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1緊固件產(chǎn)業(yè)概況

螺釘、螺栓等緊固件是許多產(chǎn)業(yè)使用的、便于安裝和拆卸的緊固用機械零件，用途十分廣泛，從鐘表、手機等小型產(chǎn)品到住宅、大廈等建筑物，在組裝時都要用到緊固件。所以緊固件是所有產(chǎn)業(yè)的基本的、通用的零件。因此，緊固件市場情況受到汽車、機械、建筑等使用螺釘、螺栓產(chǎn)業(yè)變化的很大影響，同時也是這些產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)狀況的反映。

不久前，世界緊固件市場由亞洲、美國、歐洲均等分割，近年來由于中國產(chǎn)量的增加，亞洲緊固件產(chǎn)量占據(jù)了世界產(chǎn)量的一半以上。過去日本一直保持緊固件生產(chǎn)世界第一大國的地位，近年來中國緊固件產(chǎn)量大幅度增加，在2005年產(chǎn)量超過日本居世界第一。

2緊固件技術的發(fā)展動向

2.1緊固件的種類和用途

緊固件的尺寸一般采用公制螺紋，按照直徑和螺距的不同分為粗羅紋和細羅紋。由于緊固件有各種不同的尺寸、精度、強度和制作材料，這些元素組合起來使緊固件的種類有數(shù)十萬、上百萬之多。粗略說，緊固件可分為螺栓類的陽羅紋產(chǎn)品和螺母類的陰羅紋產(chǎn)品。按照緊固件頭部轉(zhuǎn)動部位的形狀有十字槽頭、頭部單槽、六角頭等。此外，對于不同使用環(huán)境和用途，緊固件還有附加特性，所以緊固件的分類相當復雜。

關于螺釘、螺栓的強度表示方法，第一個數(shù)字是以MPa為單位的公稱抗拉強度的1/100，第二個數(shù)字是公稱下屈服點與公稱強度之比的10倍，例如"10.9"，表示公稱抗拉強度為1000MPa，0.2%屈服強度為900MPa的螺栓。螺母的強度用與之組合使用的最高強度螺栓的強度級別數(shù)字來表示。不銹鋼緊固件的強度用鋼種和抗拉強度級別數(shù)字的組合來表示，例如"A2-50"。這些表示方法是國際統(tǒng)一的緊固件強度表示方法。緊固件是工業(yè)產(chǎn)品中標準化進行的最好的產(chǎn)品，詳細規(guī)定可見ISO標準。

緊固件用材有碳素鋼、合金鋼、不銹鋼等鋼鐵材料和銅、鋁等非鋼鐵材料，僅普通碳素鋼、合金鋼和不銹鋼緊固件的品種就非常之多。

2.2緊固件的技術開發(fā)

1）緊固件高強度化

提高緊固件的強度，可以使緊固件減少使用數(shù)量、縮小直徑、減輕重量。但需要解決抗拉強度達到1200MPa，屈強比大于90%的螺栓發(fā)生延遲斷裂和疲勞斷裂的問題，因此，高強度螺栓用鋼的開發(fā)固然重要，高強度螺栓制造技術的開發(fā)也要同時進行。

2）緊固件的小型輕量化

在不損失緊固性能的前提下，對小型輕量化的緊固件進行開發(fā)。為此對緊固件用新材料和緊固件形狀進行了研究，同時也對難加工材料的加工方法進行開發(fā)。

3）新材料利用

對航空器和和醫(yī)療設備用的緊固件材料和提高緊固性進行了開發(fā)，開發(fā)出Ti合金、Mg合金等新材料緊固件。

4）緊固技術和防松弛技術

為使緊固件牢固地緊固在部件上，防止因松弛發(fā)生事故，對緊固技術和防松弛技術進行了研究。由于不認真安裝緊固件導致緊固性下降引發(fā)大事故的情況不斷發(fā)生，所以不能掉以輕心。應當認識到，緊固件的容易安裝和安全使用是兩個完全不同的概念，發(fā)揮緊固件的緊固作用的關鍵在于正確的安裝作業(yè)，因此不能停止對提高緊固設計和強化緊固作業(yè)的施工方法的開發(fā)。

3汽車用緊固件

汽車中使用大量的緊固件。數(shù)量至少有1000多個。此外，外購的組裝部件中也有緊固件，所以汽車實際使用的緊固件數(shù)量更多。汽車緊固件需要研究的問題是高強度化和提高質(zhì)量。汽車緊固件的高強度化可減輕緊固件重量和相應部件的重量，這將是今后混合動力型汽車和純電動汽車永恒的課題。汽車緊固件質(zhì)量方面最需要解決的問題是防止廉價高強度材緊固件的延遲斷裂。

3.1汽車緊固件的強度級別和使用鋼種

表1是汽車螺栓的強度級別和使用鋼種。各汽車廠使用的標準螺栓是8.8級螺栓，多為硼鋼制品。硼鋼螺栓價格較低，原因是硼的含量很少，可以使鋼的碳當量很低，可省略加工前的球化退火。10.9級螺栓是合金鋼和硼鋼制品，與8.8級硼鋼螺栓不同之處是，降低了P、S等導致延遲斷裂的有害元素含量，并且在拔絲中使用無滲磷潤滑涂層。12.9級汽車螺栓是合金鋼制品，14.9級汽車螺栓是特殊合金鋼制品，鋼中雜質(zhì)含量低，并且添加V等碳化物析出元素俘獲鋼中的氫，提高抗延遲斷裂性。汽車批量生產(chǎn)中使用的最高強度級別的螺栓是16T，其材質(zhì)是拔絲加工的共析鋼，鋼中的碳化釩將氫俘獲，使之無害化，螺栓的緊固能力進一步提高，因此，也可用來制造16.9級超高強度螺栓。

表1汽車螺栓的強度級別和使用鋼種

3.2汽車螺栓的高強度化

汽車螺栓的高強度化可使部件輕量化和小型緊湊化，因此高強度螺栓的需求量會不斷增加。特別是汽車發(fā)動機、傳動系統(tǒng)和電動機周圍的螺栓輕量緊湊化對周圍部件的輕量化和性能提高有很大作用。因此這些部位都使用高強度螺栓。例如用16T級高強度螺栓M9代替?zhèn)鹘y(tǒng)材質(zhì)螺栓M12，每個螺栓減少重量80g，整個連桿減重240g，并使發(fā)動機整體輕量化和小型化。

3.3汽車螺栓的延遲斷裂

汽車螺栓的延遲斷裂是最令人擔憂的質(zhì)量問題。螺栓延遲斷裂常發(fā)生在螺栓制造后的若干年，原因有設計問題和制造問題。制造方面的原因有，高表面硬度或高內(nèi)部硬度材料、熱處理不良，螺帽根部、羅紋底部的R過小，螺栓內(nèi)鋼質(zhì)的纖維流線不當?shù)刃螤钜蜃拥仍�因，這些問題通過加強工藝管理可以解決。成為問題的是設計失誤，即對延遲斷裂安全系數(shù)的設定錯誤。螺栓的斷裂除了延遲斷裂，還有疲勞斷裂、沖擊斷裂、韌性斷裂等斷裂形式，需要通過強度計算和進行實驗設定適宜的安全系數(shù)。對于疲勞斷裂和沖擊斷裂可以高精度地確定安全系數(shù)，這是因為對這些斷裂模式已經(jīng)有了充分的理論知識，并且進行了長達數(shù)月的試驗測定。但對于延遲斷裂，從十多年前開始逐漸認識到擴散性氫導致空洞形成的機理，并采用氫俘獲技術生產(chǎn)抗延遲斷裂鋼，但還不能設定市場供貨螺栓的安全系數(shù)。

將疲勞斷裂與延遲斷裂進行比較可知，對于疲勞斷裂有疲勞極限值，但對于延遲斷裂則沒有極限值的確定指標。在解決延遲斷裂安全系數(shù)設定方面，鋼鐵企業(yè)對延遲斷裂機制的研究和新材料的開發(fā)固然重要，但用戶方面的使用信息也不可忽視。螺栓在使用中發(fā)生斷裂是不應有的現(xiàn)象，但從斷裂螺栓中獲得的信息對于延遲斷裂的研究十分重要。斷裂螺栓是多少銷售量中的一個，行駛多長時間、行駛多少公里后發(fā)生斷裂等等都是很重要的信息。并且從斷裂螺栓中還可以獲得關于表面硬度、內(nèi)部硬度、滲磷情況等各種因素的信息。因此，在今后關于延遲斷裂評價方法和基準值設定的研究中，應注意理論研究、實驗室研究和使用信息分析相結合。

4工程機械用緊固件

4.1推土機和挖掘機用螺栓

1）螺栓的強度級別

JIS規(guī)定了3.6-12.9共10個螺栓強度級別，但推土機和挖掘機用螺栓的99%是10.9級和12.9級，極少量為9.8級及以下的螺栓。一臺65t級推土機螺栓用量總計約6000個，其中12.9級占8.5%、10.9級占8.5%、9.8級及以下占1.1%。一臺20t油壓挖掘機螺栓用量總計約2000個，其中12.9級占12.2%、10.9級占87%、9.8級及以下占0.8%。螺栓使用量的上述比例關系近10多年沒有變化。原因是工程機械的工作環(huán)境是不規(guī)整的地面，并且經(jīng)受風吹雨淋。在這種大負荷和惡劣環(huán)境下，需要采用較高強度螺栓對部件進行高軸力緊固，另一方面強度超過12.9級的螺栓價格較高，并且抗延遲斷裂性還有一定問題。因此螺栓用量比例多年沒有變化。

2）螺栓的尺寸和形狀

除了特殊螺栓，一般螺栓的公稱直徑有M4-M36共計15種，但大部分是M10-M20。螺栓公稱長度是12-95mm。推土機中共使用螺栓約250種，油壓挖掘機中共使用螺栓約130種。使用的螺栓形狀大部分是六角螺栓，此外還有內(nèi)六角螺栓、凸緣螺栓、吊環(huán)螺栓等，沒有特殊形狀的螺栓。過去，對螺栓和相應的墊片是分別管理的，后來開發(fā)出的組合螺栓是一種組合了墊片的凸緣螺栓，采用組合螺栓，可對螺栓和墊片按一個零件編號進行管理，減少了零件編號，并使墊片小型化，同時還可以防止墊片漏裝的問題。但目前組合螺栓只有M14以下的細徑螺栓，期待組合螺栓規(guī)格的擴大。

3）螺栓的材質(zhì)和熱處理

JIS中對螺栓的材質(zhì)沒有具體規(guī)定，對碳素鋼只規(guī)定了含碳量的上下限，對高強度螺栓用的低合金鋼，只將B、Mn、Cr作為參考添加元素。也就是說，只要力學性能符合標準規(guī)定，使用什么材質(zhì)都可以，因此工程機械用螺栓也因制造廠家的不同而不同。

強度在10.9及以上的螺栓都要進行淬火回火處理以達到要求的力學性能。常規(guī)工藝是，在大氣氣氛下將連續(xù)式加熱爐加熱的螺栓進行油淬，然后立即進行回火。但對于12.9級的大直徑螺栓，由于加熱時間相對較長，要進行保護性氣氛加熱，防止羅紋牙和羅紋底部出現(xiàn)異常脫碳。這時需要特別注意的是不要因過于擔心脫碳，反而造成滲碳。

4）螺栓的表面處理

為防止螺栓的銹蝕和粘結，要對螺栓進行表面處理。在對螺栓進行鍍鋅時，過去曾使用6價鉻系鈍化處理液，但查明6價鉻對人體的有害影響后，就完全停止使用�，F(xiàn)在已經(jīng)全部使用無害的3價鉻系鈍化處理液，為強化防銹效果，螺栓的鍍層厚度大于JIS的規(guī)定。

4.2提高推土機和挖掘機螺栓緊固效果的措施

由于螺栓的設備事故主要是螺栓的松弛和延遲斷裂。螺栓接觸面彈性衰減引起的非轉(zhuǎn)動松弛是螺栓松弛的一種形式，但主要松弛形式仍然是扭轉(zhuǎn)力不足引起的轉(zhuǎn)動松弛。為防止轉(zhuǎn)動松弛，采用的方法是使用超高強度螺栓和更大扭轉(zhuǎn)力進行緊固。為此開發(fā)出強度超過JIS強度級別的超高強度螺栓。一般來說，螺栓的強度越高，延遲斷裂的危險性越大。強度為12.9級的履帶螺栓的緊固方法是塑性轉(zhuǎn)動緊固法，首先用預扭矩進行緊固，然后再按照預定的轉(zhuǎn)動角度進一步扭轉(zhuǎn)螺母進行緊固。連接一片履帶要使用4個螺栓，用全自動螺母擰緊器同時對4個螺栓進行緊固。目前正在研究通過增加螺母轉(zhuǎn)動角度和將液壓螺母擰緊器改為電動擰緊器等方法，提高更加穩(wěn)定的緊固力。

作為推土機和挖掘機移動裝置的履帶是與土石接觸承受劇烈摩擦的消耗部件，在使用過程中要多次被拆檢和更換。這時必須將履帶螺栓拆卸下來，由于履帶螺栓的頭部也受到磨損，所以常常發(fā)生扳手卡不住螺栓頭的情況。特別是推土機移動頻繁，這種情況更是常常發(fā)生。為此，對推土機履帶螺栓頭部進行高頻淬火，提高其硬度。此外，超大型推土機履帶螺栓頭部比傳統(tǒng)螺栓頭部大5mm，以增加磨損裕量。

4.3工程機械用螺栓的發(fā)展動向

如前所述，十多年來，工程機械用螺栓沒有明顯的變化。并且工程機械也幾乎不采用其他緊固方法代替螺栓連接。原因是螺栓緊固的可靠性很高，并且已經(jīng)緊固的螺栓也比較容易拆卸，即便于更換和維修。因此，提高螺栓的性能和性價比，比試圖減少或取代螺栓的探索更有意義。

螺栓緊固后不松弛和容易拆卸是兩個相反的特性。為了提高這兩個特性，應不使螺栓生銹和粘結，為此多年來在提高羅紋精度、采用涂裝和表面處理技術以及改進緊固方法等方面開展了大量的工作。

在螺栓成本方面，材料費占的比例最大，其次是加工費和熱處理費。因此，為實現(xiàn)更高的性價比，需提高螺栓用料的成材率。為此，在小型螺栓制造中實現(xiàn)了螺栓頭部的無飛邊模鍛成型和羅紋的滾軋成型，期待將這些技術擴大應用到大型螺栓的制造。在螺栓用鋼方面，工程機械用大規(guī)格高強度螺栓，因一直存在的延遲斷裂和淬透性問題，成為影響擴大使用的瓶頸。

在淬透性方面，用價格低廉效果又好的B替代高價合金元素，期待今后開發(fā)出低淬透性鋼加熱后也可以進行充分冷卻的熱處理技術和非調(diào)質(zhì)鋼高強度螺栓。在抗延遲斷裂性方面，由于鋼鐵廠開發(fā)出超高強度螺栓用鋼，并且在技術上是可行的，但是價格仍然較高。對于常規(guī)的12.9級螺栓來說，降低合金元素含量后，回火溫度就要下降，由此會增加延遲斷裂的危險性，所以期待著開發(fā)出低成本、高可靠性的新型超高強度螺栓用鋼。

5建筑、橋梁用緊固件

5.1建筑、橋梁用高強度螺栓

過去鋼結構的連接方法是多為鉚接。后來美國開發(fā)出更為合理的摩擦型連接方法，日本引進摩擦型連接方法后，高強度螺栓的使用快速普及。最初使用的是六角頭高強度螺栓，現(xiàn)在則主要使用現(xiàn)場施工更方便的扭剪型高強度螺栓。

高強度螺栓的功能是通過保證鋼結構的剛性和強度來實現(xiàn)構筑物的安全性，具體來說就是緊固軸力管理很重要。為減小緊固軸力波動，將高強度螺栓標準制定成高強度螺栓連接副的標準，并且考慮到現(xiàn)場的施工條件，對緊固軸力做了規(guī)定，使螺栓在0-60℃溫度范圍內(nèi)能夠發(fā)揮緊固作用。在實際施工時，高強度螺栓不僅要符合標準的規(guī)定，而且在施工前要進行緊固軸力檢查和安裝中進行現(xiàn)場檢查，通過頻繁的檢查確認實際的緊固軸力。此外，為保證實際連接部的強度，常常在施工前進行滑動試驗，以確認螺栓連接部強度符合要求。因此保證摩擦連接構筑物安全性是一項非常細致的工作。

5.2高強度螺栓的種類

按形狀分類，高強度螺栓有六角頭高強度螺栓和扭剪型高強度螺栓。高強度螺栓可以熱鍍鋅成為熱鍍鋅高強度螺栓。扭剪型高強度螺栓通過對配合部的摩擦管理使緊固力矩和軸力穩(wěn)定化，六角頭高強度螺栓和熱鍍鋅高強度螺栓的緊固力矩系數(shù)已經(jīng)納入標準。

1）建筑、橋梁用高強度螺栓尺寸

JIS1186將M12-M30高強度螺栓納入標準，大于M30高強度螺栓要經(jīng)過認證后進行制造。風力發(fā)電機塔筒使用的高強度螺栓是經(jīng)過認證的M48高強度螺栓。

2）建筑、橋梁用高強度螺栓強度

過去使用的是11T及以上的高強度螺栓，由于發(fā)生延遲斷裂，現(xiàn)在主要使用10T螺栓。熱鍍鋅高強度螺栓由于經(jīng)過酸洗處理，有氫滲入的可能性，所以以8T螺栓為主要產(chǎn)品。近年來，通過螺栓用鋼和螺栓形狀的改進解決了延遲斷裂的問題，開發(fā)出14T超高強度螺栓，其用量逐漸增加。此外，由于要求構筑物在破壞時應具有高變形能，所以，標準規(guī)定10T高強度螺栓的伸長率應等于或大于14%。

5.3建筑、橋梁用高強度螺栓用鋼

1）耐候性高強度螺栓

為了省略橋梁的防銹涂裝，采用耐候性鋼材制造橋梁，耐候鋼中含有Cu、Cr、Ni等元素，在鋼材表面生成一種特殊銹層保護鋼材。用耐候鋼制造的橋梁等構筑物的緊固件螺栓也要采用耐候性高強度螺栓。在近海區(qū)域，為防止鹽

害腐蝕，不能采用一般的耐候性鋼材，而要采用新開發(fā)的、抑制氯腐蝕的Ni系耐候鋼，因此也有采用Ni系耐候鋼制造的高強度螺栓。

2）超高強度螺栓

對14T超高強度螺栓用鋼進行細晶化處理提高韌性、使鋼中析出微細碳化物抑制氫擴散，采用這種高性能鋼制造出超高強度螺栓。

3）不銹鋼高強度螺栓

不銹鋼高強度螺栓用于緊固不銹鋼部件，使用的材料是析出硬化型SUS630。

5.4建筑、橋梁用高強度螺栓的表面處理

建筑、橋梁用高強度螺栓表面處理方法一般是熱鍍鋅，但熱鍍鋅高強度螺栓不適用于JISB1186，各廠家需要通過認證后進行生產(chǎn)。在惡劣環(huán)境下使用時螺栓鍍層為HDZ55厚鍍層。熱鍍鋅高強度螺栓的強度一般是F8T。此外，F(xiàn)12T超高強度熱鍍鋅螺栓也部分地得到實際應用。熱鍍鋅高強度螺栓的緊固方法是轉(zhuǎn)動螺母的塑性區(qū)緊固方法。在實際的現(xiàn)場施工時，要求熱鍍鋅高強度螺栓的緊固操作者具有施工技術資格。

建筑、橋梁用高強度螺栓表面處理方法除了熱鍍鋅，還有用鹽水處理的方法。對高強度螺栓用鹽水噴淋100h進行清洗，使之具有臨時防銹的功能，螺栓在現(xiàn)場安裝后到涂裝前不會生銹，從而省略了除銹操作。這種方法在橋梁建造中常常使用，但最近在東京天空樹電波塔的建造中也使用這種方法。

現(xiàn)在出現(xiàn)了橋梁免維修的趨勢，為適應這種新趨勢，出現(xiàn)了噴射熔融Al-Mg進行特殊表面處理的螺栓，并且正在推進實用化。此外，還開發(fā)出建筑結構用防鹽害的熱鍍Al-Zn高強度螺栓。今后還會出現(xiàn)許多表面涂鍍螺栓，但更重要的是要開發(fā)緊固方法，使螺栓緊固后軸力一直保持穩(wěn)定。

5.5提高施工性

可以提高施工性的特殊高強度螺栓也在特殊場合下得到應用。例如可在狹窄施工現(xiàn)場僅從一邊進行緊固的單邊螺栓、在無下面腳手架的情況下，安裝橋梁板時可以單側(cè)緊固的高強度螺栓等。

6家電、辦公設備用緊固件

目前普通的家電、辦公設備許多國家都可以生產(chǎn)，但高性能、高質(zhì)量家電、辦公設備中有許多地方需要高功能、高附加值的緊固件。以下對這些緊固件及其用材的需求情況和發(fā)展動向做簡要介紹。

6.1電視

在家電用緊固件中，近年來變化最大的就是電視用緊固件。電視由模擬方式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化電視，并且由于液晶、等離子技術的進步，加快了電視的薄型化。因此出現(xiàn)了許多陰極射線管電視時代所沒有的要求。

薄型電視的內(nèi)部部件可分為顯示屏、主板、機殼三大部分。最初薄型電視機殼多使用鋁合金。這是因為薄型電視的優(yōu)點是顯示屏大，顯示屏在薄型電視中的重量最大，因此要求機殼即輕又要有一定的強度。將主板安裝在鋁合金機殼上，由于主板放熱量大，所以在主板和機殼之間有鋁制凸塊，使兩者之間保持一定距離。最初使用的是車削制造的鋁制凸塊，隨著薄型電視產(chǎn)量的增加，要求實現(xiàn)凸塊制造的鍛造化。鋁制凸塊應能夠壓入鋁合金機殼并且用螺釘緊固時不松扣。對鍛造和滾軋制造鋁制凸塊進行了實驗，凸塊形狀和熱處理結果都不能滿足使用要求，最后開發(fā)出"內(nèi)裝配"鋁制凸塊。

為降低緊固成本，采用了自攻釘方式，在螺釘緊固時，在鋁制凸塊內(nèi)形成陰羅紋。這種自攻釘方式的問題是陰羅紋形成時產(chǎn)生的粉末。這種粉末如散落在顯示屏或主板上，會導致電視功能失效。此外，鋁合金自攻釘在陰羅紋形成時產(chǎn)生摩擦熱引起自攻釘和鋁制凸塊的燒結也是一個問題。解決這些問題的方法是采用"鋁密封"提高鋁合金自攻性，防止燒結現(xiàn)象。此外，在鋁密封的前端涂覆粉末吸附劑，防止自攻釘緊固時粉末的散落。這些措施組合使用提高了薄型電視的生產(chǎn)率和質(zhì)量穩(wěn)定。

薄型電視的最大特點是"薄"，由于"薄"在其它部位也產(chǎn)生了過去電視所沒有的問題。過去電視內(nèi)部的螺釘暴露在表面，而薄型電視容易發(fā)熱，這種熱量使螺釘處于高溫狀態(tài)，如果螺釘暴露，人們接觸到高溫的螺釘頭部會造成燒傷。為防止這種情況的發(fā)生，開發(fā)出在原來的鋼螺釘頭部鑲嵌樹脂的"防熱螺釘"。

6.2手機

對手機用螺釘?shù)囊�求是保證手機防水、輕薄等硬件要求的實現(xiàn)。隨著手機輕薄化的發(fā)展，薄型樹脂材料在手機上的應用越來越多，對手機用螺釘?shù)囊�求是能夠牢固地將這種薄型樹脂材料緊固住。為滿足這種要求，開發(fā)出PS螺釘Ⅱ。這是一種薄型樹脂專用的淺嵌入型螺釘，可以保證薄型樹脂緊固后具有足夠的強度。防水型手機的螺釘緊固部位的防水性十分重要，但僅靠螺釘很難保證防水性，目前主要使用帶有O形墊圈的螺釘。

6.3數(shù)碼相機

數(shù)碼相機現(xiàn)在已經(jīng)成為照相機的主流產(chǎn)品，對數(shù)碼相機的要求是高功能和小型化。為保持單透鏡反射照相機特有的黑色外觀，對暴露在照相機表面的螺釘頭部要進行涂裝，但對涂裝后的螺釘進行緊固時，螺釘十字槽頭附近的涂裝會剝離。為解決這個問題，開發(fā)出抗涂裝剝離螺釘，目前已經(jīng)大量用于單透鏡反射照相機。

數(shù)碼照相機小型化要求結構緊湊。使用頭部高度0.2mm的PS螺釘Ⅱ可滿足緊固薄型部件的要求，實現(xiàn)了省空間化。減小螺釘頭部高度，相應地十字槽頭變淺，螺釘緊固作業(yè)率下降，為此，開發(fā)出強力驅(qū)動十字扳手。

為實現(xiàn)小型化，機殼材料出現(xiàn)薄板化的趨勢，為補償薄板化引起的強度下降，選用不銹鋼作為機殼材料。不銹鋼是攻絲困難的材料，螺釘緊固前的攻絲是制造成本升高的一個原因。于是通過螺釘材料的研究和熱處理的改進，開發(fā)出高強度螺釘保證了不銹鋼材料的自攻性，促進了照相機小型化的實現(xiàn)。

7飛機和航天器用緊固件

7.1飛機螺栓制造的特點

飛機螺栓制造的特點在于按照標準進行嚴格的制造和質(zhì)量管理。例如日本的飛機制造除了在采購方面遵守MILNAS等通用標準，各機身制造廠和發(fā)動機制造廠還獨自制定了有關標準，對使用材料、制造方法和試驗評價方法進行了細致的規(guī)定。特別是在質(zhì)量管理方面，對重要的熱處理、表面處理、無損檢驗等特殊工序的技術要求和作業(yè)方法，在標準中作了嚴密規(guī)定，并且要經(jīng)過航空公司和NADCAP認證。

在材料方面，要符合AMS和MIL等材料標準的規(guī)定。這些標準中除了對材料的化學成分和制造方法做了規(guī)定，還對與材料特征有關的熱處理后的力學性能做了規(guī)定。有些航空公司將有關機身要求一直規(guī)定到飛機制造廠。不論開發(fā)出多么優(yōu)良的材料，并經(jīng)過長時間的反復實驗和驗證，如不經(jīng)過這些標準的認定是不能夠采用的。特別是對于螺栓，十分重視其高可靠性，所以足夠的使用實績非常重要。由于按照標準對飛機螺栓進行嚴格管理，所以與一般制造業(yè)用螺栓相比，飛機螺栓制造的自由度很小，螺栓的變化也小。

7.2飛機螺栓用材

1）低合金鋼

Ni-Cr-Mo鋼等低合金鋼，很早就用于機身要求高強度的部位，代表性的鋼種有8740鋼和4340鋼。Ni-Cr-Mo鋼的抗拉強度范圍很大從125ksi到180ksi，可用于機身的各個部位。為適應機身輕量化的需求，隨著材料和熱處理技術的發(fā)展，制造出4330M、H-11、300M等抗拉強度從220ksi到260ksi的超高強度螺栓，但由于考慮到氫脆問題，多用于銷釘?shù)燃羟袘�力狀態(tài)的緊固。為防止這類低合金螺栓的銹蝕，必須進行表面處理，最常用的是鍍鎘。

2）耐蝕及耐熱鋼

耐蝕性螺栓一部分用300系、400系不銹鋼制造，更多的是用析出硬化型不銹鋼制造。使用的析出硬化型不銹鋼有17-4PH，對用于強韌性要求更高部位的螺栓則使用PH13-8Mo。

具有良好的耐蝕及耐熱性螺栓使用奧氏體耐熱鋼A286制造，用途很廣。A286根據(jù)固溶溫度的不同，可得到130ksi和140ksi兩個強度級別。在加工制造螺栓時，通過冷加工和時效處理產(chǎn)生加工硬化，可以使螺栓強度進一步提高。利用加工硬化性，對160ksi和200ksi高強度鋼進行拔絲，可以得到不同強度要求、不同用途的螺栓。加工硬化提高螺栓強度的氫脆危險性較小。由于奧氏體耐熱鋼是鐵基合金，所以材料成本較低，今后用這類材料制造高強度螺栓的情況會有所增加。

耐蝕及耐熱性螺栓用材，除了奧氏體耐熱鋼，還有Co基超合金MP35N。MP35N的常溫強度為260ksi，并具有良好的疲勞強度、韌性和耐蝕性。MP35N螺栓雖然用量很少，但都用于條件惡劣的部位。

3）超耐熱合金

飛機發(fā)動機的高溫環(huán)境中使用的螺栓是超耐熱合金螺栓。螺栓用材以Ni基超合金為主，主要有Waspaloy和Inconel718，其中Inconel718使用最多。Inconel718的通常使用強度是185ksi，通過固溶和時效使強度可以達到。Inconel718與上述的A286一樣，基體是奧氏體，通過冷加工和時效處理可提高強度。近年來采用了拔絲后強度達到220ksi的Inconel718制造超耐熱合金螺栓。過去高溫強度良好的耐高溫螺栓主要用于飛機發(fā)動機，現(xiàn)在將其作為高強度螺栓，在飛機機體的用量也有所增加。

Co基超合金MP159是對MP35N進行改進提高耐熱性的材料，常溫強度為260ksi，具有高疲勞強度和韌性，并且抗高溫松弛能力強，MP159螺栓常用于工作條件苛刻的發(fā)動機。MP159經(jīng)拔絲也具有加工硬化性，并在螺栓中得到利用。MP159和Waspaloy等含Co量很多的材料具有非常優(yōu)良的性能，但材料成本很高，并且存在加工性不良的問題。

4）Ti合金

Ti合金比強度高，耐蝕性、耐熱性也好，廣泛用于飛機發(fā)動機和機身的各個部位。盡管Ti合金材料成本高、加工性也不好，但為實現(xiàn)要求機動性好的軍用飛機和要求提高燃料效率的民用飛機的輕量化，Ti合金的應用在不斷擴大。特別是近年來加快了復合材料在機身上的應用中，由于Ti合金具有良好的防止電化學腐蝕的特性，其應用率進一步提高。

用于制造螺栓的Ti合金主要是α-β合金的Ti-6Al-4V，經(jīng)固溶時效處理，使用強度可達160ksi。其它的螺栓材料有強度比Ti-6Al-4V稍高的Ti-6Al-6V-2Sn和日本開發(fā)的熱加工性良好的SP-700等α-β合金，但用量很少。目前飛機機身制造廠為實現(xiàn)機身的輕量化，迫切需要強度超過Ti-6Al-4V的高強度Ti合金螺栓。由于兼有良好的成型性和疲勞強度是很困難的，所以目前這種螺栓的材料尚未開發(fā)出來。

7.3航天器用螺栓

飛機螺栓制造廠以其高超的技術、穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量和高度的誠信贏得客戶的好評，因此生產(chǎn)的螺栓產(chǎn)品也大量供給航天產(chǎn)業(yè)使用。航天器用螺栓由于用途不同，形狀各異，很少使用飛機的標準螺栓，但螺栓材料大部分是飛機螺栓標準規(guī)定的材料。為提高發(fā)射航天器的推進力，對航天器提出了輕量化的要求，在這種情況下，采用了大量的Ti合金螺栓。此外，由于超耐熱合金Waspaloy和Inconel718飛機螺栓具有良好的應用實績，所以這些材料制造的螺栓也用于處于高溫條件下的火箭發(fā)動機。人造衛(wèi)星在地面和在軌道上是處于兩個完全不同的環(huán)境，在軌道上處于真空的無重力狀態(tài)，沒有大的外力作用。但在發(fā)射過程的大氣層內(nèi)必須具有耐蝕性，另外，衛(wèi)星本身也要求小型化和輕量化，所以多使用比強度高的Ti-6Al-4V螺栓。此外，由于衛(wèi)星攜帶許多精密的電子儀器，因此非磁性的奧氏體不銹鋼螺栓和A286螺栓的用量也不少。