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紧固件行业谈4.0,热处理是高强度螺栓的核心

来源:中国国际五金展,CIHS,展会      发布日期:2017-04-24      浏览次数:353


  革开放以来,我国机械装备制造业一直是国民经济发展的强劲动力。现阶段,我国制造业与世界先进水平仍存在较大差距,产业整体状况与工业发达国家的先进水平相比,明显存在不足,产业效率和效益较低,单位产值的能耗居高不下,人均水平更是差距巨大,创新能力薄弱。 

  长期以来,我国高强度螺栓存在寿命短、可靠性差和结构重等三大问题。三大问题严重制约高端机械装备发展和安全服役。高强度螺栓决定了高端机械装备主要连接功能,体现机械装备寿命、可靠性与经济可承受能力,热处理是高强度螺栓的核心。 

 
  对于出现频度越来越高的“工业4.0”和“第三次工业革命”的议论,我们必须考虑紧固件的未来,思考紧固件在第三次工业革命中的作用。未来10年是我国紧固件业转型升级,从“制造大国”走向“制造强国”的关键时期。我国制造业的劳动力的红利时代即将结束,很多发展中国家已接纳了紧固件转移的制造,对我国紧固件行业形成了新的挑战,紧固件行业加快转变经济发展方式成为当务之急。 

  高强度螺栓的主要失效模式是疲劳
  疲劳是一种在循环应力和应变的重复作用下,螺栓一处或几处发生开裂或断裂的失效形式。疲劳是一个机械损伤累积、延时失效的过程。疲劳包括裂纹萌生和裂纹扩展两个过程,在低于材料的屈服强度下发生,在无明显变形下突然失效。所以,与其它失效形式相比,疲劳是一类最危险的失效形式。 

  通常,车辆上的连接螺栓为拉-拉疲劳失效。例如,风力发电机组服役环境复杂而恶劣,既承受动载荷冲击又承受腐蚀环境,所用连接螺栓疲劳断裂高达85%,高强度螺栓的主要失效模式是疲劳。 

 
  高强度螺栓“三大问题”源自应力集中敏感 
  高强度螺栓普遍选用高强度低合金钢、超高强度钢和高温合金制造。随着高端机械装备发展,高强度螺栓用的合金强度还会不断提高。高强度材料具有高疲劳强度,其重量轻、体积小、长寿命、高可靠。但高强度材料的突出弱点是疲劳强度对应力集中度敏感。 

  大量的高强度螺栓疲劳失效分析结果表明,80%以上的疲劳失效源自表面损伤、头杆交接处脱碳、螺纹加工有明显的细小裂缝或切削加工刀痕不连续处和表面腐蚀物、淬火组织不均匀,因为那儿应力集中度高。
 
  高强度螺栓制造的机遇与挑战 
  高端机械装备给高强度螺栓制造带来前所未有的发展机遇。不解决“三大问题”便很难达到预期目标,更难说达到国际先进水平。解决“三大问题”需要解决三个层次的问题:一是自主知识产权;二是经济可承受性;三是长寿命、高可靠性、结构减重技术。 

  首先,要转变观念,要认清时空,我国要发展高端机械制造,掌握关键技术和提升核心竞争力,摒弃那些变换华丽辞藻的忽悠,甘当发达国家技术的二传手、市场换技术等错误观念,从以往“引进、仿制-落后,再引进、仿制…”,粘贴、复制、山寨版产品中解放出来,加快发展紧固件热处理刻不容缓。 

  其次,要充分认识解决“三大问题”,实现高强度螺栓长寿命、高可靠、结构减重是一场革命:①从高强度螺栓“成形”制造转变为抗疲劳制造的技术革命;②从解决“有无”转变为关键高强度螺栓支持高端机械制造可持续发展的理念革命;③从指标最终检验转变为过程控制的管理革命;④从低技术、被动转变为高技术、主动的从业人员素质革命;⑤从廉价劳动力、滥用环境和资源转变为高附加值、人性化、低排放、绿色环保的环境革命等。 

 
  热处理赋予紧固件材料极限性能 
  加快热处理发展应成为我国的国家战略。在国际环境发生重大变化的形势下,从我国热处理的现状和存在的问题出发,加快发展紧固件热处理的必要性、紧迫性和重要性,已异常突出地提到我们面前。 

  “热处理”是采用加热与冷却方法控制相变,微观结构、残余应力场,赋予材料极限性能和高强度螺栓极限服役性能的技术。它既是一门理论性很强的科学,又是一类实践性很强的技术。实践性很强说的是先进热处理工艺随着材料和高强度螺栓千变万化,而且不断创新、不断发展、不断进步。可以看到,没有哪个材料可以离开热处理,没有哪个高强度螺栓不依赖热处理。需要特别指出热处理是当今赋予材料极限性能,赋予高强度螺栓极限服役性能的仅有的两种技术之一。 

  热处理技术促进高强度螺栓的发展 
  先进制造技术是先进高强度螺栓发展的技术支撑,热处理技术是先进制造技术的重要组成部分,对高强度螺栓、高端机械装备的发展有着十分重要的作用。众所周知,没有“成分”不成为材料,没有“热处理”同样不成为材料。但传统习惯中常常认识了“成分”的重要性,却不认识热处理的重要作用和地位。 

  热处理与材料强国直接相关,没有热处理创新就没有材料强国。我国热处理技术落后已经制约了材料强国的发展,材料热处理技术具有原创性。殊不知对热处理的不重视,缺少创新制约了先进材料的创新发展,没有热处理创新,就没有先进材料。 

  面对“工业4.0”和“第三次工业革命”,在高强度螺栓制造发展的进程中的智能化、绿色化、轻量化,热处理技术都扮演着重要角色,未来10年我国紧固件的发展,应选择对紧固件行业发展起着基础性、突破性作用的工序作为重点加快发展,重视集成创新是提高紧固件企业核心能力的关键,热处理发展将更加呈现个性化。