在當前“碳達峰”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度緊固件有緊迫需求。超高強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行功能和體積優(yōu)化，從而使裝備達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)的緊固件最高強度級達到了17.8級。我國973項目依據(jù)國際發(fā)展狀況，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，由上海大學材料學院董瀚教授領(lǐng)銜的高性能鋼鐵材料團隊、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（浙江）高端裝備基礎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到97KN和115KN；室溫拉伸疲勞強度測試（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；新研制的超高強度螺栓綜合性能滿足使役要求。
據(jù)悉，國外超高強度緊固件已經(jīng)形成了相應的設計規(guī)范（如VDA 235-2005），相比之下，我國相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)和標準嚴重滯后，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)動機小型化和提高功率密度的目標），促進中國的鋼鐵生產(chǎn)與緊固件制造領(lǐng)先世界。這次超高強度螺栓的研制突破預示著我國基礎件與材料從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的過程正在加速。
（作者：陸恒昌、胡杰）
