長期以來，我國高強度螺栓存在壽命短、可靠性差和結(jié)構(gòu)重等三大問題。三大問題嚴重制約高端機械裝備發(fā)展和安全服役。高強度螺栓決定了高端機械裝備主要連接功能，體現(xiàn)機械裝備壽命、可靠性與經(jīng)濟可承受能力，熱處理是高強度螺栓的核心。

    對于出現(xiàn)頻度越來越高的“工業(yè)4.0”和“第三次工業(yè)革命”的議論，我們必須考慮緊固件的未來，思考緊固件在第三次工業(yè)革命中的作用。未來10年是我國緊固件業(yè)轉(zhuǎn)型升級，從“制造大國”走向“制造強國”的關鍵時期。我國制造業(yè)的勞動力的紅利時代即將結(jié)束，很多發(fā)展中國家已接納了緊固件轉(zhuǎn)移的制造，對我國緊固件行業(yè)形成了新的挑戰(zhàn)，緊固件行業(yè)加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式成為當務之急。

    高強度螺栓的主要失效模式是疲勞

    疲勞是一種在循環(huán)應力和應變的重復作用下，螺栓一處或幾處發(fā)生開裂或斷裂的失效形式。疲勞是一個機械損傷累積、延時失效的過程。疲勞包括裂紋萌生和裂紋擴展兩個過程，在低于材料的屈服強度下發(fā)生，在無明顯變形下突然失效。所以，與其它失效形式相比，疲勞是一類最危險的失效形式。

    通常，車輛上的連接螺栓為拉-拉疲勞失效。例如，風力發(fā)電機組服役環(huán)境復雜而惡劣，既承受動載荷沖擊又承受腐蝕環(huán)境，所用連接螺栓疲勞斷裂高達85%，高強度螺栓的主要失效模式是疲勞。

    高強度螺栓“三大問題”源自應力集中敏感

    高強度螺栓普遍選用高強度低合金鋼、超高強度鋼和高溫合金制造。隨著高端機械裝備發(fā)展，高強度螺栓用的合金強度還會不斷提高。高強度材料具有高疲勞強度，其重量輕、體積小、長壽命、高可靠。但高強度材料的突出弱點是疲勞強度對應力集中度敏感。

    大量的高強度螺栓疲勞失效分析結(jié)果表明，80%以上的疲勞失效源自表面損傷、頭桿交接處脫碳、螺紋加工有明顯的細小裂縫或切削加工刀痕不連續(xù)處和表面腐蝕物、淬火組織不均勻，因為那兒應力集中度高。

    高強度螺栓制造的機遇與挑戰(zhàn)

    高端機械裝備給高強度螺栓制造帶來前所未有的發(fā)展機遇。不解決“三大問題”便很難達到預期目標，更難說達到國際先進水平。解決“三大問題”需要解決三個層次的問題：一是自主知識產(chǎn)權(quán)；二是經(jīng)濟可承受性；三是長壽命、高可靠性、結(jié)構(gòu)減重技術。

    首先，要轉(zhuǎn)變觀念，要認清時空，我國要發(fā)展高端機械制造，掌握關鍵技術和提升核心競爭力，摒棄那些變換華麗辭藻的忽悠，甘當發(fā)達國家技術的二傳手、市場換技術等錯誤觀念，從以往“引進、仿制-落后，再引進、仿制…”,粘貼、復制、山寨版產(chǎn)品中解放出來，加快發(fā)展緊固件熱處理刻不容緩。

    其次，要充分認識解決“三大問題”，實現(xiàn)高強度螺栓長壽命、高可靠、結(jié)構(gòu)減重是一場革命：①從高強度螺栓“成形”制造轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛊�勞制造的技術革命；②從解決“有無”轉(zhuǎn)變?yōu)殛P鍵高強度螺栓支持高端機械制造可持續(xù)發(fā)展的理念革命；③從指標最終檢驗轉(zhuǎn)變?yōu)檫^程控制的管理革命；④從低技術、被動轉(zhuǎn)變?yōu)楦呒夹g、主動的從業(yè)人員素質(zhì)革命；⑤從廉價勞動力、濫用環(huán)境和資源轉(zhuǎn)變?yōu)楦吒郊又�、人性化、低排放、綠色環(huán)保的環(huán)境革命等。

    熱處理賦予緊固件材料極限性能

    加快熱處理發(fā)展應成為我國的國家戰(zhàn)略。在國際環(huán)境發(fā)生重大變化的形勢下，從我國熱處理的現(xiàn)狀和存在的問題出發(fā)，加快發(fā)展緊固件熱處理的必要性、緊迫性和重要性，已異常突出地提到我們面前。

    “熱處理”是采用加熱與冷卻方法控制相變，微觀結(jié)構(gòu)、殘余應力場，賦予材料極限性能和高強度螺栓極限服役性能的技術。它既是一門理論性很強的科學，又是一類實踐性很強的技術。實踐性很強說的是先進熱處理工藝隨著材料和高強度螺栓千變?nèi)f化，而且不斷創(chuàng)新、不斷發(fā)展、不斷進步�？梢钥吹�，沒有哪個材料可以離開熱處理，沒有哪個高強度螺栓不依賴熱處理。需要特別指出熱處理是當今賦予材料極限性能，賦予高強度螺栓極限服役性能的僅有的兩種技術之一。

    熱處理與制坯技術、切削技術不同。冷鐓制坯、鍛造制坯、鑄造制坯和焊接制坯可以制出一定形狀和大尺寸的坯件，十分顯眼。切削加工可以制出各種精密、美觀的高精度螺栓，極為露眼。而熱處理技術是緊固件制造的“內(nèi)科學”，賦予高強度螺栓的是性能，既不顯山，也不露水。為此，盡管熱處理在高強度螺栓的經(jīng)濟可承受性鏈條中高出其它技術價值很多倍，但卻不被重視。盡管熱處理賦予材料極限性能，賦予高強度螺栓極限服役性能，但被邊緣化、附屬化了。在形式主義、急功近利的踐踏下，熱處理這一材料、高強度螺栓、高端機械裝備的核心技術，被排斥在國家科學技術發(fā)展規(guī)劃關鍵技術之外，得不到重點研究支持；且專業(yè)教育蛻化、專業(yè)人員的流失、匱乏，技術落后再落后，與國外先進水平的差距拉大再拉大。毫不夸張地說，熱處理被邊緣化、附屬化，是我國高端機械裝備、高強度螺栓“三大問題”的重要原因，也是我國緊固件處于中低端制造和競爭弱勢的重要原因。

    熱處理技術促進高強度螺栓的發(fā)展

    先進制造技術是先進高強度螺栓發(fā)展的技術支撐，熱處理技術是先進制造技術的重要組成部分，對高強度螺栓、高端機械裝備的發(fā)展有著十分重要的作用。眾所周知，沒有“成分”不成為材料，沒有“熱處理”同樣不成為材料。但傳統(tǒng)習慣中常常認識了“成分”的重要性，卻不認識熱處理的重要作用和地位。

    熱處理與材料強國直接相關，沒有熱處理創(chuàng)新就沒有材料強國。我國熱處理技術落后已經(jīng)制約了材料強國的發(fā)展，材料熱處理技術具有原創(chuàng)性。殊不知對熱處理的不重視，缺少創(chuàng)新制約了先進材料的創(chuàng)新發(fā)展，沒有熱處理創(chuàng)新，就沒有先進材料。

    面對“工業(yè)4.0”和“第三次工業(yè)革命”，在高強度螺栓制造發(fā)展的進程中的智能化、綠色化、輕量化，熱處理技術都扮演著重要角色，未來10年我國緊固件的發(fā)展，應選擇對緊固件行業(yè)發(fā)展起著基礎性、突破性作用的工序作為重點加快發(fā)展，重視集成創(chuàng)新是提高緊固件企業(yè)核心能力的關鍵，熱處理發(fā)展將更加呈現(xiàn)個性化。

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