机车车辆用紧固件现状及展望.docx

综述述评文章编号：1007-6034(2014)06-0011-03 DOI：10．14032／j．issn．1007-6034．2014．06．004机车车辆用紧固件现状及展望 胡小山 (南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，江苏常州213011)摘要：简要介绍了机车车辆用紧固件的现状，并通过相关失效案例详述了机车车辆用紧固件目 前存在的不足。介绍了某公司针对机车车辆用高强度紧固件在紧固件选材、结构优化及强化工艺 等方面的研究。简述了机车车辆用紧固件的未来发展。关键词：机车车辆；紧固件；制造工艺 中图分类号：TQ055．8+3文献标识码：B级及以上连接螺栓约为27％，部分零部件甚至采用1机车车辆用紧固件现状12．9级螺栓连接。紧固件是机车车辆中大量使用的机械基础件。 高强度紧固件具有承载能力高、受力性能好、耐 目前，机车车辆用紧固件(螺栓、螺钉、螺柱)普遍为疲劳、不易松动等优点¨·；随着机车车辆技术水平8．8级及以上高强度紧固件。2011年，对国内主要 的提高，对高强度紧固件的需求也越来越大。机车 型号的机车车辆、动车组及城轨车辆用紧固件作了 车辆实际运行过程中，紧固件的断裂失效是影响列 统计，统计表明，机车车辆用紧固件愈来愈多地选用 车安全运行的巨大隐患，如何减少紧固件的断裂失 高强度紧固件。以统计的碳钢连接螺栓为例，8．8效一直是工程技术人员比较关注的一个问题。表1 级及以上的连接螺栓使用数量约为92％，其中10．9 是近几年发生的几起紧固件典型失效案列。表1 紧固件失效案例上述失效案例涵盖了高强度螺栓的疲劳断裂、足国标要求，但疲劳强度难以满足实际工况需求。 塑性断裂、脆性断裂3种类型，对上述螺栓的失效分2 高强度紧固件制造技术研究析表明，目前造成螺栓断裂失效的因素主要有以下几种原因。高强度螺栓的选材、结构、强化工艺及制造过程 (1)螺栓材质不良，非金属夹杂物严重，成为裂对高强度螺栓的使用性能有着直接影响。纹启裂源；2．1材料优化 (2)螺栓制造工艺不合理，造成螺栓机械性能 高强度螺栓的材料洁净度、晶粒度以及材料强不符合要求或螺栓产品具有原始裂纹； 度、塑性值对金属材料的疲劳性能有着极大的影响。 (3)螺栓连接设计不科学，设计选择的螺栓满 选用洁净度高的钢可提高螺栓的疲劳强度，如降低 收稿日期：2013一12—3l S含量可以减少S在晶界的偏聚而减轻晶界脆化， 作者简介：胡小山(1977一)，男，高级工程师，硕士。 提高钢的变形能力，还可以减少钢中的非金属夹杂1 1万方数据综述述评 机车车辆工艺第6期2014年12月物；降低P含量可减少P在晶界的偏聚而减轻晶界为提高螺栓的疲劳性能，在结构上需最大限度 脆化，降低钢的变形抗力¨一。地改善螺栓连接结构中螺纹牙的载荷分布和应力状 S、P含量在相关国家标准中已有明确规定，但态，主要从3个方面对螺栓连接结构进行优化：(1) 是关于非金属夹杂物尚未有明确规定；通常，钢中的降低螺栓所承受的应力幅；(2)减小螺纹牙底的应非金属夹杂物合格级别由供需双方协议规定，如 力集中水平；(3)改善螺纹牙上的载荷分布。4 o。GB／T 3077—1999中6．9条。但是在高强度螺栓的 关于如何降低螺栓承受的应力幅，从螺栓的角 实际生产及使用过程中，非金属夹杂物的类别及形度，主要可采用减小螺栓光杆部分直径或采用空心 态对高强度螺栓的疲劳性能有着较大影响¨。。根螺杆方式。通常杆身直径可略低于螺栓螺纹的小 据实际生产经验及相关试验规定了高强度螺栓材料 径，或者减径后杆身的截面积为原截面积的80％， 的非金属夹杂物所允许的规范，如表2所示。这样既可以保证螺栓的静强度，同时又可以降低螺 表2 高强度螺栓非金属夹杂物允许值级栓的刚度，增强其变形协调能力，降低螺纹部位所承A堂羹煮．。类考杂篡暌热望D黼Ds(蓍螽轳受的应力幅”-。(硫化物类)(氧化铝类)(硅酸盐类)记轫类。)球袄类)图2是普通内外螺纹连接时啮合螺纹间的载荷分布，图中可清楚地看出螺栓与螺母啮合的第一扣 处(图中MX标记处)承受的载荷最大，此处螺栓螺18Cr2Ni4WE是某公司制造高强度螺栓所选用纹根部的应力集中也最严重，因此此处最容易发生 的材料之一，该材料为电渣重熔材料，属于特级优质 断裂一 钢，不但S、P含量低，而且非金属夹杂物含量远少詈；要；。，于一般的高级优质合金钢，组织疏松亦相对减少。 ·I--I 4“618,i；：高701．∞113018Cr2Ni4WE具有高强度、高韧性和良好的淬透性， 雪；盏o 1 8是机械零件中常用的渗碳钢，该钢也可在调质的情 胃麓岁¨厂]1 l口7一r-i 1400况下使用。 亘：蠹图1是采用该材料制造的M12 mm×1．5 mm _；；；；内六角螺栓的s—N曲线。在指定寿命N。=5×106 的情