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生疲勞破壞時發(fā)生。熱處理能夠提升緊固件金屬材質的性能，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)生產緊固件只占制造業(yè)全部生產構件的一小部分，但它卻作為工業(yè)生產的有機部分發(fā)揮了巨大作用，即通過固定同一產品結構的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，廣泛應用于車輛、工程、建筑及
其他應用領域。
汽車緊固件生產是非常復雜的技術，由于各類技術之間相互交織、相輔相成，所以很有必要進行綜合調研和深人分析，對其加以細分并正確地認識,明確其中的技術關鍵，集中優(yōu)勢資源解決關鍵問題，加快推進關鍵技術發(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量高、穩(wěn)定性強，目前國內還達不到國產化要求，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，進行包括再結晶退火和低溫退火。第3步是緊固件成品的熱處理，為調質處理。近年來，中國
的緊固件產量總體呈現(xiàn)增長趨勢，由2014的7.2×106t增長為2019年的8.5×106t。2020年緊固件產量略有下降，但仍高于2018年之前的產量。作為國家最基礎、最通用的機械基礎件，緊固件產業(yè)在國家戰(zhàn)略性新興產業(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品，2020年市場規(guī)模為866.64億元，占國內規(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，占國內規(guī)模總量的6.04%。從不同產業(yè)對緊固件的需求角度來看，汽車、電力、航空等產業(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。其中汽車領域的緊固件需求量占比約為57.20%,宇航領域需求量占比約為22.70%,發(fā)電領域需求量占比約為6.70%。
2.2緊固件熱處理技術
為了獲得高質量的汽車緊固件產品，在調質熱處理的過程中，必須利用國內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,以便汽車緊固件產品具有更高的抗拉強度。調質熱處理流程主要包括預熱、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、熱處理流程、回火爐爐溫、爐內氣氛、淬火介質、加工成型后的質量檢驗，是影響緊固件品質的關鍵。
2.3緊固件熱處理過程控制方法
第一，企業(yè)與國內外優(yōu)秀高校、科研機構合作，研究高強度緊固件熱處理過程中出現(xiàn)的復雜現(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)計技術和計算機技術確定相關參數(shù)，并根據(jù)相關參數(shù)，模擬推算每一步影響產品質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
國內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熱處理調質爐
國外的熱處理調質線廣泛采用傳統(tǒng)鑄鏈式和網(wǎng)帶式。這兩條調質線在封爐、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，其調質處理在震底爐上進行，受到設備條件的影響，該熱處理爐密閉性較差，保護氣氛純度不易控制，爐內溫度變化大，不太穩(wěn)定，零件在爐內加熱過程中存在碰撞摩擦現(xiàn)象。
2.6淬火介質
調質熱處理時，進行淬火的媒介在熱處理中起著十分關鍵的作用，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質熱處理時，對中碳鋼大多采用水溶性淬火介質或快速淬火油進行淬火。國內的緊固件企業(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，所以在實際生產中，需要對緊固件鋼材料反復進行調質熱處理。
2.7檢測
要想確保緊固件安全性，提高緊固件質量，完善的檢測設備是必要條件，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)控制進行調質熱處理，對淬火介質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，國內企業(yè)一般對緊固件的牢固性能、抗拉性能、金屬組織結構和保護氣氛進行分析，對部分高強度緊固件內部裂紋等部位的磁粉熒光進行無損檢測。然而，國內企業(yè)淬火介質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，緊固件技術不斷更新，以適應市場發(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域。當前，我國企業(yè)對緊固件技術的研發(fā)應當注重基礎理論和應用技術、產品、制造工藝與裝備創(chuàng)新等方面。
3.1汽車緊固件創(chuàng)新離不開基礎理論和應用技術
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,具有結構簡單、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，與其相關的理論和應用方法，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、塑性成型等基礎理論與關鍵技術的研發(fā)，為汽車緊固件的生產打下扎實基礎。
中國擁有世界上最多的汽車產量，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，離不開基礎理論與技術。這些基本理論與新的技術，促進了中國汽車緊固件生產、制造技術與設備的革新發(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、主傳動轉向機構、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品的不斷創(chuàng)新。
3.3產品、工藝與設備密不可分
各種緊固件產品的設計與創(chuàng)新都離不開企業(yè)生產工藝與設備，企業(yè)生產工藝與設備對緊固件產品創(chuàng)新具有非常重要的作用。汽車緊固件產品是大批量使用的產品，企業(yè)生產必須滿足規(guī)模大、快速制造的特點，產品設計通常和工藝方法、設備類型有關。
如今，一些企業(yè)針對緊固件的制造研發(fā)了特定的設備和工藝方法。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備，可以說,產品的開發(fā)、設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)展領域，提出“掌握汽車低碳化、信息化、智能化核心技術，提升動力電池、驅動電機、高效內燃機、先進變速器、輕量化材料、智能控制等核心技術的工程化和產業(yè)化能力”，明確了汽車產業(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。材料是構成汽車的物質基礎，而工藝是材料到零部件、零部件到整車的實現(xiàn)過程，汽車技術的進步在很大程度上受到材料與工藝技術發(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、降低表面摩擦系數(shù)工藝技術及新能源技術，涉及結構優(yōu)化設計、輕量化材料使用及輕質生產工藝等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；另一種是輕質材料，包括鋁合金、鎂合金、鈦合金、塑膠、碳纖維復合材料等。
在能力建設方面，著重建立以輕量化研究室為基礎的金屬、復合材料、連接等領域的重點研究室，其中在金屬領域著重建設元素分析、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品質量達標率，以實現(xiàn)中國汽車緊固件規(guī)劃、設計、生產的互聯(lián)互通。
5、結束語
國外緊固件產業(yè)發(fā)展歷史悠久，起步較早，且具備一定生產基地和資源優(yōu)勢，所以國內汽車緊固件技術和國外先進技術水平還有較大差距。但是，我國緊固件產業(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：
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