材料扭转试验机的操作流程需严格遵循规范，以确保数据准确性和设备安全。以下以微机控制电子式扭转试验机为例，从准备、操作、数据处理到结束后的全流程详细说明：

一、试验前准备

1. 设备检查与校准

硬件检查：

查看夹头（三爪卡盘 / 夹钳）是否磨损、松动，确保夹持面无碎屑或锈迹；

检查传动系统（齿轮、丝杠）运转是否顺畅，有无异常噪音；

液压式设备需确认油管无泄漏，油压表指针归零。

系统校准：

开机预热传感器（15–30 分钟），通过软件进行扭矩零点和角位移零点校准；

定期用标准扭矩砝码验证传感器精度（误差需≤±0.5% FS）。

2. 试样制备与测量

试样加工：

按标准（如 GB/T 10128）制备试样，金属试样通常为圆形截面（直径 10mm，标距 50mm 或 100mm），非金属（如塑料）可根据需求加工为棒材或管材；

试样表面需光滑，无划痕、毛刺或裂纹，避免应力集中影响试验结果。

尺寸测量：

用千分尺测量试样直径（精确至 0.01mm），沿标距段测量 3 处取平均值；

标记标距长度（L），并用墨水或贴纸清晰标注，防止扭转时标记模糊。

3. 参数设置

软件参数：

设定扭转速度：金属材料通常≤10°/min（准静态加载），塑料等高分子材料可调整为 5–20°/min；

设置试验终止条件：可选择 “最大扭矩”（如 1000N?m）、“扭转角度”（如 360°）或 “断裂自动停止” 模式；

定义数据采集频率（如 10 次 / 秒），确保曲线平滑无跳点。

二、试验操作步骤

1. 安装试样

同轴校准：

将试样一端插入左夹头，拧紧固定螺栓，确保试样轴线与夹头旋转轴同轴（偏差≤0.5°）；

手动调整右夹头位置，插入试样另一端，缓慢拧紧夹头，避免试样受预扭矩影响。

特殊试样处理：

薄壁管材或易变形试样可加装衬套（如金属套管），防止夹持时局部挤压变形；

复合材料试样需注意夹头压力均匀，避免纤维层断裂。

2. 启动试验与实时监测

开始加载：

点击软件 “开始” 按钮，系统按设定速率匀速施加扭矩，实时绘制 “扭矩 - 扭转角” 曲线；

液压式设备需缓慢调节油压阀，避免冲击载荷导致数据失真。

过程观察：

目视检查试样表面，当出现以下情况时手动停止试验：

试样表面出现可见裂纹或局部起皮；

扭矩值突然骤降（超过峰值扭矩的 10%）；

设备发出异常声响或振动。

三、数据记录与处理

1. 原始数据采集

记录关键参数：最大扭矩（T_max）、断裂时扭转角度（θ_b）、弹性阶段扭矩 - 角度曲线的线性段数据；

保存实时曲线与数据文件（格式如 Excel、PDF），包含试验时间、温度、湿度等环境参数。

2. 力学性能计算

抗扭强度（τ_b）：

公式：τ_b = 16T_max/(πd?)，其中 d 为试样直径（m），结果单位为 Pa；

例：T_max=500N?m，d=0.01m，则 τ_b=16×500/(π×0.01?)≈254.6MPa。

剪切模量（G）：

公式：G = (T?L)/(θ?J)，其中 L 为标距（m），θ 为弹性阶段扭转角（rad），J 为极惯性矩（J=πd?/32，单位 m?）；

例：T=200N?m，L=0.1m，θ=0.05rad，d=0.01m，则 J=π×0.01?/32≈9.82×10??m?，G=(200×0.1)/(0.05×9.82×10??)≈40.7GPa。

屈服扭矩（T_s）：

若曲线出现 “平台期” 或斜率突变，对应扭矩为屈服扭矩，用于计算剪切屈服强度 τ_s=16T_s/(πd?)。

3. 报告生成

内容包含：试样信息（材料、尺寸、加工工艺）、试验条件（温度、加载速率）、测试结果（τ_b、G、τ_s 等）、曲线图谱及标准符合性判定；

对比行业标准（如 GB/T 10128、ASTM E143），标注数据是否符合指标要求。

四、试验后操作

1. 设备与试样处理

松开夹头，取出试样，观察断裂面形态（金属材料若为 45° 螺旋断裂，表明剪切破坏；脆性材料可能沿横截面断裂）；

清理夹头和设备台面的碎屑，用酒精擦拭夹持面，防止锈蚀。

2. 关机与记录

按顺序关闭软件、控制器和电源，液压设备需先卸载油压；

填写设备使用记录，包括试验时间、试样类型、设备状态及异常情况（如有）。

五、常见问题与注意事项

1. 操作风险规避

试样飞脱：确保夹头固定，试验时关闭防护罩，避免试样断裂时碎片飞溅；

过载保护：设置扭矩上限为设备量程的 80%（如 1000N?m 设备，上限设为 800N?m），防止传感器过载损坏。

2. 数据误差控制

同轴度偏差会导致试样受弯曲 - 扭转复合载荷，影响数据准确性，需通过调整夹头或使用对中工具校准；

非金属材料试样需注意环境温度（如塑料测试需在 23±2℃下进行），避免温度波动影响材料韧性。

3. 设备维护要点

定期（每 500 次试验或半年）对传动丝杠加注润滑油，防止磨损；

传感器每年由计量机构校准一次，确保扭矩测量精度；

液压设备需每季度检查油液清洁度，污染时及时更换液压油。

通过以上流程规范操作，可确保材料扭转试验机准确获取材料的抗扭强度、剪切模量等关键力学参数，为材料研发、质量控制及工程应用提供可靠数据支撑。