紧固件是把两个或两个以上零件(或部件)连接成为整体时所采用的一系列机械零件的总称，是重要的通用基础机电产品，在工业中具有举足轻重的作用，被誉为“工业之米”［1］。紧固件材料主要包括碳素钢类、合金钢类、不锈钢类、钛合金类、高温合金类等［2］。高温合金紧固件在高温环境下(600℃以上)仍然具备优良的强度、抗氧化、抗热腐蚀、耐疲劳等综合性能。近年来航空航天领域对高温合金紧固件的需求量逐年递增。经过几十年的发展，我国基本完成了高温合金紧固件研制生产关键核心技术的突破，但在产品批次稳定性、生产制造基础以及标准化体系方面仍存在一定的差距。

1、高温合金紧固件研发生产现状

1.1典型高温合金材料

高温合金紧固件是航空航天发动机高速旋转的压气机和转子间、转子与传动系统间、机匣间、飞机机翼、机身等关键部位的连接件，必须具有高的抗拉强度和剪切强度，高的持久和蠕变抗力，抗疲劳与抗应力松弛，优良的耐腐蚀性能，以及相匹配的热膨胀系数等优异性能。航空航天用高温合金紧固件种类繁多，涉及高强度螺栓螺钉、自锁螺母、高锁螺母、铆钉、特种紧固件等，典型航空航天紧固件用高温合金材料主要有GH2132、GH4169、GH4738。

GH2132(国外牌号A286)是一种时效硬化铁基高温合金，以Fe-25Ni-15Cr为基体，用少量的钼、钛、铝、钒和微量硼等元素综合强化而得，主要通过时效析出γ'Ni3(Ti，Al)相进行强化，该合金在-253~500℃具有较高的屈服强度和持久蠕变强度，并有好的加工塑性和可焊性，广泛应用于生产航空航天用压气机盘、转子叶片和紧固件等［3］。采用GH2132生产的紧固件种类繁多，其主要产品集中在900MPa级的螺母、1100MPa级的HB系列螺栓、1300MPa级的NAS系列的高强度螺栓以及试验芯棒等。

GH4169(国外牌号Inconel718)是一种沉淀强化型镍基高温合金，基体为奥氏体(γ相)，主要强化相为γ″相和γ'Ni3(Al，Ti，Nb)相，该合金在-253～650℃具有良好的综合性能，650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位，并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能，可以保证长期组织稳定，在航空航天飞行器紧固件、涡轮盘、油气井及油气管道等领域均有广泛应用，占世界高温合金年产量的1/3以上［4］。其中，航空发动机紧固件使用环境严酷，其连接件要求具有耐高温、高强度、高抗疲劳性，并要求具有良好的防松性等特点，航空发动机用螺栓90%以上采用的是GH4169。GH4169紧固件主要用作高强度螺栓、螺母、螺钉、螺套等，集中在1275MPa和1512MPa两个强度等级。

GH4738(国外牌号Waspaloy)是一种γ'Ni3(Al，Ti)相沉淀硬化型镍基高温合金，通过降低C含量、提高Al+Ti含量增加γ'相(沉淀硬化相)的含量，进而提高合金的强度;降低夹杂物形成元素S和O的含量，提高了合金纯净度，显著提高合金的疲劳性能，在-253~815℃具有强度高、抗氧化、耐腐蚀、热加工与焊接性能好、冷变形加工性能好等优异的综合性能，同时具有良好的强韧性匹配，从而成为700℃以上航空航天用紧固件的重要选材［5］。

1.2市场供需情况

1.2.1市场需求

近年来，欧美等西方国家持续对我国进行高新技术封锁，俄乌冲突愈演愈烈，国际形势不容乐观。

为应对各种不确定性，加快装备更新换代和加强备战，提升我国战略威慑力成为新时期的必然选择。随着武器装备升级换代，对军用关键材料提出更高的技术指标和产量要求。进入“十四五”，我国武器装备加速建设，战略战术导弹数量级增长，新一代战机的快速列装，对高温合金紧固件等上游产品的需求日益增大。

1.2.2国内供应情况

航空航天用高温合金紧固件研制生产涉及产品设计、材料冶炼加工、产品制造、产品应用等主要环节。国内高温合金紧固件设计制造单位主要有:航天精工股份有限公司、中国航空工业标准件制造有限责任公司、东方蓝天钛金科技有限公司等，以上3家单位的供应量约占高温合金紧固件供应市场份额的70%以上;国内航空航天用高温合金材料冶炼加工单位主要有:抚顺特殊钢股份有限公司、北京钢研高纳科技股份有限公司、攀钢集团四川长城特殊钢有限责任公司、西部超导材料科技有限公司、中钢集团郑州金属制品研究院股份有限公司、江苏图南合金股份有限公司等，以上6家单位的供应量约占高温合金材料供应市场份额的90%以上。

1.2.3关键核心技术

20世纪60年代起，国内相继开展了GH2132、GH4169、GH4738等典型高温合金棒丝材试制。20世纪90年代以来，典型高温合金在航空航天紧固件领域逐渐推广应用。现阶段，国内航空航天领域紧固件产品及材料已基本突破关键核心技术，形成自主研制生产能力，紧固件产品及材料在化学成分、关键性能等方面与进口产品相当。

航空航天紧固件用高温合金材料研制生产主要采用变形高温合金制备技术，通过真空感应+真空自耗重熔双联冶炼技术制备成铸锭，再通过锻造、轧制、挤压等方式加工变形成材，涉及的关键核心技术主要有:合金成分调控技术、双联纯净化冶炼、热轧坯的成分和组织均匀性控制技术、高速连续轧制稳定性控制技术、棒材冷拉变形对强韧性及尺寸精度的控制技术等;航空航天紧固件研制生产主要采用镦制成形工艺，涉及的关键核心技术主要有:棒丝材全面性能测试分析技术、多工位温镦成形技术、高精度搓丝滚丝技术、自润滑涂层涂覆技术、综合考核验证技术等。

2、存在的问题

尽管国内航空航天领域紧固件研制生产已基本突破关键核心技术，但是在产品及材料批次稳定性控制、生产制造基础能力、标准规范体系建设等方面与国外仍有一定的差距。

2.1产品及材料批次稳定性控制不足

现阶段，国内航空航天紧固件用高温合金材料生产制造过程中仍然存在成分波动大、组织不均匀、尺寸精度公差波动大等问题，导致材料批次性能不稳定和成品率较低，国内航空航天紧固件用高温合金材料工程化制备技术成熟度不足7级，紧固件生产单位普遍认为国产高温合金材料“不好用不敢用”;国内航空航天用高温合金紧固件产品生产制造过程中仍然存在镦制成型不规则、滚丝折叠、润滑涂层涂覆不均匀、表面不连续缺陷等问题，导致产品力学性能不达标、涂层不均匀、疲劳寿命不足、产品质量不合格和批次不稳定，急需进一步提高高温合金材料、紧固件产品工程化制备技术成熟度。

2.2生产制造基础能力薄弱

航空航天用高温合金紧固件不同于普通紧固件，其生产工艺复杂、制造技术难度大，属于高端紧固件范畴。由于前期市场需求量少，国内对高温合金紧固件生产制造基础能力重视程度不够、投资意愿不强，加之国内高端制造业在核心技术领域与欧美日等发达国家有着较大差距，导致高温合金紧固件及其材料的生产制造基础能力薄弱，部分高端装备长期依赖进口。具体来看，在高温合金材料研制生产端，真空冶炼炉、真空自耗炉、精锻机等设备长期依赖进口;在紧固件产品研制生产端，多工位温镦机、高精度滚丝机、数控搓丝机等设备长期依赖进口;在研制生产原辅料方面，二硫化钼、镀银层、镀铝层等润滑涂层还处在研发起步阶段。

2.3标准规范体系尚未完善

现阶段，国外航空航天用高温合金紧固件在产品规格、材料标准、工艺规范、尺寸公差体系、表面状态规定等方面已经建立相对完整而协调的标准体系。以美国航空航天协会(AIA)下属的国家航空航天标准委员会(NASC)为例，NASC管理下的NAS标准逐步形成了以紧固件为主体的标准体系［6］。

其中，NASM1515是最典型的航空航天紧固件标准，NASM1515详细编制了材料、头型选择、表面螺纹、尺寸公差、润滑剂、夹紧与预加载、垫片垫圈、设计使用限制等基础标准，成为国际航空航天界目前选取紧固件时的首选标准。

国内航空航天用高温合金紧固件标准尚未形成体系，高温合金材料研制生产单位、紧固件产品研制生产单位、产品使用单位自成体系，制定了大量结构型式相似却各异、尺寸性能相近却不同的企业标准或行业标准，数量繁杂，标准化、通用化、系列化程度低，对紧固件选用、研制生产、安装使用、维修保障造成极大的影响。

3、努力方向

针对现阶段批量生产稳定性、生产制造基础、标准化体系等方面存在的问题，国内航空航天用高温合金紧固件未来发展需要做好以下几个方面的工作:(1)加快突破紧固件产品及高温合金材料工程化制备技术，不断提高技术成熟度;(2)加大制造生产装备的研发投入，着力解决关键核心装备受制于人的问题，持续增强产业链供应链的安全稳定;(3)坚持标准引领，借鉴国外先进标准体系，结合行业现状，构建完善的航空航天用高温合金紧固件标准体系，规范指导紧固件产品的选用、研发、制造。

4、结语

高温合金紧固件作为特殊环境下的高强度高耐久性承力连接件，产品虽小，却蕴含着丰厚的技术积淀，在航空航天领域发挥着不可替代的作用，具有极其重要的战略意义和社会效益。现阶段，国内航空航天用高温合金紧固件发展已经取得长足的进步，但与国外先进水平还有一定的差距，需要坚持问题导向，加快关键核心技术攻关，壮大产业链供应链，完善产品标准体系，引领行业高质量发展。

参考文献

［1］李英亮.紧固件概论［M］.北京:国防工业出版社，2014．

［2］李蒙，凤伟中，关蕾，等.航空航天紧固件用钛合金材料综述［J］.有色金属材料与工程，2018(4):49-53．

［3］代礼斌，万红，王东哲，等.热处理工艺对A286合金组织和性能的影响［J］.热加工工艺，2018(22):181－184．

［4］QiHuan.ＲeviewofINCONEL718alloy:Itshistory，prop-erties，processinganddevelopingsubstitutes［J］.JournalofMaterialsEngineering，2012(8):96-104．

［5］刘辉，蔡新宇.热加工参数对GH738合金动态再结晶行为的影响［J］.钢铁研究学报，2014，26(3):46-50．

［6］李剑.NAS中紧固件选用禁忌标准介绍和分析研究［J］.科技创新导报，2014(22):52．

(收稿日期:2023-03-31)

作者简介

朱行欣，1989年生，工程师，中钢集团郑州金属制品研究院股份有限公司研发中心副主任。

胡晓培，1988年生，国家知识产权局专利审查协作河南中心助理研究员。

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