Испытание на кручение (ИК) – это оценка прочности материала методом скручивания. Применяется при определении модуля сдвига, предела текучести и др. параметров при воздействии крутящего момента на образец. ИК относится к методу разрушающего контроля.
Кручение – вид деформации тела
Основные виды деформации
Кручение
Все тела подвержены различным видам деформации – сжатию, растяжению, изгибу, сдвигу и др. Широко распространенной является деформация кручения. Деформация кручения характеризуется взаимным поворотом поперечных сечений тела в результате воздействия пары сил в этих сечениях.
В реальной жизни этот тип деформации встречается повсеместно: поворот ключа в замке при открывании дверей, вал рулевого механизма в автомобиле, спиральные пружины, торсионы.
Опасность этого вида деформации заключается в невозможности определения начала ее возникновения и развития. Почему так происходит? Дело в том, что при приложении нагрузки (крутящего момента) внутри тела происходит сдвиг поперечных сечений. В результате этого на концентраторах напряжений начинают зарождаться микропустоты. Этот процесс происходит на молекулярном уровне из-за ослабления межатомных связей. Со временем микропустоты развиваются в микротрещины. Обнаружить процесс начала образования микропустот невооруженным глазом, без применения специальных приборов, невозможно. Далее процесс разрушения предсказуем – микропустота превращается в микротрещину, которая разрастается до такой степени, что материал разрушается.
Схема разрушения вала
Длительность алгоритма зависит от множества причин. В первую очередь следует отметить:
- характер прикладываемой нагрузки (статическая или динамическая);
- состав материала;
- скорость приложения крутящего момента;
- наличие концентраторов напряжений (царапины, посторонние включения и т. п.).
В зависимости от этих и других факторов процесс разрушения может длиться неделями, месяцами, годами.
Снижения отрицательных характеристик кручения можно добиться подбором материала конструкции, термической обработкой металлов и сплавов, армированием, оптимизацией формы изделия, уменьшением крутящего момента. При этом нужно иметь в виду, что полностью исключить возможность образования микротрещин в материале невозможно.
Тестирование материала на кручение
Для проверки прочности материалов разработаны и применяются соответствующие стандарты.
В качестве примера рассмотрим процесс испытания на кручение болтов (винтов) номинальных диаметров. Испытания проводятся в соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО 898-7-2009.
Процесс испытания заключается в постепенном приложении возрастающего крутящего момента к образцу, зафиксированному во вставке прибора. При разрушении образца испытание считается законченным. Значение приложенной нагрузки считывается со шкалы силоизмерителя прибора.
При обработке полученных результатов математически высчитывается минимальный разрушающий крутящий момент и сравнивается с приведенным в таблице (см. табл. 1).
| Резьба | Шаг резьбы, мм | Минимальный разрушающий крутящий момент, Н·м | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Класс прочности 8.8 | Класс прочности 9.8 | Класс прочности 10.9 | Класс прочности 12.9 | ||
| М1 | 0,25 | 0,033 | 0,036 | 0,040 | 0,045 |
| М1,2 | 0,25 | 0,075 | 0,082 | 0,092 | 0,10 |
| М1,4 | 0,3 | 0,12 | 0,13 | 0,14 | 0,16 |
| М1,6 | 0,35 | 0,16 | 0,18 | 0,20 | 0,22 |
| М2 | 0,4 | 0,37 | 0,40 | 0,45 | 0,50 |
| М2,5 | 0,45 | 0,82 | 0,90 | 1,0 | 1,1 |
| М3 | 0,5 | 1,5 | 1,7 | 1,9 | 2,1 |
| М3,5 | 0,6 | 2,4 | 2,7 | 3,0 | 3,3 |
| М4 | 0,7 | 3,6 | 3,9 | 4,4 | 4,9 |
| М5 | 0,8 | 7,6 | 8,3 | 9,3 | 10 |
| М6 | 1 | 13 | 14 | 16 | 17 |
| М7 | 1 | 23 | 25 | 28 | 31 |
| М8 | 1,25 | 33 | 36 | 40 | 44 |
| М8*1 | — | 38 | 42 | 46 | 52 |
| М10 | 1,5 | 66 | 72 | 81 | 90 |
| М10*1 | — | 84 | 92 | 102 | 114 |
| М10*1,25 | — | 75 | 82 | 91 | 102 |
Таблица 1
Если полученный в результате испытания момент превышает табличное значение, то считается, что образец выдержал испытание.
Для проведения испытаний материалов на кручение разработаны соответствующие международные и государственные стандарты, например:
- ГОСТ 3565-80 «Металлы. Метод испытания на кручение»;
- ГОСТ Р ИСО 898-7-2009 «Механические свойства крепежных изделий. Часть 7. Испытание на кручение и минимальные крутящие моменты для болтов и винтов номинальных диаметров от 1 до 10 мм»;
- ГОСТ 1545-80 «Проволока. Метод испытания на скручивание»;
- ГОСТ 25.502-79 «Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость»;
- ГОСТ Р 55142-2025 «Соединения сварных листов и труб из термопластов. Методы испытаний»;
- ГОСТ 33968-2016 «Автомобильные транспортные средства. Баллоны высокого давления для компримированного природного газа, используемого в качестве моторного топлива. Технические требования и методы испытаний» (п. 7.25);
- ГОСТ 32178-2013 «Пробки корковые. Методы определения физических свойств. Испытания на кручение».
Эксперты компании «ГОСТ» помогут подобрать испытательное оборудование для проведения испытаний на кручение, а также оснастку и дополнительные технические средства для производственных и сертификационных лабораторий.