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近年來,作為汽車廠家的要求有,降低零部件成本、輕量化和高強度等。尤其是,在海外為取得比新興國汽車廠家更具競爭力的價格優勢,必須最大限度地降低成本,生產在當地具有競爭力的汽車。同時,為應對環保問題,必須減少CO2排放,為降低燃耗,必須盡量減輕車身重量。
要降低零部件成本,當然也包括要降低螺栓成本。在螺栓的制作成本中,坯料成本占主要部分,因此最有效的辦法是降低材料本身的成本。日本各汽車廠家為降低材料的供應成本,正在研究使用海外的廉價材料。但是,由于有的對制作螺栓的線材的潔凈度等質量要求比板材或棒材的高,無法充分滿足日本汽車行業要求的質量,因此目前使用海外鋼材的汽車廠家還很少。
另一方面,在輕量化方面,各汽車廠家都進行了各種研究。為滿足用戶的上述要求,螺栓制作廠家也進行了各種使螺栓輕量化的研究。作為使螺栓輕量化的措施,有的使用鋁或鈦等輕金屬,有的減小螺栓尺寸。在這些各種措施中,雖然鋁比鐵輕得多,但強度低。鈦雖然比鐵輕,具有與鐵相同的強度,但不容易加工,而且材料成本相當高。基于上述原因,汽車用螺栓在輕量化方面取得實效的例子還很少。
減小螺栓尺寸雖然可以減輕重量,但如果減小相同強度等級的螺栓尺寸,由于螺栓斷面積的減小,螺栓的緊固力會下降。因此,為確保相同程度的堅固力,又減小螺栓尺寸,必須提高螺栓的強度。
在目前的JIS等公共標準和汽車廠家自有的標準中,只對強度等級在12.9以下的螺栓作出規定。普通的調質型螺栓當強度超過12.9時,遲延斷裂特性會一下子變差。在一些已使用10.9或12.9的高強度螺栓的地方,如果要想通過減小尺寸來達到輕量化,就必須使用強度超過12.9的螺栓,并采用某種方法改善遲延斷裂特性。
調質型螺栓為實現高強度,有的通過添加合金元素來改善延遲斷裂特性。雖然添加合金元素多少可以改善延遲斷裂特性,但由于合金元素價格高,因此成本的上升是不可避免的。
另外一個措施就是使用非調質型螺栓。非調質型螺栓就是在成形后無需進行調質(熱處理),主要是通過材料的加工硬化來確保強度。非調質螺栓的金屬組織與調質螺栓的完全不同,它具有很強的抗延遲斷裂特性。非調質螺栓使用的是碳含量比調質螺栓高的材料,通過在坯料階段的控制冷卻和熱處理,能獲得高的斷面收縮率,經拉絲加工形成加工硬化后,在螺栓的成形階段進一步的加工硬化可確保螺栓的強度。普通螺栓在成形后雖然沒進行調質,但為了通過冷鍛壓來消除螺栓內部的應變,因此必須進行發藍處理。缺點是材料的硬度比調質型的高,非常難以成形。
目前,用于發動機的非調質型螺栓的強度為1600MPa,用于車身的非調質型螺栓的強度已達1400MPa。可以預計今后對這種高強度螺栓的需求將進一步擴大。
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