韩国一区二区视频,黄色不卡一区,久久天堂av综合合色,中文字幕日韩专区

摘要

根據國務院在2月印發的《;十三五現代綜合交通運輸體系發展規劃》，2011年至2020年，我國城市軌道交通新增營業里程將達到6560公里，預計到2020年，我國城市軌道交通累計營業里程將達到7395公里。

可見，未來城規地鐵車輛緊固件的需求將是十分巨大的!

螺紋連接在城軌地鐵車輛中應用十分廣泛。本文簡述了城軌地鐵車輛緊固件的使用和技術研發的現狀，分析了車輛緊固件的使用鋼種等級的分類。根據緊固件斷裂失效而影響車輛安全運行的問題，對緊固件性能提出了更高的要求，展望了緊固件用鋼發展的研究前景。

螺紋連接在城軌地鐵車輛中應用十分廣泛，是機械傳動中必不可少的組成部分。螺紋緊固件起到聯接、定位以及密封等作用，是最常用的可拆卸連接，其中螺栓的用量最大。

隨著各類城軌地鐵車輛的大容量、大型化，以及功率轉速的不斷提高，車輛緊固件的工況條件更加苛刻，縱觀各類行車失效案例，緊固件的斷裂失效是影響城軌地鐵車輛安全運行的巨大隱患。因此，對緊固件的性能提出了更高的要求。

1. 緊固件的使用現狀和技術研發

1.1 緊固件的使用現狀

目前，城軌地鐵車輛用緊固件普遍為8.8 級及以上高強度緊固件。據統計，行走、轉向系統以碳素結構鋼、合金結構鋼連接螺栓為例，8.8 級及以上的螺栓用量約為25%，其中10.9 級及以上約為7%，極少量為12.9 級螺栓連接。底盤車廂上部采用的基本是奧氏體不銹鋼六角頭螺栓、自攻螺釘、沉頭螺釘占70% ～ 80%。

近年來，對影響城軌地鐵車輛安全運營的緊固件斷裂失效案例分析，涵蓋了高強度螺栓的疲勞斷裂、塑性斷裂、脆性斷裂三大類型。從人、機、料、法和環五大因素分析，造成螺栓斷裂失效的因素主要有以下幾種原因。

1.栓材質不良，鋼材非金屬夾雜物嚴重，成為疲勞裂紋源;

2.螺栓制造工藝不合理，造成螺栓機械性能不符合標準要求或螺栓制品具有原始裂紋，使用時擴展斷裂;

3.設計選擇的螺栓滿足國標要求，但疲勞強度難以滿足實際工況需求。螺栓連接設計不科學，無法達到緊固扭矩。

1.2 緊固件的技術研發

城軌地鐵車輛每列車廂使用大量的緊固件，數量不少于15000個。當今技術研發的重點是高強度化和提高品質;緊固件的高強度化可減輕緊固件重量和相應部件的重量，這將是今后緊固件長期的研發課題，在提高品質方面最需要解決的問題是防止廉價高強度鋼材緊固件的延遲斷裂。

1.2.1 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量，縮小直徑、減輕重量，但需要解決抗拉強度達到1100Mpa、屈強比大于90% 的螺栓發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非常重要，高強度螺栓制造技術也要同時進行。

1.2.2 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。為此，對緊固件用新材料和緊固件形狀進行研究，同時也對難加工材料的加工方法進行開發。

1.2.3 緊固和防松弛技術

為使緊固件牢固地緊固在部件上，防止因松弛發生事故，對緊固技術和防松弛技術進行研究。由于不認真安裝緊固件導致緊固性能下降引發大事故的情況時有發生，所以不能掉以輕心。緊固件的容易安裝和安全使用是兩個完全不同的概念，發揮緊固件緊固作用的關鍵在于正確的安裝作業，因此必須不斷對緊固設計優化和強化緊固作業的施工方法開發。

1.2.4 新材料利用

對重要連接部位如懸掛部位、齒輪傳動箱與牽引電機連接高強度螺栓，采用微合金化Cr-Mo-V、Cr-Mo-V-Nb 高強度冷鐓鋼等新材料，在大氣環境下使用的緊固件采用耐熱、耐腐蝕的奧氏體不銹鋼或奧氏體- 鐵素體雙相不銹鋼。

2. 緊固件的使用鋼種分類

緊固件種類繁多，有螺栓、螺釘、螺柱、螺母、自攻螺釘、木螺釘、內螺紋滾壓螺釘、內螺紋鎖緊螺釘和板螺釘等等。

按城軌地鐵車輛及其零部件設計準則，螺栓連接的分類劃分，螺栓連接失效時可能發生的危險定義為三個風險等級。風險等級不同，對螺栓連接的尺寸、安裝和文件記錄以及安裝時所用的工具提出的要求也不相同。

三個風險等級依次為：風險等級H，螺栓連接發生故障失效時，可能導致車輛運行危險或危及人身安全。風險等級M ，螺栓連接發生故障失效時，可能導致車輛發生功能性故障。

風險等級L，螺栓連接發生故障失效時，最多導致乘客或乘務員感覺不舒適。為此，對連接各部位的各類緊固件的選材十分重要。

各類機車車輛使用的標準螺栓為8.8 級，多數為ML35、45、ML35B、ML35MnB、10B28、10B33 等碳素鋼、碳硼鋼。由于碳硼鋼價格較低，原因是B 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;為了加固螺栓連接，標準中現在原則上僅使用高強度螺栓材料，這樣還可以減少所用螺栓的種類數量。正是上述原因，國內外標準中不再含有強度低于8 或8.8 級的材料替代。

對于重要連接部位或齒輪傳動箱與牽引電機連接的8.8 級螺栓，采用42CrMoE、18Cr2Ni4WE、25Cr2MoVA 等合金結構鋼。10.9 級、12.9 級螺栓必須是合金鋼制品，與8.8 級螺栓不同之處是在鋼中添加適量的Cr、Mn、Mo、Ni、B 等合金元素可明顯提高鋼的淬透性和強度，還可改善鋼材的固溶強化、彌散強化和細晶強化等冶金特性，表1 為合金元素對鋼材冶金特性的影響。

鋼材通過加入少量的V、Nb 等微量元素形成彌散細小的氮化物、碳化物或氮、碳化物或氮碳混合物，可起到彌散強化和晶粒細化效果，而這些彌散物通過增加晶界密度和位錯可改善高強度螺栓的沖擊韌度;且降低了P、S 等導致延遲斷裂的有害元素含量，并且在拉拔過程中使用無滲磷潤滑涂層。12.9 級螺栓鋼中必須添加V 等碳化物析出元素俘獲鋼中氫，提高抗延遲斷裂性，使之無害化，螺栓的緊固能力進一步提高。

鋼中合金元素含量越高，其淬透性以及強度也就越高，但相應的生產成本也明顯增加。碳硼鋼由于合金成本方面的優勢具有重要的發展潛力。此外，熱處理淬火介質的冷卻能力越大，淬硬層越深。而為了保證高強度螺栓在調質淬火處理時，不產生明顯的熱處理變形，又要求鋼中的合金元素含量應控制在合理的范圍內，且淬火介質能力也受到一定的限制。嚴格控制碳含量及合金元素含量的波動范圍，可以實現均勻的淬透性，并明顯降低熱處理變形。

如10.9 級高強度螺栓，調質處理能大大提高材料的抗拉強度、規定非比例延伸應力、提高屈服比和沖擊韌度，使材料具有強度和塑韌性的良好的配合。由于疲勞強度、沖擊韌度的提高，在高強度螺栓設計時就可以采用更小的材料截面，從而減少整車的整體重量，節省零部件占用空間和能量消耗。

常用的碳素結構鋼、低合金結構鋼， 在GB/T6478-2015《冷鐓和冷擠壓用鋼》和GB/T3077-2015《合金結構鋼》中的ML35B、ML35MnB、18Cr2Ni4WE、40Cr、35CrMoA、42CrMoE、40CrNiMoA、35CrMoVE 等鋼只有通過調質處理才能充分發揮合金元素的作用，不調質就等于浪費了寶貴的合金資源。城軌地鐵車輛緊固件等級用鋼種類見表2。

3. 緊固件用鋼的發展研究

3.1 潔凈低合金緊固件鋼

低合金鋼一般在中碳范圍，從合金元素來看，有Cr 系、Cr-Mo 系、Cr-Mo-V 系、Ni-Cr-Mo 系等。由表3 可看出低合金緊固件鋼的應用范圍是很廣泛的，強度級別從700 ～ 1200MPa 都可選用。當強度超過1200MPa 時，低合金鋼制造的螺栓延遲斷裂現象十分突出。目前低合金鋼仍是主要的高強度螺栓用鋼。

從提高螺栓鋼的冷鐓性，改善鋼質方面來講，需要盡可能降低鋼中雜質元素含量。降低S 含量可提高鋼的變形能力，降低P 含量可降低鋼的變形抗力，同時可減少P、S 在晶界的偏聚而減輕晶界脆化。降低S 含量還可以減少鋼中的非金屬夾雜物，改善鋼的韌塑性。

因此，降低鋼中的P、S 含量不僅可以改善鋼的冷鐓性能，還可以改善鋼的耐延遲斷裂性能。實踐表明，S 含量對45 鋼出現裂紋的傾向有很大的影響，降低S 含量可使這種傾向大大減少，特別是當S 含量降低到0.005% 時，效果更明顯。為此，GB/T3098.1-2010 標準中，將8.8 級及以上螺栓用鋼P、S 含量更改為0.025%max。

在高強度螺栓的實際生產及使用過程中，非金屬夾雜物的類別及形態對高強度螺栓的疲勞性能有著較大影響。非金屬夾雜物在鋼中主要以氧化物和硫化物的形式存在。根據實際生產經驗及相關試驗規程，高強度螺栓材料的非金屬夾雜物允許范圍，根據GB/T10561-2005、標準，A 類硫化物類≤ 1.5 級、B 類氧化鋁類≤ 2 級、C 類硅酸鹽類≤ 1.5 級、D 類球狀氧化物類≤ 2 級、DS 類單顆粒球狀類≤ 0.5 級。

3.2 經濟型高強度緊固件鋼

隨著城軌地鐵車輛的輕量化，要求緊固件用鋼具有更高的強度。如標準緊固件、特殊緊固件、非標異型件。冷鐓鋼的強度級別較常用的是400~1000MPa 級，現已提高到1000~1300MPa級，甚至要求提高到1400MPa 級以上。除強度外，對冷鐓鋼的其他性能也提出了較高的要求，如抗延遲破壞性能、耐蝕性、加工性能等。

3.2.1 碳硼鋼

為了增加緊固件的市場競爭力，在提高鋼材性能和冶金質量的同時，還要求減少生產成本，省略或簡化工序，降低對能源的消耗。因此開發了節約合金元素的低、中碳硼鋼。其成分設計的基本原則是降低含碳量，改善鋼的冷變形能力，加入0.0008% ～ 0.0030% 的硼，以彌補因降碳而造成的強度和淬透性的損失。另外根據需要還可加入適量Cr、Mn、Ti 等合金元素，進一步提高淬透性。硼鋼的特點是由于少量硼代替大量合金元素，成本降低，碳和合金元素含量低，熱軋線材可以直接拉拔和冷鐓加工，不需要預先球化退火處理，節約了緊固件的制造成本。

碳硼鋼作為高強度螺栓用的主要材料之一，淬火變形和開裂傾向小，可用水溶液淬火處理，熱處理操作簡便，改善了工作環境，不僅綜合力學性能好，在相同強度水平下韌性較中碳鋼有明顯改善，且脫碳敏感性小。9.8 級和10.9 級螺栓用與ML40Cr 相當的ML35MnB、10B33 硼鋼制造，由于硼鋼的抗回火軟化能力小，其回火溫度要比SCM435、ML40Cr、ML35CrMo 鋼低60~80℃，因此用碳硼鋼制造的10.9 級高強度螺栓的延遲斷裂敏感性增大。

3.2.2 微合金非調質鋼

高強度螺栓用非調質鋼主要是冷作細晶非調質鋼，可省略螺栓冷拔前的球化退火和螺栓成形后的淬火并回火處理，且可減輕螺紋牙尖的脫碳傾向，提高螺栓成品率，經濟效率十分明顯。非調質鋼常用的微合金化元素有：Ti、Nb、V、B 等。在軋制前的加熱過程中應保證微合金化元素充分固溶，隨后在控制軋制、冷卻過程中析出彌散微細的微合金化元素碳氮化物，抑制奧氏體晶粒長大，得到細小的晶粒，在提高螺栓鋼強度的同時又能改善韌塑性。

我國使用的非調質鋼，其組織為低碳含錳的鐵素體+珠光體型和貝氏體型，并添加有微量合金元素細化晶粒和析出強化元素;采用爐外精煉減少夾雜物并控制成分在較窄的范圍，通過控溫軋制、控溫冷卻，在鐵素體和珠光體中彌散析出碳、氮化物為強化相，使鋼在軋制后不經調質處理即可獲得中碳鋼經調質后所達到的力學性能的鋼種。

MFT8、 MFT9、MFT10 非調質鋼在冷鐓時的硬度較通常的線材高，使冷鐓復雜形狀的凸緣類螺栓時產生裂紋的機率較高，而且冷鐓模具壽命有所降低。因而非調質鋼制造的螺栓主要為7T 級和8.8 級，少量10.9 級雙頭螺栓也可采用非調質鋼制造。

為了提高螺栓的屈強比和去除加工應力，需要對非調質鋼進行200 ～ 510℃的回火時效處理，10.9 級螺栓在200 ～ 220℃的回火處理與電鍍后的驅氫處理可同時進行;而8.8級螺栓在350 ～ 400℃的回火處理可與著色發黑工序一道進行。既減輕了勞動強度，又達到節能降耗目的。

3.2.3 超細晶粒鋼

高強度螺栓屬于帶缺口零件，具有很高的缺口敏感性，容易在缺口集中部位處、桿與頭部的過渡處或螺紋根部產生延遲斷裂。耐延遲斷裂的具體措施之一是細化晶粒。為此，近年來，國內外都在進行廣泛的研究開發超細晶粒緊固件鋼。如：日本住友金屬的ADS 系列，神戶制鐵的KNDS 系列，中國鋼鐵研究總院的ADF 系列鋼等。

研究表明，當亞共析鋼的原奧氏體晶粒因共析鐵素體的超量析出而超細化至亞微米尺度時，隨后發生的共析相變產物不論具有什么樣的形態，在42CrMo 鋼的基礎上，通過降低S、P、Si、Mn 的含量，添加微合金元素V、Nb，并增加Mo 的含量，其綜合力學性能有較大幅度提高，使用在發動機上13.9 ～ 14.9 級高強度螺栓，突破了最高設計只有12.9 級螺栓的限制;而國外采用KNDS2、SNCM439 鋼制造12.9 ～ 14.9 級螺栓，延遲斷裂有明顯改善。

4. 車輛緊固件的加工難點

在車輛緊固件標準方面，有關鐵道工務用緊固連接的標準約有30 余項，而有關城軌地鐵車輛用緊固連接的標準則相對較少。TB/ T32462010《機車車輛及其零部件設計準則螺栓連接》標準，從設 計、安裝、連接等系統的角度對螺栓連接做了規定。但是，針對城軌地鐵車輛用緊固件的產品標準還很缺乏，目前主要只有6 項。

城軌地鐵車輛緊固件材料基礎技術研究十分薄弱，非標準緊固件無專用鋼材牌號，小批量產量難以達到經濟規模，且材料技術標準混亂，基礎技術數據與行業統計數據貧乏。只有隨之不斷積累著技術和經驗，期待城軌地鐵車輛的未來發展。

如果是車輛行走、傳動高性能級緊固件，品質的可靠性參差不齊， 對以自動化裝配為主的車輛卻是重大缺失。車輛緊固件必須具備;零缺陷的要求，不良品率控制在60PPm 以下，這個指標非常高，按照目前生產工藝，全過程全自動渦流檢測篩選機或各類傳感器的研發，對缺陷和裂紋增加探傷功能自動甄別，達到;零缺陷的終及目標管理，可能在今后2~3 年內會得到實現。但投入代價較高，普及化尚需時日。

現在世界上一些著名的大型緊固件生產企業，都有自己的專用材料、專用技術。專用材料是根據產品所需的成分和要求，與鋼廠聯合共同開發研制，如日本神戶鋼廠就有針對連桿螺栓的專門冶煉SCM435 鋼。但是針對城軌地鐵車輛緊固件，尤其是車輛行走、傳動高性能級緊固件材料至今仍然是空白。

目前車輛用高性能級緊固件最高強度為12.9 級，依據國外鋼材標準，借鑒歐盟DINEN10253-4： 2005《冷鐓和冷擠壓鋼線材、棒材和線材》，可以采用34CrMo4、42CrMo4、34CrNiMo6 等牌號。目前1300 MPa、1400 MPa 級螺栓短期內很難在車輛中應用，但材料設計思路在提高現有高性能級緊固件抗疲勞性能或抗延遲斷裂性能方面可以提供借鑒。

車輛行走、傳動高性能級緊固件，使用的螺紋連接結構設計上應能保證維持所施加的預緊力。軸向預緊力過大或過小都會對螺紋連接產生不利影響。軸向預緊力過小，螺紋連接承載能力、防松性能均達不到設計要求;軸向預緊力過大，螺紋接觸面應力值較大，容易引起螺紋變形、滑扣等機械損傷，降低螺紋連接可靠性。因此，為保證螺紋連接滿足連接實際工作需要，必須確定合理的軸向預緊力范圍。

車輛用高性能級緊固件的摩擦系數，主要取決于螺栓制造工藝和實際應用時裝配工藝。我們在經過長期工作實踐，10000 次臺架試驗驗證，確認摩擦系數與下列因素密切相關。

①、螺紋精度。由螺紋公差帶和旋合長度組成，螺紋精度是螺紋加工質量的綜合體現，同等條件下螺紋精度越高，摩擦系數越小。

②、緊固件表面粗糙度。包括螺紋表面粗糙度和支承面表面粗糙度，與緊固件生產中的冷鐓作業工藝參數、螺紋制造工藝有直接關系。

③、緊固件表面處理工藝。包括磷化、電鍍和鋅鋁涂層。受表面處理層材料類型、局部厚度、轉化工藝等因素影響，不同表面處理工藝得到的緊固件摩擦系數相差較大。

目前我國還無城軌地鐵車輛螺紋緊固件緊固扭拒的國家標準，只有汽車行業標準和歐盟標準，缺乏自主知識產權和基礎理論層面的技術支撐。

5. 緊固件發展與用鋼展望

城軌地鐵車輛幾乎不采用其他緊固方法 代替螺紋連接。原因是螺紋緊固的可靠性很高，并且已經緊固的螺紋也比較容易拆卸，即便于更換和維修。因此，提高緊固件的性能和性價比，比試圖減少或取代緊固件的探索更有意義。

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，應不使螺栓銹蝕和黏結，為此多年來在提高螺紋精度、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。

為了提高緊固件的疲勞性能主要進行結構優化，如在車輛的走行部位及動力總成部位的連接螺栓，由于螺栓承受振動沖擊載荷，不僅要具有高的強度，且要具有良好的疲勞性能。在結構上需最大限度地改善螺栓連接結構中螺紋牙角的載荷分布和應力狀態，主要從以下三方面入手：降低螺栓所承受的應力幅;減小螺紋牙底的應力集中水平;改善螺紋牙角上的載荷分布。

在緊固件成本方面，材料費占的比例最大，其次是加工費和熱處理費。因此，為實現更高的性價比，需提高緊固件用料的成材率。為此，在小規格螺栓制造中實現了螺栓頭部的無飛邊模鍛成型和螺紋的滾軋成型，期待將這些技術擴大應用到大規格螺栓的制造上。

在緊固件用鋼方面，城軌地鐵車輛高強度螺栓，因一直存在的延遲斷裂和淬透性問題，成為影響使用的瓶頸。目前，應改變部分關鍵緊固件依賴進口，受制于人的被動局面，隨著城軌地鐵車輛的快速發展，開發高精度、高強度、高可靠性的緊固件是現階段的工作任務。從鋼的淬透性方面入手，開發新型鋼種或進行成分設計，用價格低廉B、Ti 替代高價合金元素，加熱后也可以進行充分冷卻的熱處理技術和非調質鋼高強度螺栓。

在抗延遲斷裂性方面開發出的超高強度螺栓用鋼，在技術上是可行的，但是價格仍然較高。研發城軌地鐵車輛12.9 級螺栓，提高緊固件用鋼的高純凈化、高均勻化以及高精細化的控制，以減少雜質元素，降低延遲斷裂的危險性。所以期待著開發出低成本、高可靠性的新型超高強度緊固件用鋼。

作者：張九高，上海申通軌道交通研究咨詢有限公司

金蜘蛛緊固件網編輯整理

原文刊登于金蜘蛛《緊固件》季刊第48期，轉載請注明作者和來源。