高强度紧固件（钛合金螺丝）的疲劳寿命一直以来受到人们重视。统计资料表明，虽然大多数紧固件损坏都是由疲劳破坏造成的，但在疲劳破坏出现时，紧固件几乎毫无征兆，所以重大事故很容易在产生疲劳破坏时发生。热处理能够提升紧固件金属材质的性能，提升其疲劳强度。随着对高强度紧固件使用要求的进一步提高，通过热处理提高紧固件的疲劳强度变得尤为重要。
1、汽车紧固件（钛合金螺丝）
紧固件又被称为“工业之米”，是国民经济发展的重要基石。虽然工业生产紧固件只占制造业全部生产构件的一小部分，但它却作为工业生产的有机部分发挥了巨大作用，即通过固定同一产品结构的2个或多个工件，把它们连接成整体。常见的钛紧固件（钛合金螺丝）类型包括螺栓、螺柱、螺钉、螺母、垫圈、挡圈、铆钉、组合件等，广泛应用于车辆、工程、建筑及
其他应用领域。
汽车紧固件生产是非常复杂的技术，由于各类技术之间相互交织、相辅相成，所以很有必要进行综合调研和深人分析，对其加以细分并正确地认识,明确其中的技术关键，集中优势资源解决关键问题，加快推进关键技术发展。
汽车紧固件种类繁多，主要分为标准紧固件、非标准紧固件、标准机械零件和非标准机械零件4大类别，其中非标准紧固件的要求最高。非标准紧固件要求质量高、稳定性强，目前国内还达不到国产化要求，所以大部分依赖进口。在“十二五”时期，中国传统汽车科技企业如上汽大众、上汽通用、广汽本田、奇瑞、吉利、比亚迪等迅速发展，也引
领了中国汽车紧固件快速发展。
2、紧固件热处理
2.1紧固件热处理概况
紧固件的钢必须经过各种热处理，以满足紧固件的力学性能要求。按照紧固件所用钢材的力学性能要求和热处理技术发展先后顺序，整个热处理工序主要分为3步：第1步主要是钢的高温热处理，包括软化退火和半球化退火处理。第2步是中间热处理，进行包括再结晶退火和低温退火。第3步是紧固件成品的热处理，为调质处理。近年来，中国
的紧固件产量总体呈现增长趋势，由2014的7.2×106t增长为2019年的8.5×106t。2020年紧固件产量略有下降，但仍高于2018年之前的产量。作为国家最基础、最通用的机械基础件，紧固件产业在国家战略性新兴产业中占有重要地位。随着中国经济的发展，社会对紧固件的需求量越来越大。2020年，中国金属紧固件产量为8.25×106t,进口2.76×105t，出口3.08×106t,需求总量为5.45×106t,较2014年的4.71×106t实现了显著的增长。北京智研科信咨询有限公司发表的《2022—2028年中国紧固件行业市场全景评估及发展趋势研究报告》表明，2014年中国紧固件市场规模为729.73亿元，2020年中国固定件市场规模达到1047.70亿元。其中钢制紧固件作为主流产品，2020年市场规模为866.64亿元，占国内规模总量的82.72%;2020年铜制紧固件市场规模为117.76亿元，占国内规模总量的11.24%;铝及其他紧固件市场规模为63.30亿元，占国内规模总量的6.04%。从不同产业对紧固件的需求角度来看，汽车、电力、航空等产业快速发展，对高强度、精密度、高性能紧固件的需求量日益增长，已占据紧固件需求市场的大部分。其中汽车领域的紧固件需求量占比约为57.20%,宇航领域需求量占比约为22.70%,发电领域需求量占比约为6.70%。
2.2紧固件热处理技术
为了获得高质量的汽车紧固件产品，在调质热处理的过程中，必须利用国内先进的热处理装备和国际先进的热处理工艺，以保证热处理的顺利进行,以便汽车紧固件产品具有更高的抗拉强度。调质热处理流程主要包括预热、淬火、回火3个环节。在加热和回火前，必须对原材料进行彻底清洗，整个步骤完成后可以进行着色。在热处理过程中，原材料材质、热处理流程、回火炉炉温、炉内气氛、淬火介质、加工成型后的质量检验，是影响紧固件品质的关键。
2.3紧固件热处理过程控制方法
第一，企业与国内外优秀高校、科研机构合作，研究高强度紧固件热处理过程中出现的复杂现象和变化，针对紧固件热处理工艺存在的问题提出对策。
第二，建立严格的管理制度，无论是过程控制还是设备检验管理，都必须严格规范操作方法、操作参数和检验方法，确保操作的准确性和安全性。
第三，利用统计技术和计算机技术确定相关参数，并根据相关参数，模拟推算每一步影响产品质量的地方和造成工艺故障的原因，从而进行改进。
2.4材料材质
国内紧固件所用钢在使用过程中容易出现偏析、脱碳和裂纹等问题，造成这些问题的原因主要有两个：第一，紧固件所用钢原材料在冷成型前没有进行球化退火；第二，在退火过程中，退火炉没有采用气氛保护，使钢原料的表面脱碳。日本神户企业用球化钢作为紧固件的主要原料，紧固件制造商不需要对钢原料进行球化退火，所以不存在脱碳问题。
俄罗斯的一家紧固件企业对钢原料进行感应加热,在保护气氛下进行球化退火处理，从而很好地解决了紧固件钢材原材料的脱碳问题。
2.5热处理调质炉
国外的热处理调质线广泛采用传统铸链式和网带式。这两条调质线在封炉、计算机控制、故障指示等方面优势明显。高强度紧固件热处理需要经过加热、淬火、回火工序，其中包括加热、回火前的清洗、整个步骤完成后的着色等工序，全过程由电脑系统自动管理控制，有效保证热处理的稳定性。
国内多数公司自动化程度并不高，如东风汽车的8.8级高强度紧固件，其调质处理在震底炉上进行，受到设备条件的影响，该热处理炉密闭性较差，保护气氛纯度不易控制，炉内温度变化大，不太稳定，零件在炉内加热过程中存在碰撞摩擦现象。
2.6淬火介质
调质热处理时，进行淬火的媒介在热处理中起着十分关键的作用，直接影响热处理后紧固件用钢的淬火性能，会引起淬裂和变形现象。国外在进行高强度紧固件调质热处理时，对中碳钢大多采用水溶性淬火介质或快速淬火油进行淬火。国内的紧固件企业大多采用两种淬火溶剂：碱性水和普通机械油。碱性水淬火会造成紧固件外表变硬并产生裂纹，而用普通机械油淬火则会造成紧固件的表面硬度不均匀，所以在实际生产中，需要对紧固件钢材料反复进行调质热处理。
2.7检测
要想确保紧固件安全性，提高紧固件质量，完善的检测设备是必要条件，国外利用直读光谱仪快速测定紧固件钢材料的化学成分，对原料是否存裂纹等缺陷进行在线无损检测，以保证原材料处在良好状态,并通过碳势监控、温度控制和工艺参数控制进行调质热处理，对淬火介质进行温度和冷却速度的监测，进行萍火、回火后的硬度值测定和金相检验。在热处理后，国内企业一般对紧固件的牢固性能、抗拉性能、金属组织结构和保护气氛进行分析，对部分高强度紧固件内部裂纹等部位的磁粉荧光进行无损检测。然而，国内企业淬火介质冷却温度和冷却速度的测定、金相组织定量分析等不能满足检测要求。
3、汽车紧固件发展趋势
随着全球在节约能源、环境保护和低碳经济方面达成共识，汽车已成为能源资源消耗和空气污染的主要“贡献者”。
我国已成立汽车轻量化技术创新战略联盟，汽车轻量化是未来汽车行业发展方向之一。随着客户对紧固件轻量化、环保、长寿命等方面的要求不断提高，紧固件技术不断更新，以适应市场发展需要。目前，更高的硬度和更佳的耐腐蚀疲劳性能，逐渐成为研究高强度紧固件的重点领域。当前，我国企业对紧固件技术的研发应当注重基础理论和应用技术、产品、制造工艺与装备创新等方面。
3.1汽车紧固件创新离不开基础理论和应用技术
汽车钛合金螺丝的主要作用是“连接”，铆接和螺纹连接是目前主要的接头形式。螺纹连接是一种复杂的接头形式，是一种广泛使用的可拆卸的固定连接,具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点。螺纹连接的机理至今仍在被研究，与其相关的理论和应用方法，还是20世纪欧洲VDI2230的理论经典。如果没有这些理论，世界上螺纹连接技术将处于几
十年前的水准。另外，新型金属材料、塑性成型等基础理论与关键技术的研发，为汽车紧固件的生产打下扎实基础。
中国拥有世界上最多的汽车产量，有着广阔的汽车市场，有100多个汽车紧固件制造企业。我国高效率、快捷、高度自动化的紧固件制造流程，离不开基础理论与技术。这些基本理论与新的技术，促进了中国汽车紧固件生产、制造技术与设备的革新发展。
3.2需求决定汽车紧固件创新
今天的汽车紧固件产品就像“盛开的花朵”，包括发动机连杆、汽缸头、飞轮、变速器、主传动转向机构、门铰链固定螺栓等紧固件，以确保动力传输安全。它们体积小，种类多，多为小零件，表面上不起眼，但具有非常重要的作用。如今，具有一些新功能的汽车紧固件不断涌现，造就了紧固件行业的繁荣。汽车行业的不断创新发展，使对汽车紧
固件的新需求不断增长，进一步促进了紧固件产品的不断创新。
3.3产品、工艺与设备密不可分
各种紧固件产品的设计与创新都离不开企业生产工艺与设备，企业生产工艺与设备对紧固件产品创新具有非常重要的作用。汽车紧固件产品是大批量使用的产品，企业生产必须满足规模大、快速制造的特点，产品设计通常和工艺方法、设备类型有关。
如今，一些企业针对紧固件的制造研发了特定的设备和工艺方法。汽车紧固件的制造大多离不开冷成型工艺和高速冷成型设备，可以说,产品的开发、设备和工艺方法是不可分割的。
4、汽车紧固件（钛螺丝）工艺发展
国务院印发的《中国制造2025》将“节能与新能源汽车”作为重点发展领域，提出“掌握汽车低碳化、信息化、智能化核心技术，提升动力电池、驱动电机、高效内燃机、先进变速器、轻量化材料、智能控制等核心技术的工程化和产业化能力”，明确了汽车产业发展方向是低碳化、信息化、智能化。
新时代，发展汽车紧固件工艺成为提高车辆质量的有效手段，是达成汽车紧固件企业目标的重要措施。材料是构成汽车的物质基础，而工艺是材料到零部件、零部件到整车的实现过程，汽车技术的进步在很大程度上受到材料与工艺技术发展的影响。
低碳是节能的途径，一般包括轻量化工艺制造技术、降低表面摩擦系数工艺技术及新能源技术，涉及结构优化设计、轻量化材料使用及轻质生产工艺等3个方面。
汽车轻量化材料主要有两种：一种是高强度材料，主要是高强度钢材；另一种是轻质材料，包括铝合金、镁合金、钛合金、塑胶、碳纤维复合材料等。
在能力建设方面，着重建立以轻量化研究室为基础的金属、复合材料、连接等领域的重点研究室，其中在金属领域着重建设元素分析、金相检验、硬度力学、无损检测、材料疲劳、金属材料工艺验证等试验室，提高企业工艺失效判定精准度和产品质量达标率，以实现中国汽车紧固件规划、设计、生产的互联互通。
5、结束语
国外紧固件产业发展历史悠久，起步较早，且具备一定生产基地和资源优势，所以国内汽车紧固件技术和国外先进技术水平还有较大差距。但是，我国紧固件产业发展迅速。随着汽车零部件市场竞争的加剧，市场对轻量化、安全性强及长寿命的紧固件的需求愈来愈大。就目前世界格局而言，无论在横向规模发展还是纵向科技提升方面，我国紧固件行业均具有巨大的发展空间，汽车紧固件的发展和创新之路任重而道远。
参考文献：
[1]魏兴钊.砥砺前行产业致远：热处理产业发展推进刍议[J].机电工程技术,2021(4):1-6.
[2]钱鹏，陆恒昌，袁峰.汽车用耐热紧固件团标的制定及A286合金螺栓的研制[J].上海金属，2020(6):15-19,26.
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