紧固件是连接和紧固零部件的元件，在各类车辆、仪表中得到广泛应用。尽管不同领域紧固件的原料、性能存在差别，但基本用途是相同的，即紧固、连接[1]。紧固件一旦失效，则无法发挥作用，从而影响设备的使用性能，甚至带来安全隐患。本文对汽车紧固件（标准件）失效问题成因和预防措施进行探讨，以更好地发挥汽车紧固件的性能，提升汽车行驶的安全性。

1、 紧固件概述

大部分紧固件的构成是相似或相同的。汽车紧固件一般包括螺栓、螺柱、螺母、自攻螺钉、木螺钉、垫圈、挡圈、销、铆钉、组合件和连接副、焊钉等。

不同构件的作用也不相同，比如螺栓、螺柱、螺母等属于可拆卸连接结构，一般需要根据设计要求进行加工，进而发挥紧固、连接作用[2]。在应用过程中，紧固件也会出现失效问题，比如脱落、摩擦力下降等，从而无法有效连接零部件[3]。

2、 汽车紧固件失效问题成因

2.1 材料问题

材料问题导致的汽车紧固件失效是指因结构不佳引起的紧固件质量缺陷，包括螺栓、螺母质量异常等，可根据其具体情况分为两种类别，即材料表面缺陷、材料内部缺陷。

第一，材料表面缺陷主要影响汽车紧固件的连接能力、紧固效果，使不同结构之间的摩擦力异于设计标准，从而引发结构连接方面的问题。比如，汽车紧固件结构物表面折叠、皱纹、裂纹、拉痕、碰伤等质量问题会导致其与待紧固结构表面接触面积不足，能够发挥的紧固作用也会因此下降。

第二，材料内部缺陷主要是指汽车紧固件结构物内部存在质量缺陷，并且在使用过程中因振动、摩擦、挤压等因素，导致缺陷被放大，进而影响紧固效果。通常，材料内部缺陷包括针孔、裂缝、气泡等。此外，如果用于加工汽车紧固件的原料质地不佳，则既会影响汽车紧固件及其结构物的刚性，也可能诱发内部缺陷或表面缺陷[4]。

2.2 加工工艺问题

加工工艺问题主要是指加工工艺不当、工序不合理、参数不达标等，进而导致汽车紧固件失效，但这种问题比较少见。加工工艺问题可以分为镦锻缺陷、脱碳问题、热处理不到位、氢脆问题 4 个方面。

第一，镦锻缺陷是指在汽车紧固件加工过程中，高温影响下材料的变形抗力发生变化，但技术人员没有准确控制加工参数，导致合金等材料的变形抗力无法得到精准管理，进而影响使用性能，以致汽车紧固件在应用过程中无法有效发挥紧固、连接作用。

第二，脱碳问题是指在热处理过程中，汽车紧固件材料表面的碳易与炉内的保护气体 O₂ 和 CO₂ 发生反应而导致部分或全部被消耗掉，造成表面含碳量低于芯部，形成半脱碳层或全脱碳层。同时，超过标准规定的脱碳层会降低螺纹强度并可能造成其失效。

第三，热处理不到位也会导致紧固件失效问题，一般可分为淬火和回火温度参数不当、淬火时间不合理、淬火油应用不当等。比如，淬火油中含有水，则可能会导致淬火裂纹 ；热处理温度如果过低，则会导致汽车紧固件的硬度不高，进而影响其使用质量。

第四，除氢不到位可能会导致氢脆问题。一些使用过程中负荷较高的紧固件的氢脆敏感性往往较强，在加工过程中如果未能做好管理，结构物中的氢元素含量较高，那么在持续应用的过程中很容易因氢脆问题而出现结构损伤，进而影响汽车紧固件的紧固和连接效果，严重时还会导致汽车紧固件失效。

2.3 疲劳使用问题

尽管很多汽车紧固件使用的材料质量优良，加工工艺也比较完善，但依然存在失效风险，这往往与汽车紧固件的不合理应用有关。比如，在频繁启停、快速制动等因素的影响下，汽车制动系统中的紧固件老化速度会明显加快，失效的可能性也会大幅增加。对此，应定期检修、更换汽车紧固件，以免汽车紧固件出现老化过快的问题。

除过度使用、使用方法不当、缺乏预防管理技巧之外，加工工艺缺陷也会导致汽车紧固件出现疲劳、失效问题。这涉及多方面因素，比如螺纹设计不当、表面压应力不足、金属流线设计不当、头杆连接处处理技术不佳、表面损伤、去应力回火不到位、残余拉应力较大等，从而无法最大限度地保证汽车紧固件及其结构物的性能，导致其在使用过程中出现性能异常，快速达到疲劳极限，引发失效问题。此外，在装配汽车紧固件的过程中，如果扭力过大，会导致预紧力大于设计要求，进而影响汽车紧固件的使用性能，甚至导致结构物（如螺栓）出现裂纹，降低其抗疲劳强度，增加其失效风险。

2.4 检验问题

检验问题是指在汽车紧固件及其结构物使用前、使用过程中，没有通过有效检验发现失效隐患，以致其投入使用后出现失效问题的情况，一般包括晶粒度检验、螺纹精度检验、重点结构物检验等。

晶粒度检验主要是为了了解合金类汽车紧固件及其结构物的质量，检验其是否存在晶粒度过大的问题。在检验不到位的情况下，将晶粒度过大的紧固件、结构物用于生产过程，可能会加速其损耗，诱发失效问题。螺纹精度检验与此相似。不适当的螺纹精度会影响其使用性能，有可能导致汽车紧固件老化加快甚至失效。部分工作人员、机构使用的检验设备质量不佳，无法真实反映汽车紧固件及其重点结构物的质量情况，并且在检验过程中缺乏对金相组织、力学性能等的检测，可能会导致质量存在问题的汽车紧固件、结构物未被检出，使得不合格品进入市场。这类产品失效的风险往往较高。

3、 汽车紧固件失效问题预防措施

3.1 加强材料管理

材料管理是预防汽车紧固件失效问题的基础性措施，包括原料检查及紧固件结构物管理。

第一，原料即用于制备汽车紧固件的各类金属材料，原则上要求所有材料都从正规渠道购买，拥有对应的合格证书，不存在锈蚀、损坏等问题。在使用材料前，应充分了解其性能情况，同时需要对制成后的各类结构物进行管理，使用抽样检查模式检验汽车紧固件表面缺陷。抽样率应达到 6% 以上，即在 100 件汽车紧固件（或单一结构物）中，至少选取 6 件进行质量分析，应用磁力探伤法或荧光探伤法了解其表面是否存在折叠、皱纹、裂纹、拉痕、碰伤等问题。如果存在某种或某几种问题，要根据探伤结果评估结构物是否仍满足设计标准。

第二，结构物内部缺陷往往较为隐蔽，难以通过一般的观测方式察觉。在实际工作中，可以加强复检，并采用金相法等进行质地分析。在应用所有材料之前，以及完成结构物制作后，都需要进行重复检验，再采用金相法挑选并做二次检验，两次检验的结果都满足质量标准后才可应用于紧固件加工。

对于制作完成后的紧固件结构物，可以采用无损检测等方式进行质量分析，以抽样的形式随机选取若干待检样本，并根据检测结果决定是否使用。

3.2 重视规范加工

加工工艺的控制集中于 4 个方面，即镦锻缺陷控制、脱碳管理、有效的热处理、氢脆问题管控。

第一，在镦锻缺陷控制中，应结合汽车紧固件结构特点确定加工材料及参数，如 GH159 合金。该材料是一种特殊冷变形强化高温合金，应用其制作紧固件结构物时，应避免加热毛坯的时间过长，以在加热过程中减少头部变形隐患。针对其他材料，也可采用类似思路对其进行控制，从而减少镦锻缺陷，并做好镦锻工序的全程检查和跟踪。

第二，在防脱碳管理中，要遵循加工原则，在此基础上结合材料特点对脱碳过程进行控制、监督，并且在加工时，要使用符合材料含碳量、处理标准的设备开展作业，同步做好炉内碳势控制，避免碳材料出现损失。

第三，在热处理方面，应在汽车紧固件及其结构物制备前确定加工参数，尤其是淬火、退火工艺，以及冷却介质选择。由于加工工艺参数具有一定的动态性，所以应确定可允许的参数波动范围，以使制成的成品总体符合质量要求。在淬火方面，应严格按照加工要求，避免淬火油中进水，或者因过高、过低温度影响制成物质量，还应跟踪淬火过程，做好过程管理。在具体工作中，要根据材料的基本特点确定加工技术要求和具体参数，并对其加以控制，并且在真空热处理模式下，还应保证全程气体保护工作质量。

第四，氢脆问题管控主要是指在加工过程中，应以标准参数和工艺流程为基础。通常，在完成加工后，可在恒高温环境下（180 ℃）对高强度紧固件进行除氢，根据材料类别的差异确定时间标准，通常持续 1 ～ 4 h。对于一些使用要求较高的汽车紧固件，除氢时间可达到 4 h 以上，但不宜超过 8 h ；对于抗拉强度较高的紧固件，原则上应增加去应力回火工艺环节，并在完成镀锌作业后进行除氢。

3.3 加强抗疲劳处理

汽车紧固件抗疲劳处理主要可从 3 个方面入手，即按照规范进行设计、开展规范的装配、保证使用合理得当。

第一，在设计方面，可设计滚压螺纹，提升螺纹牙底圆角半径，采用滚压螺纹提升汽车紧固件的抗疲劳性能。对于一些高强度的汽车紧固件及其结构物，应开展头部金属流线连续设计，提升其连接强度和抗疲劳性能。还可以冷滚压工艺对头杆连接区域进行优化，通过去应力回火改善结构刚性，并避免出现表面损伤问题。

第二，开展汽车紧固件装配时，应严格按照要求，根据设计标准确定装配的基本参数，避免过度增加装配扭力，以免扭力过大导致紧固件出现结构性损伤。

第三，汽车紧固件在应用过程中会面临使用疲劳问题，超过其使用寿命则有可能导致损坏、失效等情况。对此，可加强对汽车紧固件的日常管理，根据紧固件的使用情况建立周期检修维护机制，在紧固件尚未出现失效问题、隐患之前，通过周期检修加以预防，更换存在老化问题、损坏和失效隐患的紧固件或结构物。同时，在日常工作中，要避免非必要的频繁使用，以延长汽车紧固件的使用寿命，减少不必要的损耗。

3.4 做好紧固件检验

紧固件检验属于辅助措施，涉及晶粒度检验、螺纹精度检验、重点结构物检验等环节。通常，需要按照设计要求，在检验工作中配置足够的设备，确定检验流程和标准，并在实际工作中具体了解汽车紧固件及结构物是否存在晶粒度过大的问题，确保螺纹精度符合设计要求，以提升汽车紧固件的抗疲劳水平。在开展紧固件检验工作之前，应先制定检查计划、质量标准，确定紧固件检验的基本内容、流程和方法，同时选取具有专业资质、能力和经验的人员负责检查工作。在检验工作过程中，可组织现场监督，要求负责检验的人员根据检验计划逐一进行紧固件质量分析，每完成一个项目的检验，应记录对应的检验结果，并形成书面文字，进行签字确认。符合标准的紧固件可用于后续加工流程，而对于不符合标准的紧固件，应写明不合格的具体原因，并将其与其他紧固件分开存放，以待后续处理。此外，还可对金相组织、力学性能等进行检测，了解汽车紧固件及结构物的质量情况，避免不合格品进入市场。

4、 结束语

汽车紧固件失效问题成因比较复杂，对失效问题加以预防、控制，可在一定程度上确保汽车紧固件的使用性能。大部分汽车紧固件的构成是相同或相似的，所以其失效原因也比较相似，一般包括材料问题、加工工艺问题、疲劳使用问题及检验问题等。但汽车紧固件失效具有一定的客观性，难以从根本上杜绝，因此在实际工作中要针对问题成因开展针对性控制。比如，可加强材料管理、重视加工处理的规范性，同时加强抗疲劳处理并做好检验工作，以使汽车紧固件失效问题发生率得到有效控制，保障机械结构的整体使用性能。

参考文献 ：

[1] 梁宝琦 , 车鹏程 , 刘青 , 等 . 某热电厂锅炉用螺纹型紧固件螺栓和销轴失效原因分析 [J]. 锅炉制造 ,2023(4):31-34.

[2] 彭以超 , 严鸿平 , 楼玉民 . 超超临界汽轮机高压旁路阀 B446 材质螺栓断裂失效分析及工程改造[J]. 山西电力 ,2023(3):56-60.

[3] 张忠伟 , 刘检华 , 巩浩 , 等 . 螺纹紧固件咬死失效的热力学分析和试验研究 [J]. 机械工程学报 ,2023(10):346-356.

[4] 马雪寒 , 王守财 , 陈旭 , 等 . 陶瓷基复合材料紧固件制造技术及其连接性能研究进展 [J]. 复合材料学报 ,2023(6):3 075-3 089.

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