8.4.3 剪切力学性能的测试
1.试验机
各种类型的1级拉力、压力或万能试验机均可使用。试验机应由计量部门定期进行检定，并能在规定的速度范围内控制试验速度，加卸力应平稳、无振动、无冲击。
2.剪切试验装置
剪切试验装置的形式有多种，其加载零件和承载零件的材料、硬度和配合尺寸均有一定的要求。常见的几种剪切试验装置如下：
（1）单剪试验装置 单剪试验装置如图8-34所示。底模、上压模均由工具钢加工、淬火制成，要求表面光滑，边缘锋利，以减少摩擦和阻力。试验时试样用螺钉固定在底座上。
图8-34 单剪试验装置
（2）双剪试验装置 几种典型的双剪试验装置如图8-35～图8-38所示。剪切工装中，剪切支承部分采用合金钢材料即可，而切刀部分则要求有较高的硬度（≥700HV或为57～62HRC），可采用工具钢或模具钢。更高要求的硬度，则会采用硬质合金钢。另外，剪切孔与试件的配合间隙是影响试验结果的重要因素，工装制造及试验时应考虑到，通常配合的间隙不应超过0.10mm。
图8-35 拉式剪切试验装置
图8-36 髙温拉式双剪试验装置
1—切刀 2—键 3—夹板 4—剪切圈 5—试样 6—支承圈
图8-37 压式双剪试验装置
图8-38 压式销双剪试验装置
3.常用剪切试验
剪切试样的形状、尺寸根据试验方法与剪切试验装置来确定，常见的形式有以下几种。
（1）圆柱形试样的剪切实验
1）该类试验涉及的试验方法标准有HB 5148—1996《铆钉、金属丝剪切试验方法》、HB 5213—1982《金属高温剪切试验方法》、GB/T 6400—2007《金属材料 线材和铆钉剪切试验方法》、GB/T 13683—1992《销 剪切试验方法》、GB/T 3250—2007《铝及铝合金线材与铆钉剪切试验方法及铆钉线铆接试验方法》。
2）剪切试样，可取直径d0=8mm、10mm或12mm的圆柱，成品件通常直接进行剪切试验。一般地，要求光杆长度L在双剪时L≥3d0，在单剪时L≥2.5d0。
3）试验结果表述：单剪试验抗剪强度τb=F/So；双剪试验抗剪强度τb=F/（2So）=2F/（πd20）。通常，也有要求直接用单剪或双剪最大抗力表示的。
试样剪断后如发生弯曲，或断口出现楔形、椭圆形等剪切截面，则试验结果无效，应重新取样进行试验。
（2）零件冲孔剪切试验 图8-39所示为生产中常见的零件冲孔剪切试验装置。实际试验工装应考虑对冲头和试样的约束。冲孔试验抗剪强度τb的计算公式为
τb=F/（πd0t）
式中 d0——冲孔直径（mm）；
t——试样厚度（mm）。
图8-39 零件冲孔剪切试验装置
（3）复合钢板剪切试验 该试验方法可按GB/T 6396—2008《复合钢板力学性能及工艺试验方法》。
图8-40 复合钢板剪切试验装置
复合钢板剪切试验是采用静压（拉）力，通过相应的试验装置（见图8-40），使平行于试验力方向的基材与复材的结合面承受剪力直至断裂，以测定抗剪强度。对于轧制复合钢板，试样长度方向应平行于轧制方向。复合钢板剪切试样如图8-41所示，将样坯大部分复材加工掉，只留下宽W的部分承受剪切。当复合钢板总厚度≤10mm时，可采用图8-42所示的复合钢板拉剪试样，直接拉伸试样，获得剪切力。
图8-41 复合钢板剪切试样
图8-42 复合钢板拉剪试样
复合钢板剪切试验抗剪强度τb的计算公式为
τb=F/（WB）
式中 W——试样复材受剪面宽度（mm）；
B——试样宽度（mm）。
（4）金属板材剪切试验 该试验方法按HB 6736—1993《金属板材剪切试验方法》。其试样如图8-43所示。试样剪断后，剪切断口与试样轴线夹角不超过15°。金属板材剪切试验抗剪强度τb的计算公式为
式中 F——剪切试样承受的最大负荷（N）；
B——试样厚度（mm）；
h——试样两槽口边之间的最小距离（mm）。
图8-43 金属板材剪切试样
4.剪切性能的测定
（1）剪切试验条件
1）根据试样的尺寸选择适宜孔径的试验装置。将试验装置安装在试验机上应保证装置的上下夹头（或压头）中心线一致，不得偏心。
2）室温剪切试验速度通常不大于15mm/min，髙温剪切试验速度不大于5mm/min，平稳施加载荷，直至试样断裂。
3）高温剪切试验在高温炉中进行。对加热、测温及控温系统与温度波动的要求按GB/T 228.1—2015《金属材料 拉伸试验 第2部分：高温试验方法》的规定。热电偶应直接测量试样中部温度，试样加热到试验温度时间一般不大于1h，保温时间为15～30min。
（2）剪切试验数据处理 试样剪断后，记下剪切试验过程的最大试验力F，并按以下公式计算抗剪强度τb。
1）单剪试验抗剪强度：
τb=F/S0 （8-49）
式中 S0——试样原始横截面积（mm2）。
2）双剪试验抗剪强度：
τb=F/（2S0）=2F/（πd20） （8-50）
式中 d0——试样原始直径（mm）。
3）冲孔试验抗剪强度：
τb=F/（πd0t） （8-51）
式中 d0——冲孔直径（mm）；
t——试样厚度（mm）。
4）金属板材剪切试验抗剪强度：
τb=F/（Bh） （8-52）
式中 B——试样厚度（mm）；
h——试样两槽口边之间的最小距离（mm）。
5）复合钢板剪切试验抗剪强度：
τb=F/（WB） （8-53）
式中 W——试样复材受剪面宽度（mm）；
B——试样宽度（mm）。
抗剪强度的计算精确到3位有效数字。数值修约按规定执行，但界限数值不准修约。
试样剪断后如发生弯曲，或断口出现楔形、椭圆形等剪切截面，则试验结果无效，应重新取样进行试验。