐵合金硬化層等外部缺陷均會(huì)在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中加速暴露，導(dǎo)致材料扭斷圈數(shù)的異常降低以及出現(xiàn)不規(guī)則的斷口形貌等。大量研究均證實(shí)了扭轉(zhuǎn)性能與長(zhǎng)線材夾雜物、微觀組織比例、表面缺陷的直接相關(guān)性，但這些報(bào)道均基于對(duì)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的斷口分析，屬于失效分析的范疇。而新一代扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)所具有的變速扭轉(zhuǎn)與臨界采樣技術(shù)能夠?qū)Ω邚?qiáng)長(zhǎng)線材試樣扭轉(zhuǎn)過(guò)程中的扭矩值進(jìn)行實(shí)施跟蹤，在扭矩值在峰值發(fā)生設(shè)定數(shù)值的衰減后能夠自動(dòng)停機(jī)，并保護(hù)性卸載，進(jìn)而為研究扭轉(zhuǎn)臨界破斷時(shí)刻，即最大延塑性變形時(shí)刻的材料組織機(jī)理提供可能，如通過(guò)表面觀測(cè)或切片電子光學(xué)分析技術(shù)來(lái)界定扭轉(zhuǎn)斷裂的主導(dǎo)機(jī)制是內(nèi)部缺陷還是表面缺陷等。

線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)拉扭復(fù)合型設(shè)計(jì)類試驗(yàn)

通常采用電液伺服的方式實(shí)現(xiàn)拉扭復(fù)合疲勞加載，即在交變軸向加載的基礎(chǔ)上疊加正反扭矩。當(dāng)模擬工件處于一種恒定拉向載荷而扭矩存在較慢周次的循環(huán)交變時(shí)，可采用本文所介紹的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)編程實(shí)現(xiàn)拉-扭復(fù)合疲勞加載，即利用回旋式液壓卡盤雙向旋轉(zhuǎn)與平移式卡盤的軸向加載，扭矩最高可達(dá)2000N·m，拉向載荷可達(dá)10kN，控制頻率最高0.5Hz。

1mm線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)單向扭轉(zhuǎn)

試樣繞自身軸線向一個(gè)方向均勻旋轉(zhuǎn)360度作為一次扭轉(zhuǎn)至規(guī)定次數(shù)或試樣斷裂

1mm線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)雙向扭轉(zhuǎn)

試樣繞自身軸線向一個(gè)方向均勻旋轉(zhuǎn)360度作為一次扭轉(zhuǎn)至規(guī)定次數(shù)后,向相反方向旋轉(zhuǎn)相同次數(shù)或試樣斷裂。

本公司生產(chǎn)的線材根據(jù)線材直徑的不同,分為三個(gè)型號(hào):

EZ-1 金屬線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī),適用于直徑0.2-1mm的 金屬線材

EZ-3 金屬線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī),適用于直徑 1-3 mm的金屬線材

EZ-10 金屬線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī),適用于直徑 1-10mm的金屬線材

EZ-20線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，依據(jù)《GB/T239-1999線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法》規(guī)定的技術(shù)要求制成。是我廠研制的一種數(shù)顯計(jì)數(shù)的新型線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，主要用于15.0～20.0金屬線材的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)。用于測(cè)定金屬線材在單向或雙向扭轉(zhuǎn)中承受塑性變形的能力及顯示線材的表面和內(nèi)部缺陷。為生產(chǎn)線材和使用線材的單位提供了可靠的測(cè)量手段。

線材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)技術(shù)參數(shù)