緊固件行業(yè)談4.0,熱處理是高強(qiáng)度螺栓的核心 —— 文章正文2017-04-13

    改革開放以來，我國機(jī)械裝備制造業(yè)一直是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)勁動力?，F(xiàn)階段，我國制造業(yè)與世界先進(jìn)水平仍存在較大差距，產(chǎn)業(yè)整體狀況與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平相比，明顯存在不足，產(chǎn)業(yè)效率和效益較低，單位產(chǎn)值的能耗居高不下，人均水平更是差距巨大，創(chuàng)新能力薄弱。

    長期以來，我國高強(qiáng)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(yán)重制約高端機(jī)械裝備發(fā)展和安全服役。高強(qiáng)度螺栓決定了高端機(jī)械裝備主要連接功能，體現(xiàn)機(jī)械裝備壽命、可靠性與經(jīng)濟(jì)可承受能力，熱處理是高強(qiáng)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(qiáng)國”的關(guān)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(jì)發(fā)展方式成為當(dāng)務(wù)之急。

    高強(qiáng)度螺栓的主要失效模式是疲勞

    疲勞是一種在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變的重復(fù)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(jī)械損傷累積、延時失效的過程。疲勞包括裂紋萌生和裂紋擴(kuò)展兩個過程，在低于材料的屈服強(qiáng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)組服役環(huán)境復(fù)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(dá)85%，高強(qiáng)度螺栓的主要失效模式是疲勞。

    高強(qiáng)度螺栓“三大問題”源自應(yīng)力集中敏感

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

    大量的高強(qiáng)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(xì)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(yīng)力集中度高。

    高強(qiáng)度螺栓制造的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

    高端機(jī)械裝備給高強(qiáng)度螺栓制造帶來前所未有的發(fā)展機(jī)遇。不解決“三大問題”便很難達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，更難說達(dá)到國際先進(jìn)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(jì)可承受性；三是長壽命、高可靠性、結(jié)構(gòu)減重技術(shù)。

    首先，要轉(zhuǎn)變觀念，要認(rèn)清時空，我國要發(fā)展高端機(jī)械制造，掌握關(guān)鍵技術(shù)和提升核心競爭力，摒棄那些變換華麗辭藻的忽悠，甘當(dāng)發(fā)達(dá)國家技術(shù)的二傳手、市場換技術(shù)等錯誤觀念，從以往“引進(jìn)、仿制-落后，再引進(jìn)、仿制…”,粘貼、復(fù)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(rèn)識解決“三大問題”，實現(xiàn)高強(qiáng)度螺栓長壽命、高可靠、結(jié)構(gòu)減重是一場革命：①從高強(qiáng)度螺栓“成形”制造轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛊谥圃斓募夹g(shù)革命；②從解決“有無”轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)鍵高強(qiáng)度螺栓支持高端機(jī)械制造可持續(xù)發(fā)展的理念革命；③從指標(biāo)最終檢驗轉(zhuǎn)變?yōu)檫^程控制的管理革命；④從低技術(shù)、被動轉(zhuǎn)變?yōu)楦呒夹g(shù)、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(yīng)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(yīng)力場，賦予材料極限性能和高強(qiáng)度螺栓極限服役性能的技術(shù)。它既是一門理論性很強(qiáng)的科學(xué)，又是一類實踐性很強(qiáng)的技術(shù)。實踐性很強(qiáng)說的是先進(jìn)熱處理工藝隨著材料和高強(qiáng)度螺栓千變?nèi)f化，而且不斷創(chuàng)新、不斷發(fā)展、不斷進(jìn)步?？梢钥吹?，沒有哪個材料可以離開熱處理，沒有哪個高強(qiáng)度螺栓不依賴熱處理。需要特別指出熱處理是當(dāng)今賦予材料極限性能，賦予高強(qiáng)度螺栓極限服役性能的僅有的兩種技術(shù)之一。

    熱處理技術(shù)促進(jìn)高強(qiáng)度螺栓的發(fā)展

    先進(jìn)制造技術(shù)是先進(jìn)高強(qiáng)度螺栓發(fā)展的技術(shù)支撐，熱處理技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，對高強(qiáng)度螺栓、高端機(jī)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(xí)慣中常常認(rèn)識了“成分”的重要性，卻不認(rèn)識熱處理的重要作用和地位。

    熱處理與材料強(qiáng)國直接相關(guān)，沒有熱處理創(chuàng)新就沒有材料強(qiáng)國。我國熱處理技術(shù)落后已經(jīng)制約了材料強(qiáng)國的發(fā)展，材料熱處理技術(shù)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(jìn)材料的創(chuàng)新發(fā)展，沒有熱處理創(chuàng)新，就沒有先進(jìn)材料。

    面對“工業(yè)4.0”和“第三次工業(yè)革命”，在高強(qiáng)度螺栓制造發(fā)展的進(jìn)程中的智能化、綠色化、輕量化，熱處理技術(shù)都扮演著重要角色，未來10年我國緊固件的發(fā)展，應(yīng)選擇對緊固件行業(yè)發(fā)展起著基礎(chǔ)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(guān)鍵，熱處理發(fā)展將更加呈現(xiàn)個性化。