在當(dāng)前“碳達(dá)峰”和“碳中和”政策下，汽車、高鐵、航空、航天、國防等國家重大裝備制造用緊固件對長壽命超高強(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，通過減少自身尺寸來節(jié)省重量和增加安裝空間，因此可以對被連接部件進(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。公開的資料顯示，國外目前優(yōu)勢企業(yè)的緊固件最高強(qiáng)度級達(dá)到了17.8級。我國973項目依據(jù)國際發(fā)展?fàn)顩r，曾經(jīng)研制了13.9—15.9級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、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)過一年多的聯(lián)合攻關(guān)，通過“材料生產(chǎn)—緊固件制造—服役評價”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級和19.8級緊固件制造技術(shù)，緊固件實物如圖1所示。
圖1 16.8和19.8級緊固件實物（規(guī)格為MJ8×1×50）
通過材料和熱處理工藝優(yōu)化，16.8級和19.8級螺栓室溫抗拉強(qiáng)度分別滿足1600~1770MPa和1900~2070MPa。剪切測試（依據(jù)GJB 3376-1998）結(jié)果表明，16.8級和19.8級螺栓剪切力分別達(dá)到97KN和115KN；室溫拉伸疲勞強(qiáng)度測試（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，單個疲勞壽命不低于45000次）；耐延遲斷裂性能試驗（根據(jù)GJB 715.12-1990，大氣環(huán)境下恒定拉應(yīng)力保持96小時）結(jié)果表明，螺栓在測試時間內(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，國外超高強(qiáng)度緊固件已經(jīng)形成了相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范（如VDA 235-2005），相比之下，我國相關(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。該項目成功研制出16.8級和19.8級緊固件，是國際上緊固件與材料攀登強(qiáng)度高峰的一個突破。將有力地推動我國重大裝備的輕量化制造（如可以實現(xiàn)發(fā)動機(jī)小型化和提高功率密度的目標(biāo)），促進(jìn)中國的鋼鐵生產(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)示著我國基礎(chǔ)件與材料從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的過程正在加速。
（作者：陸恒昌、胡杰）
