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。統計資料表明，雖然大多數緊固件損壞都是由疲勞破壞造成的，但在疲勞破壞出現時，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“工業之米”，是國民經濟發展的重要基石。雖然工業生產緊固件只占制造業全部生產構件的一小部分，但它卻作為工業生產的有機部分發揮了巨大作用，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，集中優勢資源解決關鍵問題，加快推進關鍵技術發展。
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，中國傳統汽車科技企業如上汽大眾、上汽通用、廣汽本田、奇瑞、吉利、比亞迪等迅速發展，也引
領了中國汽車緊固件快速發展。
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，緊固件產業在國家戰略性新興產業中占有重要地位。隨著中國經濟的發展，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實現了顯著的增長。北京智研科信咨詢有限公司發表的《2022—2028年中國緊固件行業市場全景評估及發展趨勢研究報告》表明，2014年中國緊固件市場規模為729.73億元，2020年中國固定件市場規模達到1047.70億元。其中鋼制緊固件作為主流產品，2020年市場規模為866.64億元，占國內規模總量的82.72%;2020年銅制緊固件市場規模為117.76億元，占國內規?？偭康?1.24%;鋁及其他緊固件市場規模為63.30億元，占國內規?？偭康?.04%。從不同產業對緊固件的需求角度來看，汽車、電力、航空等產業快速發展，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個環節。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，企業與國內外優秀高校、科研機構合作，研究高強度緊固件熱處理過程中出現的復雜現象和變化，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，都必須嚴格規范操作方法、操作參數和檢驗方法，確保操作的準確性和安全性。
第三，利用統計技術和計算機技術確定相關參數，并根據相關參數，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鑄鏈式和網帶式。這兩條調質線在封爐、計算機控制、故障指示等方面優勢明顯。高強度緊固件熱處理需要經過加熱、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，全過程由電腦系統自動管理控制，有效保證熱處理的穩定性。
國內多數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，不太穩定，零件在爐內加熱過程中存在碰撞摩擦現象。
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,并通過碳勢監控、溫度控制和工藝參數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、汽車緊固件發展趨勢
隨著全球在節約能源、環境保護和低碳經濟方面達成共識，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新戰略聯盟，汽車輕量化是未來汽車行業發展方向之一。隨著客戶對緊固件輕量化、環保、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，我國企業對緊固件技術的研發應當注重基礎理論和應用技術、產品、制造工藝與裝備創新等方面。
3.1汽車緊固件創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，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。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展。
3.2需求決定汽車緊固件創新
今天的汽車緊固件產品就像“盛開的花朵”，包括發動機連桿、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，造就了緊固件行業的繁榮。汽車行業的不斷創新發展，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新都離不開企業生產工藝與設備，企業生產工藝與設備對緊固件產品創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，企業生產必須滿足規模大、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，一些企業針對緊固件的制造研發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、設備和工藝方法是不可分割的。
4、汽車緊固件（鈦螺絲）工藝發展
國務院印發的《中國制造2025》將“節能與新能源汽車”作為重點發展領域，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化能力”，明確了汽車產業發展方向是低碳化、信息化、智能化。
新時代，發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展的影響。
低碳是節能的途徑，一般包括輕量化工藝制造技術、降低表面摩擦系數工藝技術及新能源技術，涉及結構優化設計、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，提高企業工藝失效判定精準度和產品質量達標率，以實現中國汽車緊固件規劃、設計、生產的互聯互通。
5、結束語
國外緊固件產業發展歷史悠久，起步較早，且具備一定生產基地和資源優勢，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，我國緊固件產業發展迅速。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，無論在橫向規模發展還是縱向科技提升方面，我國緊固件行業均具有巨大的發展空間，汽車緊固件的發展和創新之路任重而道遠。
參考文獻：
[1]魏興釗.砥礪前行產業致遠：熱處理產業發展推進芻議[J].機電工程技術,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.
相關鏈接
