高強度緊固件（鈦合金螺絲）的疲勞壽命一直以來受到人們重視。統(tǒng)計資料表明，雖然大多數(shù)緊固件損壞都是由疲勞破壞造成的，但在疲勞破壞出現(xiàn)時，緊固件幾乎毫無征兆，所以重大事故很容易在產(chǎn)生疲勞破壞時發(fā)生。熱處理能夠提升緊固件金屬材質(zhì)的性能，提升其疲勞強度。隨著對高強度緊固件使用要求的進一步提高，通過熱處理提高緊固件的疲勞強度變得尤為重要。

1、汽車緊固件（鈦合金螺絲）

緊固件又被稱為“工業(yè)之米”，是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基石。雖然工業(yè)生產(chǎn)緊固件只占制造業(yè)全部生產(chǎn)構(gòu)件的一小部分，但它卻作為工業(yè)生產(chǎn)的有機部分發(fā)揮了巨大作用，即通過固定同一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的2個或多個工件，把它們連接成整體。常見的鈦緊固件（鈦合金螺絲）類型包括螺栓、螺柱、螺釘、螺母、墊圈、擋圈、鉚釘、組合件等，廣泛應(yīng)用于車輛、工程、建筑及 其他應(yīng)用領(lǐng)域。

汽車緊固件生產(chǎn)是非常復(fù)雜的技術(shù)，由于各類技術(shù)之間相互交織、相輔相成，所以很有必要進行綜合調(diào)研和深人分析，對其加以細分并正確地認識,明確其中的技術(shù)關(guān)鍵，集中優(yōu)勢資源解決關(guān)鍵問題，加快推進關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展。

汽車緊固件種類繁多，主要分為標準緊固件、非標準緊固件、標準機械零件和非標準機械零件4大類別，其中非標準緊固件的要求最高。非標準緊固件要求質(zhì)量高、穩(wěn)定性強，目前國內(nèi)還達不到國產(chǎn)化要求，所以大部分依賴進口。在“十二五”時期，中國傳統(tǒng)汽車科技企業(yè)如上汽大眾、上汽通用、廣汽本田、奇瑞、吉利、比亞迪等迅速發(fā)展，也引 領(lǐng)了中國汽車緊固件快速發(fā)展。

2、緊固件熱處理

2.1緊固件熱處理概況

緊固件的鋼必須經(jīng)過各種熱處理，以滿足緊固件的力學性能要求。按照緊固件所用鋼材的力學性能要求和熱處理技術(shù)發(fā)展先后順序，整個熱處理工序主要分為3步：第1步主要是鋼的高溫熱處理，包括軟化退火和半球化退火處理。第2步是中間熱處理，進行包括再結(jié)晶退火和低溫退火。第3步是緊固件成品的熱處理，為調(diào)質(zhì)處理。近年來，中國 的緊固件產(chǎn)量總體呈現(xiàn)增長趨勢，由2014的7.2×10⁶t增長為2019年的8.5×10⁶t。2020年緊固件產(chǎn)量略有下降，但仍高于2018年之前的產(chǎn)量。作為國家最基礎(chǔ)、最通用的機械基礎(chǔ)件，緊固件產(chǎn)業(yè)在國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中占有重要地位。隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，社會對緊固件的需求量越來越大。2020年，中國金屬緊固件產(chǎn)量為8.25×10⁶t,進口2.76×10⁵t，出口3.08×10⁶t,需求總量為5.45×10⁶t,較2014年的4.71×10⁶t實現(xiàn)了顯著的增長。北京智研科信咨詢有限公司發(fā)表的《2022—2028年中國緊固件行業(yè)市場全景評估及發(fā)展趨勢研究報告》表明，2014年中國緊固件市場規(guī)模為729.73億元，2020年中國固定件市場規(guī)模達到1047.70億元。其中鋼制緊固件作為主流產(chǎn)品，2020年市場規(guī)模為866.64億元，占國內(nèi)規(guī)模總量的82.72%;2020年銅制緊固件市場規(guī)模為117.76億元，占國內(nèi)規(guī)模總量的11.24%;鋁及其他緊固件市場規(guī)模為63.30億元，占國內(nèi)規(guī)模總量的6.04%。從不同產(chǎn)業(yè)對緊固件的需求角度來看，汽車、電力、航空等產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，對高強度、精密度、高性能緊固件的需求量日益增長，已占據(jù)緊固件需求市場的大部分。其中汽車領(lǐng)域的緊固件需求量占比約為57.20%,宇航領(lǐng)域需求量占比約為22.70%,發(fā)電領(lǐng)域需求量占比約為6.70%。

2.2緊固件熱處理技術(shù)

為了獲得高質(zhì)量的汽車緊固件產(chǎn)品，在調(diào)質(zhì)熱處理的過程中，必須利用國內(nèi)先進的熱處理裝備和國際先進的熱處理工藝，以保證熱處理的順利進行,以便汽車緊固件產(chǎn)品具有更高的抗拉強度。調(diào)質(zhì)熱處理流程主要包括預(yù)熱、淬火、回火3個環(huán)節(jié)。在加熱和回火前，必須對原材料進行徹底清洗，整個步驟完成后可以進行著色。在熱處理過程中，原材料材質(zhì)、熱處理流程、回火爐爐溫、爐內(nèi)氣氛、淬火介質(zhì)、加工成型后的質(zhì)量檢驗，是影響緊固件品質(zhì)的關(guān)鍵。

2.3緊固件熱處理過程控制方法

第一，企業(yè)與國內(nèi)外優(yōu)秀高校、科研機構(gòu)合作，研究高強度緊固件熱處理過程中出現(xiàn)的復(fù)雜現(xiàn)象和變化，針對緊固件熱處理工藝存在的問題提出對策。

第二，建立嚴格的管理制度，無論是過程控制還是設(shè)備檢驗管理，都必須嚴格規(guī)范操作方法、操作參數(shù)和檢驗方法，確保操作的準確性和安全性。

第三，利用統(tǒng)計技術(shù)和計算機技術(shù)確定相關(guān)參數(shù)，并根據(jù)相關(guān)參數(shù)，模擬推算每一步影響產(chǎn)品質(zhì)量的地方和造成工藝故障的原因，從而進行改進。

2.4材料材質(zhì)

國內(nèi)緊固件所用鋼在使用過程中容易出現(xiàn)偏析、脫碳和裂紋等問題，造成這些問題的原因主要有兩個：第一，緊固件所用鋼原材料在冷成型前沒有進行球化退火；第二，在退火過程中，退火爐沒有采用氣氛保護，使鋼原料的表面脫碳。日本神戶企業(yè)用球化鋼作為緊固件的主要原料，緊固件制造商不需要對鋼原料進行球化退火，所以不存在脫碳問題。

俄羅斯的一家緊固件企業(yè)對鋼原料進行感應(yīng)加熱,在保護氣氛下進行球化退火處理，從而很好地解決了緊固件鋼材原材料的脫碳問題。

2.5熱處理調(diào)質(zhì)爐

國外的熱處理調(diào)質(zhì)線廣泛采用傳統(tǒng)鑄鏈式和網(wǎng)帶式。這兩條調(diào)質(zhì)線在封爐、計算機控制、故障指示等方面優(yōu)勢明顯。高強度緊固件熱處理需要經(jīng)過加熱、淬火、回火工序，其中包括加熱、回火前的清洗、整個步驟完成后的著色等工序，全過程由電腦系統(tǒng)自動管理控制，有效保證熱處理的穩(wěn)定性。

國內(nèi)多數(shù)公司自動化程度并不高，如東風汽車的8.8級高強度緊固件，其調(diào)質(zhì)處理在震底爐上進行，受到設(shè)備條件的影響，該熱處理爐密閉性較差，保護氣氛純度不易控制，爐內(nèi)溫度變化大，不太穩(wěn)定，零件在爐內(nèi)加熱過程中存在碰撞摩擦現(xiàn)象。

2.6淬火介質(zhì)

調(diào)質(zhì)熱處理時，進行淬火的媒介在熱處理中起著十分關(guān)鍵的作用，直接影響熱處理后緊固件用鋼的淬火性能，會引起淬裂和變形現(xiàn)象。國外在進行高強度緊固件調(diào)質(zhì)熱處理時，對中碳鋼大多采用水溶性淬火介質(zhì)或快速淬火油進行淬火。國內(nèi)的緊固件企業(yè)大多采用兩種淬火溶劑：堿性水和普通機械油。堿性水淬火會造成緊固件外表變硬并產(chǎn)生裂紋，而用普通機械油淬火則會造成緊固件的表面硬度不均勻，所以在實際生產(chǎn)中，需要對緊固件鋼材料反復(fù)進行調(diào)質(zhì)熱處理。

2.7檢測

要想確保緊固件安全性，提高緊固件質(zhì)量，完善的檢測設(shè)備是必要條件，國外利用直讀光譜儀快速測定緊固件鋼材料的化學成分，對原料是否存裂紋等缺陷進行在線無損檢測，以保證原材料處在良好狀態(tài),并通過碳勢監(jiān)控、溫度控制和工藝參數(shù)控制進行調(diào)質(zhì)熱處理，對淬火介質(zhì)進行溫度和冷卻速度的監(jiān)測，進行萍火、回火后的硬度值測定和金相檢驗。在熱處理后，國內(nèi)企業(yè)一般對緊固件的牢固性能、抗拉性能、金屬組織結(jié)構(gòu)和保護氣氛進行分析，對部分高強度緊固件內(nèi)部裂紋等部位的磁粉熒光進行無損檢測。然而，國內(nèi)企業(yè)淬火介質(zhì)冷卻溫度和冷卻速度的測定、金相組織定量分析等不能滿足檢測要求。

3、汽車緊固件發(fā)展趨勢

隨著全球在節(jié)約能源、環(huán)境保護和低碳經(jīng)濟方面達成共識，汽車已成為能源資源消耗和空氣污染的主要“貢獻者”。

我國已成立汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，汽車輕量化是未來汽車行業(yè)發(fā)展方向之一。隨著客戶對緊固件輕量化、環(huán)保、長壽命等方面的要求不斷提高，緊固件技術(shù)不斷更新，以適應(yīng)市場發(fā)展需要。目前，更高的硬度和更佳的耐腐蝕疲勞性能，逐漸成為研究高強度緊固件的重點領(lǐng)域。當前，我國企業(yè)對緊固件技術(shù)的研發(fā)應(yīng)當注重基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)、產(chǎn)品、制造工藝與裝備創(chuàng)新等方面。

3.1汽車緊固件創(chuàng)新離不開基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)

汽車鈦合金螺絲的主要作用是“連接”，鉚接和螺紋連接是目前主要的接頭形式。螺紋連接是一種復(fù)雜的接頭形式，是一種廣泛使用的可拆卸的固定連接,具有結(jié)構(gòu)簡單、連接可靠、裝拆方便等優(yōu)點。螺紋連接的機理至今仍在被研究，與其相關(guān)的理論和應(yīng)用方法，還是20世紀歐洲VDI2230的理論經(jīng)典。如果沒有這些理論，世界上螺紋連接技術(shù)將處于幾 十年前的水準。另外，新型金屬材料、塑性成型等基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，為汽車緊固件的生產(chǎn)打下扎實基礎(chǔ)。

中國擁有世界上最多的汽車產(chǎn)量，有著廣闊的汽車市場，有100多個汽車緊固件制造企業(yè)。我國高效率、快捷、高度自動化的緊固件制造流程，離不開基礎(chǔ)理論與技術(shù)。這些基本理論與新的技術(shù)，促進了中國汽車緊固件生產(chǎn)、制造技術(shù)與設(shè)備的革新發(fā)展。

3.2需求決定汽車緊固件創(chuàng)新

今天的汽車緊固件產(chǎn)品就像“盛開的花朵”，包括發(fā)動機連桿、汽缸頭、飛輪、變速器、主傳動轉(zhuǎn)向機構(gòu)、門鉸鏈固定螺栓等緊固件，以確保動力傳輸安全。它們體積小，種類多，多為小零件，表面上不起眼，但具有非常重要的作用。如今，具有一些新功能的汽車緊固件不斷涌現(xiàn)，造就了緊固件行業(yè)的繁榮。汽車行業(yè)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，使對汽車緊 固件的新需求不斷增長，進一步促進了緊固件產(chǎn)品的不斷創(chuàng)新。

3.3產(chǎn)品、工藝與設(shè)備密不可分

各種緊固件產(chǎn)品的設(shè)計與創(chuàng)新都離不開企業(yè)生產(chǎn)工藝與設(shè)備，企業(yè)生產(chǎn)工藝與設(shè)備對緊固件產(chǎn)品創(chuàng)新具有非常重要的作用。汽車緊固件產(chǎn)品是大批量使用的產(chǎn)品，企業(yè)生產(chǎn)必須滿足規(guī)模大、快速制造的特點，產(chǎn)品設(shè)計通常和工藝方法、設(shè)備類型有關(guān)。

如今，一些企業(yè)針對緊固件的制造研發(fā)了特定的設(shè)備和工藝方法。汽車緊固件的制造大多離不開冷成型工藝和高速冷成型設(shè)備，可以說,產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)備和工藝方法是不可分割的。

4、汽車緊固件（鈦螺絲）工藝發(fā)展

國務(wù)院印發(fā)的《中國制造2025》將“節(jié)能與新能源汽車”作為重點發(fā)展領(lǐng)域，提出“掌握汽車低碳化、信息化、智能化核心技術(shù)，提升動力電池、驅(qū)動電機、高效內(nèi)燃機、先進變速器、輕量化材料、智能控制等核心技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化能力”，明確了汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向是低碳化、信息化、智能化。

新時代，發(fā)展汽車緊固件工藝成為提高車輛質(zhì)量的有效手段，是達成汽車緊固件企業(yè)目標的重要措施。材料是構(gòu)成汽車的物質(zhì)基礎(chǔ)，而工藝是材料到零部件、零部件到整車的實現(xiàn)過程，汽車技術(shù)的進步在很大程度上受到材料與工藝技術(shù)發(fā)展的影響。

低碳是節(jié)能的途徑，一般包括輕量化工藝制造技術(shù)、降低表面摩擦系數(shù)工藝技術(shù)及新能源技術(shù)，涉及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、輕量化材料使用及輕質(zhì)生產(chǎn)工藝等3個方面。

汽車輕量化材料主要有兩種：一種是高強度材料，主要是高強度鋼材；另一種是輕質(zhì)材料，包括鋁合金、鎂合金、鈦合金、塑膠、碳纖維復(fù)合材料等。

在能力建設(shè)方面，著重建立以輕量化研究室為基礎(chǔ)的金屬、復(fù)合材料、連接等領(lǐng)域的重點研究室，其中在金屬領(lǐng)域著重建設(shè)元素分析、金相檢驗、硬度力學、無損檢測、材料疲勞、金屬材料工藝驗證等試驗室，提高企業(yè)工藝失效判定精準度和產(chǎn)品質(zhì)量達標率，以實現(xiàn)中國汽車緊固件規(guī)劃、設(shè)計、生產(chǎn)的互聯(lián)互通。

5、結(jié)束語

國外緊固件產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史悠久，起步較早，且具備一定生產(chǎn)基地和資源優(yōu)勢，所以國內(nèi)汽車緊固件技術(shù)和國外先進技術(shù)水平還有較大差距。但是，我國緊固件產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。隨著汽車零部件市場競爭的加劇，市場對輕量化、安全性強及長壽命的緊固件的需求愈來愈大。就目前世界格局而言，無論在橫向規(guī)模發(fā)展還是縱向科技提升方面，我國緊固件行業(yè)均具有巨大的發(fā)展空間，汽車緊固件的發(fā)展和創(chuàng)新之路任重而道遠。

參考文獻：

[1]魏興釗.砥礪前行產(chǎn)業(yè)致遠：熱處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進芻議[J].機電工程技術(shù),2021(4):1-6.

[2]錢鵬，陸恒昌，袁峰.汽車用耐熱緊固件團標的制定及A286合金螺栓的研制[J].上海金屬，2020(6):15-19,26.

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