緊固件是把兩個或兩個以上零件（或部件）連接成為整體時所采用的一系列機械零件的總稱,是重要的通用基礎機電產品，在工業中具有舉足輕重的作用,被譽為“工業之米”[1]。緊固件材料主要包括碳素鋼類、合金鋼類、不銹鋼類、鈦合金類、高溫合金類等[2]。高溫合金緊固件在高溫環境下（600℃以上)仍然具備優良的強度、抗氧化、抗熱腐蝕、耐
疲勞等綜合性能。近年來航空航天領域對高溫合金緊固件的需求量逐年遞增。經過幾十年的發展，我國基本完成了高溫合金緊固件研制生產關鍵核心技術的突破，但在產品批次穩定性、生產制造基礎以及標準化體系方面仍存在一定的差距。
1、高溫合金緊固件研發生產現狀
1.1典型高溫合金材料
高溫合金緊固件是航空航天發動機高速旋轉的壓氣機和轉子間、轉子與傳動系統間、機厘間、飛機機翼、機身等關鍵部位的連接件，必須具有高的抗拉強度和剪切強度，高的持久和蠕變抗力，抗疲勞與抗應力松弛，優良的耐腐蝕性能，以及相匹配的熱膨脹系數等優異性能。航空航天用高溫合金緊固件種類繁多,涉及高強度螺栓螺釘、自鎖螺母、高鎖螺母、鉚釘、特種緊固件等，典型航空航天緊固件用高溫合金材料主要有GH2132、GH4169、GH4738。
CH2132（國外牌號A286）是一種時效硬化鐵基高溫合金，以Fe-25Ni-15Cr為基體,用少量的鉬、鈦、鋁、釩和微量硼等元素綜合強化而得，主要通過時效析出Ni3（Ti,A l）相進行強化，該合金在-253~500℃具有較高的屈服強度和持久蠕變強度,并有好的加工塑性和可焊性，廣泛應用于生產航空航天用壓氣機盤、轉子葉片和緊固件等[3]。采用GH2132生產的緊固件種類繁多,其主要產品集中在900MPa級的螺母、1100MPa級的HB系列螺栓、1300MPa級的NAS系列的高強度螺栓以及試驗芯棒等。
CH4169（國外牌號Inconel718）是一種沉淀強化型鎳基高溫合金，基體為奧氏體（相），主要強化相為"相和"Ni3（A l,Ti,N b)相,該合金在-253~650℃具有良好的綜合性能，650℃以下的屈服強度居變形高溫合金的首位，并具有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化、耐腐蝕性能，可以保證長期組織穩定，在航空航天飛行器緊固件、渦輪盤、油氣井及油氣管道等領域均有廣泛應用，占世界高溫合金年產量的1/3以上[4]。其中,航空發動機緊固件使用環境嚴酷，其連接件要求具有耐高溫、高強度、高抗疲勞性，并要求具有良好的防松性等特點，航空發動機用螺栓90%以上采用的是GH4169。GH4169緊固件主要用作高強度螺栓、螺母、螺釘、螺套等，集中在1275MPa和1512MPa兩個強度等級。
GH4738（國外牌號Waspaloy）是一種Ni3（A l,Ti）相沉淀硬化型鎳基高溫合金，通過降低C含量、提高Al+Ti含量增加相（沉淀硬化相）的含量，進而提高合金的強度;降低夾雜物形成元素S和O的含量,提高了合金純凈度,顯著提高合金的疲勞性能,在-253~815℃具有強度高、抗氧化、耐腐蝕、熱加工與焊接性能好、冷變形加工性能好等優異的綜合性能，同時具有良好的強韌性匹配，從而成為700℃以上航空航天用緊固件的重要選材[5]
1.2市場供需情況
1.2.1市場需求
近年來，歐美等西方國家持續對我國進行高新技術封鎖，俄烏沖突愈演愈烈，國際形勢不容樂觀。
為應對各種不確定性，加快裝備更新換代和加強備戰，提升我國戰略威慢力成為新時期的必然選擇。隨著武器裝備升級換代，對軍用關鍵材料提出更高的技術指標和產量要求。進人“十四五”，我國武器裝備加速建設，戰略戰術導彈數量級增長，新一代戰機的快速列裝，對高溫合金緊固件等上游產品的需求日益增大。
1.2.2國內供應情況
航空航天用高溫合金緊固件研制生產涉及產品設計、材料冶煉加工、產品制造、產品應用等主要環節。國內高溫合金緊固件設計制造單位主要有：航天精工股份有限公司、中國航空工業標準件制造有限責任公司、東方藍天鈦金科技有限公司等，以上3家單位的供應量約占高溫合金緊固件供應市場份額金屬制品的70% 以上；國內航空航天用高溫合金材料冶煉加工單位主要有：撫順特殊鋼股份有限公司、北京鋼研高納科技股份有限公司、攀鋼集團四川長城特殊鋼有限責任公司、西部超導材料科技有限公司、中鋼集團鄭州金屬制品研究院股份有限公司、江蘇圖南合金股份有限公司等，以上6家單位的供應量約占高溫合金材料供應市場份額的90% 以上。
1.2.3關鍵核心技術
20世紀60年代起，國內相繼開展了GH2132、GH4169、GH4738等典型高溫合金棒絲材試制。20世紀90年代以來，典型高溫合金在航空航天緊固件領域逐漸推廣應用。現階段，國內航空航天領域緊固件產品及材料已基本突破關鍵核心技術，形成自主研制生產能力，緊固件產品及材料在化學成分、關鍵性能等方面與進口產品相當。
航空航天緊固件用高溫合金材料研制生產主要采用變形高溫合金制備技術，通過真空感應+真空自耗重熔雙聯冶煉技術制備成鑄錠，再通過鍛造、軋制、擠壓等方式加工變形成材，涉及的關鍵核心技術主要有：合金成分調控技術、雙聯純凈化冶煉、熱軋壞的成分和組織均勻性控制技術、高速連續軋制穩定性控制技術、棒材冷拉變形對強韌性及尺寸精度的控制技術等；航空航天緊固件研制生產主要采用鐓制成形工藝，涉及的關鍵核心技術主要有：棒絲材全面性能測試分析技術、多工位溫成形技術、高精度搓絲滾絲技術、自潤滑涂層涂覆技術、綜合考核驗證技術等。
2、存在的問題
盡管國內航空航天領域緊固件研制生產已基本突破關鍵核心技術，但是在產品及材料批次穩定性控制、生產制造基礎能力、標準規范體系建設等方面與國外仍有一定的差距。
2.1產品及材料批次穩定性控制不足
現階段，國內航空航天緊固件用高溫合金材料生產制造過程中仍然存在成分波動大、組織不均勻、尺寸精度公差波動大等問題，導致材料批次性能不穩定和成品率較低，國內航空航天緊固件用高溫合金材料工程化制備技術成熟度不足7級，緊固件生產單位普遍認為國產高溫合金材料“不好用不敢用”；國內航空航天用高溫合金緊固件產品生產制造過程中仍然存在鐓制成型不規則、滾絲折疊、潤滑涂層涂覆不均勻、表面不連續缺陷等問題，導致產品力學性能不達標、涂層不均勻、疲勞壽命不足、產品質量不合格和批次不穩定，急需進一步提高高溫合金材料、緊固件產品工程化制備技術成熟度。
2.2生產制造基礎能力薄弱
航空航天用高溫合金緊固件不同于普通緊固件,其生產工藝復雜、制造技術難度大，屬于高端緊固件范疇。由于前期市場需求量少，國內對高溫合金緊固件生產制造基礎能力重視程度不夠、投資意愿不強,加之國內高端制造業在核心技術領域與歐美日等發達國家有著較大差距，導致高溫合金緊固件及其材料的生產制造基礎能力薄弱，部分高端裝備長期依賴進口。具體來看，在高溫合金材料研制生產端，真空冶煉爐、真空自耗爐、精鍛機等設備長期依賴進口；在緊固件產品研制生產端，多工位溫鐓機、高精度滾絲機、數控搓絲機等設備長期依賴進口；在研制生產原輔料方面，二硫化鉬、鍍銀層、鍍鋁層等潤滑涂層還處在研發起步階段。
2.3標準規范體系尚未完善
現階段，國外航空航天用高溫合金緊固件在產品規格、材料標準、工藝規范、尺寸公差體系、表面狀態規定等方面已經建立相對完整而協調的標準體系。以美國航空航天協會（AIA）下屬的國家航空航天標準委員會（NASC）為例，NASC管理下的NAS標準逐步形成了以緊固件為主體的標準體系[6]。
其中,NASM1515是最典型的航空航天緊固件標準，NASM1515詳細編制了材料、頭型選擇、表面螺紋、尺寸公差、潤滑劑、夾緊與預加載、墊片墊圈、設計使用限制等基礎標準，成為國際航空航天界目前選取緊固件時的首選標準。
國內航空航天用高溫合金緊固件標準尚未形成體系，高溫合金材料研制生產單位、緊固件產品研制生產單位、產品使用單位自成體系，制定了大量結構型式相似卻各異、尺寸性能相近卻不同的企業標準或行業標準，數量繁雜，標準化、通用化、系列化程度低，對緊固件選用、研制生產、安裝使用、維修保障造成極大的影響。
3、努力方向
針對現階段批量生產穩定性、生產制造基礎、標朱行欣，等：國內航空航天用高溫合金緊固件發展現狀心助理研究員。
準化體系等方面存在的問題，國內航空航天用高溫合金緊固件未來發展需要做好以下幾個方面的工作：（1)加快突破緊固件產品及高溫合金材料工程化制備技術，不斷提高技術成熟度；（2）加大制造生產裝備的研發投人，著力解決關鍵核心裝備受制于人的問題，持續增強產業鏈供應鏈的安全穩定；（3）堅持標準引領，借鑒國外先進標準體系，結合行業現狀，構建完善的航空航天用高溫合金緊固件標準體系，規范指導緊固件產品的選用、研發、制造。
4、結語
高溫合金緊固件作為特殊環境下的高強度高耐久性承力連接件，產品雖小，卻蘊含著豐厚的技術積淀，在航空航天領域發揮著不可替代的作用，具有極其重要的戰略意義和社會效益。現階段，國內航空航天用高溫合金緊固件發展已經取得長足的進步，但與國外先進水平還有一定的差距，需要堅持問題導向，加快關鍵核心技術攻關，壯大產業鏈供應鏈，
完善產品標準體系，引領行業高質量發展。
參考文獻
[1] 李英亮.緊固件概論［M].北京：國防工業出版社，2014.
[2] 李蒙,鳳偉中，關蕾，等.航空航天緊固件用鈦合金材料綜述[J].有色金屬材料與工程，2018（4）：49-53.
[3] 代禮斌，萬紅，王東哲，等.熱處理工藝對A286合金組織和性能的影響[J].熱加工工藝,2018（22）：181-184.
[4] Qi Huan. Review of INCONEL 718 alloy: Its history , prop-erties,processing and developing substitutes [ J]. Journalof Materials Engineering,2012(8) :96 - 104.
[5] 劉輝，蔡新宇.熱加工參數對GH738合金動態再結晶行為的影響[J].鋼鐵研究學報,2014,26（3）：46-50.
[6] 李劍.NAS中緊固件選用禁忌標準介紹和分析研究[J].科技創新導報，2014（22）：52.
作者簡介
朱行欣 1989年生，工程師，中鋼集團鄭州金屬制品研究院股份有限公司研發中心副主任。
胡曉培 1988年生，國家知識產權局專利審查協作河南中心助理研究員。
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