在當(dāng)前“碳達(dá)峰”和“碳中和”政策下，汽車(chē)、高鐵、航空、航天、國(guó)防等國(guó)家重大裝備制造用緊固件對(duì)長(zhǎng)壽命超高強(qiáng)度緊固件有緊迫需求。超高強(qiáng)度緊固件可以在相同夾緊力下，通過(guò)減少自身尺寸來(lái)節(jié)省重量和增加安裝空間，因此可以對(duì)被連接部件進(jìn)行功能和體積優(yōu)化，從而使裝備達(dá)到整體減重和性能優(yōu)化的目的。公開(kāi)的資料顯示，國(guó)外目前優(yōu)勢(shì)企業(yè)的緊固件最高強(qiáng)度級(jí)達(dá)到了17.8級(jí)。我國(guó)973項(xiàng)目依據(jù)國(guó)際發(fā)展?fàn)顩r，曾經(jīng)研制了13.9—15.9級(jí)的緊固件材料與緊固件。
2021年11月28日，由上海大學(xué)材料學(xué)院董瀚教授領(lǐng)銜的高性能鋼鐵材料團(tuán)隊(duì)、河北龍鳳山鑄業(yè)有限公司、七豐精工科技股份有限公司、舟山市7412工廠、上海大學(xué)（浙江）高端裝備基礎(chǔ)件材料研究院等五家單位經(jīng)過(guò)一年多的聯(lián)合攻關(guān)，通過(guò)“材料生產(chǎn)—緊固件制造—服役評(píng)價(jià)”全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作，基于鋼鐵材料高性能化理論，利用龍鳳山鑄業(yè)生產(chǎn)的高純鐵原料成功研發(fā)出超高強(qiáng)度緊固件用B17.8及B19.8鋼，形成了16.8級(jí)和19.8級(jí)緊固件制造技術(shù)，緊固件實(shí)物如圖1所示。
圖1 16.8和19.8級(jí)緊固件實(shí)物（規(guī)格為MJ8×1×50）
通過(guò)材料和熱處理工藝優(yōu)化，16.8級(jí)和19.8級(jí)螺栓室溫抗拉強(qiáng)度分別滿足1600~1770MPa和1900~2070MPa。剪切測(cè)試（依據(jù)GJB 3376-1998）結(jié)果表明，16.8級(jí)和19.8級(jí)螺栓剪切力分別達(dá)到97KN和115KN；室溫拉伸疲勞強(qiáng)度測(cè)試（依據(jù)GJB 3376-1998及GJB715.30A-2002，載荷比=0.1）結(jié)果表明，研制的緊固件滿足疲勞壽命要求（平均疲勞壽命不低于65000次，單個(gè)疲勞壽命不低于45000次）；耐延遲斷裂性能試驗(yàn)（根據(jù)GJB 715.12-1990，大氣環(huán)境下恒定拉應(yīng)力保持96小時(shí)）結(jié)果表明，螺栓在測(cè)試時(shí)間內(nèi)未發(fā)生斷裂破壞，卸載后螺栓表面及螺紋處未發(fā)現(xiàn)裂紋；新研制的超高強(qiáng)度螺栓綜合性能滿足使役要求。
據(jù)悉，國(guó)外超高強(qiáng)度緊固件已經(jīng)形成了相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范（如VDA 235-2005），相比之下，我國(guó)相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重滯后，急需制定相關(guān)的規(guī)范。該項(xiàng)目成功研制出16.8級(jí)和19.8級(jí)緊固件，是國(guó)際上緊固件與材料攀登強(qiáng)度高峰的一個(gè)突破。將有力地推動(dòng)我國(guó)重大裝備的輕量化制造（如可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)小型化和提高功率密度的目標(biāo)），促進(jìn)中國(guó)的鋼鐵生產(chǎn)與緊固件制造領(lǐng)先世界。這次超高強(qiáng)度螺栓的研制突破預(yù)示著我國(guó)基礎(chǔ)件與材料從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的過(guò)程正在加速。
（作者：陸恒昌、胡杰）
