丝丝入扣，磐石之固

　　——着眼于汽车紧固件

　　在一部轿车上，使用到约有500种，4000个总重超过50kg的紧固件。这些紧固件的费用约占到整车总成本的2.5%，全部紧固件约占车辆全部零部件数量的5%，装配这些紧固件约占装配整车总体工作量的70%。

　　这一连串的数字读起来非常拗口和生涩，不过也让我们对于汽车紧固件的认识，不再停留在仅仅是简单的螺丝螺母上。既然紧固件这个小角色发挥着大作用，那么我们不妨看看被宝马、大众、比亚迪等车企，和Valeo瓦雷欧、Hella海拉等世界著名零部件企业广泛采购的德国EJOT毅结特紧固件厂商所生产的螺栓的视角，看看一枚小小的螺栓是怎么完成从设计、选材、制造到装配的整个流程。

　　用途决定种类

　　我们日常所说的螺丝，其实只是个俗称。按照专业的分类，紧固件可分为需用螺母来紧固，通常大于M6的螺栓；和安装在内有螺纹的孔中，且小于M6的螺钉以及通过自身形成的螺纹来紧固金属、塑料的自攻螺钉。

　　应用决定选材

　　在汽车的各个部位都可以看到紧固件，但是它们所处的环境和需要的强度都不同，因此，螺栓的应用环境，对于螺栓的材料起到了决定性的作用。

　　如钢制的轮胎螺栓可以在汽车飞速前进和颠簸路面行驶时，提供稳定的高强度表现；在变速器、水泵中的螺栓，需要长期浸泡在高温、酸性环境中工作，即要减轻重量，又需要很大强度，奥氏体不锈钢、铝合金、铜合金材料是首选。

　　单一金属成份的螺栓，由于成分不稳定性和耐受力不足等特点，早已被合金材料所取代。在汽车紧固件中，碳、锰、镍、铬、钼等金属根据具体的要求，都被加入到螺栓中去。其中，由于碳元素的加入可以提高钢件强度，尤其是其热处理性能，也是添加最多的元素。

　　另一个提高钢件强度的元素就是锰。加入锰之后在一定程度上提高金属可淬性，即在淬火时增加了淬硬渗入的强度，也能改进表面质量。我们过去的锰钢自行车就是一个非常切身的使用经验，而且我们平时所用的菜刀刀刃中，也添加有锰元素。同时，镍元素的加入，也可以提高钢件强度，改善低温下的韧性，提高耐大气腐蚀能力，并可保证稳定的热处理效果，减小氢脆的作用。

　　尤其是在发动机内部的高温、震动和高压环境下，紧固螺栓普遍加入能提高可淬性的金属铬、钼、硼、矾和硅等元素，改善耐磨性，提高耐腐蚀能力，对提高高温下的抗拉强度有很大作用，并有利于高温下保持强度。

　　而在如中网、轮眉等诸多的外观件中，工程塑料螺栓的大量使用既可以减轻重量，又足以保证这些部件的紧固强度。

　　冷酷无情的加工环节

　　浇铸好的合金螺栓毛料，首先在接受冷挤压加工时，在加工模具型腔中单位挤压力可高达2000～2500MPa，还要经受着极高的摩擦阻力和温度变化，所以这也在初步考验着螺栓的高强度和高硬度，同时还应具有相当高的韧性，不会由于在冲击、偏心载荷，疲劳应力集中而引起的折断和开裂破坏。

　　第二步即是金属热处理。为使金属紧固件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，通过整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类热处理予以改变其力学、物理和化学性能，而不改变工件的形状和整体的化学成分，通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能，改善工件的内在质量。而且根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。仅就同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能，如经化学热处理后的钢件，实质上可以认为是一种特殊复合材料：心部为原始成分的钢，表层则是渗入了合金元素的材料。心部与表层之间是紧密的晶体型结合，它比电镀等表面复护技术所获得的心、表部的结合要强得多。

　　两步主要的内功修炼环节后，螺栓的耐磨性、抗疲劳强度和抗蚀性与抗高温氧化性都极大的提高了。

　　光滑靓丽的美容工程

　　刚刚制造好的汽车紧固件毛料，外部十分不平整，而且也没有涂层的保护，不够耐用和耐腐蚀，因此需要对其表面利用表面改性技术、薄膜技术和涂镀层技术，使材料表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的工程，材料表面与基体一起作为一个系统进行设计。

　　通过渗碳、化学镀、电镀，阳极氧化、油漆，烤漆和气相沉积等工艺进行过表面处理的紧固件，可有效地改善和提高材料和产品的耐蚀、耐磨性，也有了更加美观的外表，确保产品使用的可靠性和安全性，延长使用寿命。

　　此外，通过进行表面处理，还可以赋予这些紧固件的表面具有原来没有的特殊性能，如包括电磁特性(导电性、绝缘性、半导体性、磁性、电磁屏蔽性)；光学特性(吸光性、反光性、光导、光电效应)，热特性(热传导性、耐热性)，声特性及防辐射等；化学性能：包括腐蚀防护性、催化特性等；机械性能：包括加工性、密封性、抗疲劳性、强度、硬度、韧性等；摩擦学性能：包括减摩性、耐磨性、自润滑性、浸润性等；装饰性：包括色彩、光泽性和可修饰性。

　　走上紧固的工作岗位

　　现在汽车紧固件的紧固样式，也就是螺栓头部的形式越来越多，从最开始的一字、十字形，到内六角、方形，，每一种形状都是为了更方便和准确的拧紧。但是传统的形状如十字形不能传输高力矩，在组装环节时工具也很容易从凹槽里滑脱；内六角需要较大的嵌入深度，这也增加了制造成本，组装的时候也加速工具的磨损。这些问题直到TROX+六边形的形状出现，由于头部寿命增加了约4倍，允许的扭力也更高等特点，现在被广泛使用在汽车领域。

　　但是再好的螺栓也需要正确的拧紧才可发挥作用。用力太小，螺母得不到需要的应力；用力过大，又会使得螺栓变长，提前疲劳，磨损螺纹，也增加了断裂的隐患。调查显示，约有23%的汽车维修问题都是由于紧固件的松脱所导致，还有约12%的新车，出厂时就存在紧固件松紧度不正确的问题。

　　在维修领域，经常要用到扭矩扳手，也就是起到测量我们拧紧螺栓时的扭矩。但是，我们达到的指定扭矩数所用的很大力气，90%没用起到夹紧的作用。原因在于在我们拧紧的过程中，约50%的力气都用于抵消拧紧过程中螺栓头部下的摩擦力，40%的力气用于抵消螺母产生的摩擦力。这也就是说，我们最需要的夹紧力只有可怜的10%。

　　但在此时，我们切不可一味的贪多，在关键部位的紧固件头部，都会有相应要求的抗拉强度数值，必须严格准守执行。在分析仪器上，可以明显看到，由于扭矩过大，造成螺栓加长后，螺栓内部就会出现不规则的屈服和断裂痕迹，这些反而会使得夹紧力减少，也会增加螺栓断裂的可能性。

　　术业有专攻

　　在上世纪80年代，美国车企为了降低成本与日本车竞争，便采用按预先标准设计出来的通用螺栓，这样一来就节省了开发和生产成本，具有批量生产的效果。但由于是没有经过最佳化设计的专用螺栓，使用三四年之后就会出现机械松弛导致的“嘎嘎作响”的现象，长期下来，虽不见得有危险，但是却存有隐患。

　　这也就是说，这些通用螺栓在某些需要高强度的关键部位无法起到长期的紧固作用。因此，术业有专攻，我们在挑选紧汽车固件时，必须要符合操作要求，否则很有可能因螺栓松动导致的安全隐患。

　　文/图陆正旭｜设计／彭松