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11月28日，由上海大学材料学院董瀚教授领衔的高性能钢铁材料团队、河北龙凤山铸业有限公司、七丰精工科技股份有限公司、舟山市7412工厂、江苏冶金技术研究院、上海大学（浙江）高端装备基础件材料研究院、上大新材料（泰州）研究院等七家单位经过一年多的联合攻关，研制出世界首款19.8级超高强度紧固件，成为世界最高强度等级的紧固件。公开资料显示，国外目前优势企业的紧固件最高强度级达到了17.8级。所以，此举是国际上紧固件与材料攀登强度高峰的一个突破。将有力地推动我国重大装备的轻量化制造（如可以实现发动机小型化和提高功率密度的目标），促进中国的钢铁生产与紧固件制造领先世界。 该项目通过“材料生产—紧固件制造—服役评价”全产业链协作，基于钢铁材料高性能化理论，利用龙凤山铸业生产的高纯铁原料成功研发出超高强度紧固件用B17.8及B19.8钢，形成了16.8级和19.8级紧固件制造技术，紧固件实物如图1所示。 图1 16.8和19.8级紧固件实物（规格为MJ8×1×50） 关于16.8和19.8级螺栓的几个方面： 1.通过材料和热处理工艺优化，16.8级和19.8级螺栓室温抗拉强度分别满足1600~1770MPa和1900~2070MPa。 2.剪切测试（依据GJB 3376-1998）结果表明，16.8级和19.8级螺栓剪切力分别达到97KN和115KN。 3.室温拉伸疲劳强度测试（依据GJB 3376-1998及GJB 715.30A-2002，载荷比=0.1）结果表明，研制的紧固件满足疲劳寿命要求（平均疲劳寿命不低于65000次，单个疲劳寿命不低于45000次）。 4.耐延迟断裂性能试验（根据GJB 715.12-1990，大气环境下恒定拉应力保持96小时）结果表明，螺栓在测试时间内未发生断裂破坏，卸载后螺栓表面及螺纹处未发现裂纹。 总之，新研制的超高强度螺栓综合性能满足使役要求。 高强度螺栓（High-Strength Friction Grip Bolt），英文直译为：高强度摩擦预紧螺栓，英文简称：HSFG。通常我们把材料等级超过8.8级的螺栓，就认为是“高强度螺栓”，其实不是。 表1-1 螺栓、螺钉、螺柱和螺母性能等级 表1-2 紧定螺钉性能等级 高强度螺栓和普通螺栓的核心区别并不在于使用材料的强度，而是受力的形式。本质是是否施加预紧力，并利用静摩擦力抗剪。（1）* （1）*：在有些钢结构的书中确实有提出，高强度螺栓是指强度超过8.8级的螺栓。对于这种观点，首先英美标准是不支持的，没有针对某种特定强度等级来界定“强”与“弱”。其次，也并不符合我们工作中提及的“高强度螺栓”。  通过计算我们可以看到，相同等级的情况下，普通螺栓的抗拉强度和抗剪强度的设计值都要高于高强度螺栓。（2）* （2）*：为便于对比，此处不考虑复杂螺栓群的受力情况。 为回答这一个问题，必须从两种螺栓的设计工作状态入手，研究其弹塑性变形的规律，并理解到设计破坏时的极限状态。 普通螺栓和高强度螺栓工作状态下应力应变曲线 设计破坏时的极限状态 普通螺栓：螺杆本身发生超过设计允许的塑性变形，螺杆被剪坏。普通螺栓连接，开始承受剪力前连接板间就会发生相对滑移，继而螺栓杆和连接板接触，发生弹塑性形变，承受剪力。 高强度螺栓：有效摩擦面间的静摩擦力被攻克，两块钢板发生相对位移，设计考量上即为破坏。高强度螺栓连接，摩擦力首先承受剪力，当荷载增大到摩擦力不足以抵抗剪力，静摩擦力被攻克，连接板发生相对滑移（极限状态）。但此时虽然破坏，但螺栓杆与连接板发生接触，依然可以利用其本身的弹塑性形变，承受剪力。（3）* （3）*：承压型高强度螺栓在设计时也考虑了螺杆的承压受力。 超高强度紧固件可以在相同夹紧力下，通过减少自身尺寸来降低重量和增加安装空间，因此可以对被连接部件进行功能和体积优化，从而使装备达到整体减重和性能优化的目的。在当前“碳达峰”和“碳中和”政策下，汽车、高铁、航空、航天、国防、风电等国家重大装备制造用紧固件对长寿命超高强度紧固件有紧迫需求。 1.汽车紧固件 在汽车制造中，紧固件几乎可以被应用在每一个子系统上，例如：发动机、车轮悬挂系统、底盘系统、安全气囊、自动防抱死刹车系统等。发动机是汽车的核心，其服役条件非常苛刻，特别是发动机的缸盖螺栓、曲轴主轴承盖螺栓、曲轴皮带轮螺栓、连杆螺栓及飞轮螺栓等是最关键的5大紧固件，其质量关系到汽车的性能稳定和安全性。 汽车紧固件种类繁多，主要分为四大类，包括标准紧固件、非标准紧固件、标准机械元件和非标准机械元件，其中非标准紧固件质量要求最高。非标准紧固件中，如汽车发动机连杆螺栓、飞轮螺栓、车轮螺栓、悬挂螺栓等由于其要求很高的质量和良好的稳定性，我国还不能达到国产化要求，大部分依赖进口。 2.风电紧固件 紧固件是风力发电环节重要不可或缺的一部分，据相关资料显示，一套风电设备需要用到几千个紧固件，从下图中，我们可以看出一些主要的紧固件使用，包括风电机塔中的塔筒螺栓、锚栓组件，机舱中的主机螺栓，叶片中的预埋螺套和叶片双头螺栓等，而一个风电叶片约需要100个预埋螺套与主机紧紧相连，风电叶片专用的“预埋螺套”紧固系统部件是大型风电叶片制造技术进步的关键核心精密部件。 风电用的高强度紧固件由于长期野外服役，环境恶劣，维修条件差，所以要求风机稳定性强。正常连续工作情况下，风电紧固件要求必须保证15年以上的使用寿命。风电高强度螺栓大部分选择10.9级，少量为8.8级。10.9级高强度螺栓，其硬度值32～39HRC，抗拉强度Rm≥1040MPa，断后伸长率A≥9%，断面收缩率Z≥48%，低温冲击强度（-45℃）KV2≥27J。 风力发电机组用高强度螺栓，作为主机、叶片、塔架和减速箱的连接件，与主机一起承担着基本性能、构件基本功能的各项要求。主要有以下品种。 a.塔筒螺栓：即风力发电机塔座上使用的螺栓，主要使用的是GB/T 1228～1231、DIN 6914～6916以及DAST等大六角头钢结构连接副螺栓。 b.整机螺栓：即风力发电机上使用的螺栓，主要使用的是GB/T 5782、GB/T 5783、GB/T 70.1、GB/T 6170、GB/T 97等六角头螺栓、内六角螺栓、六角螺母及垫圈。 c.叶片螺栓：即连接风力发电机叶片的螺栓，主要为一些新设计的非标双头螺栓及T型圆螺母产品等。 3.航空航天紧固件 在航空结构中使用的紧固件种类很多，像实心铆钉、螺纹销钉、螺栓、螺母和单面装紧固件，当然还有其它常见的紧固件，比如开口销、快卸锁、垫圈等等。 航空航天紧固件应用领域及用途  4.高铁紧固件 紧固件是高铁的“关节”，快速行驶的高铁，任何一个零部件都有可能造成巨大损失。高速行驶的列车和铁轨不断接触，形成的震动非常大，一些普通紧固件的强度根本无法适应高铁的震动，所以高铁需要高强度的紧固件。据了解，平均每一节高铁车厢就要用到紧固件1210个。其中包括155个螺栓，121个螺母，900个铆钉以及34个其他紧固件。为了保证高铁即动车组同行的电力支线架连接，主要采用不锈钢螺栓和不锈钢自锁螺母来紧固链接，每一公里就要使用10000多套。 最后，我国紧固件行业总体处于中低端水平，高端紧固件依赖进口，但是，近年来，我国在高端紧固件方面不断取得突破性的成就，对推动我国紧固件走向世界，促进紧固件企业全面参与国际合作与竞争，都具有重要的意义。 来源：金属加工、上大材料、海拓者说、金蜘蛛紧固件 、紧固件专业展 、百度文库 |
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