我國航空發(fā)動機(jī)材料控制標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀分析

王 曄王 剛

（1.北京航空材料研究院，北京 100095；2.沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)研究所，遼寧 沈陽 110015）

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我國航空發(fā)動機(jī)材料控制標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀分析

王 曄1王 剛2

（1.北京航空材料研究院，北京 100095；2.沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)研究所，遼寧 沈陽 110015）

[摘要]分析了我國航空發(fā)動機(jī)材料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系中材料控制標(biāo)準(zhǔn)不健全影響發(fā)動機(jī)材料制造過程控制和管理的問題，介紹了歐美航空發(fā)動機(jī)公司材料控制標(biāo)準(zhǔn)體系的特點(diǎn)，提出了建立健全航空發(fā)動機(jī)材料控制標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)想。

[關(guān)鍵詞]航空發(fā)動機(jī)；標(biāo)準(zhǔn)；材料控制；分析

[收修訂稿日期] 2016-02-25

材料標(biāo)準(zhǔn)（包括熱工藝標(biāo)準(zhǔn)、檢測標(biāo)準(zhǔn)）是航空發(fā)動機(jī)材料設(shè)計(jì)、制造、使用的技術(shù)依據(jù)，直接關(guān)系著材料的技術(shù)水平和生產(chǎn)質(zhì)量，材料標(biāo)準(zhǔn)體系的健全與完善是保障航空發(fā)動機(jī)冶金質(zhì)量穩(wěn)定可靠的重要因素。

我國航空發(fā)動機(jī)材料行業(yè)級以上標(biāo)準(zhǔn)體系已基本建立，主要包括4類標(biāo)準(zhǔn)。

材料標(biāo)準(zhǔn)：主要為金屬變形原材料、鍛件、鑄件、母合金標(biāo)準(zhǔn)，各類非金屬材料驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，材料基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)；

熱工藝標(biāo)準(zhǔn)：主要為金屬熱加工（鍛造、鑄造、焊接、熱處理、表面處理等）工藝方法、工藝質(zhì)量檢驗(yàn)、工藝質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，熱處理、焊接等工藝材料標(biāo)準(zhǔn)，非金屬材料使用工藝標(biāo)準(zhǔn)；

檢測標(biāo)準(zhǔn)：主要為金屬材料成分分析、性能測試、金相檢驗(yàn)、無損檢測方法的通用標(biāo)準(zhǔn)，非金屬材料理化性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)；

綜合管理標(biāo)準(zhǔn)：主要為工藝、檢測人員資格標(biāo)準(zhǔn)，鋼及高溫合金工程認(rèn)可，發(fā)動機(jī)材料管理標(biāo)準(zhǔn)等。

各類材料驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法標(biāo)準(zhǔn)以及工藝標(biāo)準(zhǔn)，是航空發(fā)動機(jī)材料標(biāo)準(zhǔn)體系的主體，有效保障了發(fā)動機(jī)材料和零部件的冶金質(zhì)量。

航空發(fā)動機(jī)材料行業(yè)以上標(biāo)準(zhǔn)體系中存在著材料制造過程控制（包括工藝和檢測過程控制）以及生產(chǎn)廠控制無標(biāo)可依或無適用標(biāo)準(zhǔn)的情況，已影響了定型航空發(fā)動機(jī)的批產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率，更不利于新型高性能航空發(fā)動機(jī)的研制與發(fā)展。

近年來，型號發(fā)動機(jī)研制生產(chǎn)中原材料、鍛鑄件冶金問題頻出，一個主要原因就是未對零部件制造過程進(jìn)行有效的控制和管理，而材料控制標(biāo)準(zhǔn)的不健全，則是造成制造過程控制和管理缺失的一個重要因素。

1 我國航空發(fā)動機(jī)材料控制標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

1.1 無有效的生產(chǎn)廠控制標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)已有航空發(fā)動機(jī)材料標(biāo)準(zhǔn)體系中缺少先進(jìn)、適用的對生產(chǎn)廠材料和工藝進(jìn)行控制的標(biāo)準(zhǔn)。GJB 909A-2005《關(guān)鍵件和重要件的質(zhì)量控制》、GJB 939-1990《外購器材的質(zhì)量管理》、GJB 1269A-2000《工藝評審》等材料和工藝控制管理相關(guān)國軍標(biāo)偏重質(zhì)量體系管理要求，對于航空發(fā)動機(jī)關(guān)重鍛鑄件等產(chǎn)品的過程控制無針對性。

國內(nèi)針對航空發(fā)動機(jī)材料制造過程的控制標(biāo)準(zhǔn)僅有：上世紀(jì)80年代航空企業(yè)在與國外某航空發(fā)動機(jī)公司合作生產(chǎn)燃機(jī)中引入該公司質(zhì)量控制文件，制定了HB/Z 154-1989《航空用鋼及高溫合金熔煉和成材工藝認(rèn)可規(guī)范》、HB/Z 155-1989 《航空用鋼及高溫合金供應(yīng)廠工程認(rèn)可規(guī)范》、HB/Z 156-1989《航空用鋼及高溫合金鍛件生產(chǎn)工藝認(rèn)可規(guī)范》3項(xiàng)航標(biāo)，在國內(nèi)首次提出制造過程的控制標(biāo)準(zhǔn)。此后發(fā)布的GJB/Z 33-1993《航空用鋼和高溫合金質(zhì)量控制導(dǎo)則》內(nèi)容基于該3項(xiàng)航標(biāo)，規(guī)定了供方、生產(chǎn)過程、轉(zhuǎn)廠生產(chǎn)、檢測和試驗(yàn)設(shè)備、不合格品、記錄、人員控制等方面先進(jìn)控制要求，由于未納入設(shè)計(jì)文件，該4項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)并未在鋼和高溫合金材料及鍛件的研制生產(chǎn)中貫徹執(zhí)行。同樣，由于未納入設(shè)計(jì)文件，2002年發(fā)布的HB/Z 354-2002《航空發(fā)動機(jī)材料研制原則、程序與要求》、HB/ Z 355-2002《航空發(fā)動機(jī)材料采購原則、程序與要求》，也未在航空發(fā)動機(jī)材料的研制、采購實(shí)際工作中實(shí)施并發(fā)揮預(yù)期作用。

由于國內(nèi)沒有有效的生產(chǎn)廠控制標(biāo)準(zhǔn)，也沒有建立對生產(chǎn)廠制造工藝進(jìn)行控制的有效機(jī)制，造成用戶對生產(chǎn)廠工藝控制松散：航空廠無法對鋼廠前期材料熔煉和鍛軋成材生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，主機(jī)廠對鍛造廠鍛件生產(chǎn)過程也無從控制，關(guān)重鍛鑄件重大主導(dǎo)工藝變更（如熔煉、鍛壓設(shè)備等變化）無有效控制機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)，材料制造工藝的穩(wěn)定性得不到控制，給關(guān)重件的生產(chǎn)質(zhì)量造成隱患；甚至用于非關(guān)重件的非金屬材料也曾因控制管理缺失造成發(fā)動機(jī)嚴(yán)重故障。

而對材料制造中出現(xiàn)的冶金問題的呈報與處理，國內(nèi)更沒有適用的標(biāo)準(zhǔn)加以規(guī)范。近期出現(xiàn)某型機(jī)FGH95渦輪盤擋板故障，某型機(jī)GH4169 5級渦輪盤斷裂兩起嚴(yán)重質(zhì)量事故，存在一個共性問題：配套部門生產(chǎn)廠材料性能檢測不合格后，采取了雙倍復(fù)驗(yàn)后合格交付或直接重新熱處理后檢測性能合格交付，但材料交付時均未將初檢不合格的情況呈報航空廠，航空廠不了解材料存在的隱患，也不可能在材料入廠復(fù)驗(yàn)和后續(xù)零件加工中加強(qiáng)控制。

1.2 原材料和工藝輔助材料控制標(biāo)準(zhǔn)薄弱

長期以來，國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)各級材料標(biāo)準(zhǔn)制定重點(diǎn)主要是零部件成品用各類最終材料（鑄件、鍛件、直接機(jī)加工的金屬變形原材料）的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，原材料和工藝輔助材料驗(yàn)收及控制標(biāo)準(zhǔn)多未建立。

對于航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵原材料的控制僅有HB/Z 131-2004《鑄造高溫合金選用原材料技術(shù)要求》一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，其主要原材料行業(yè)以上標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)水平不高，電解鎳、金屬鉻、鈷等標(biāo)準(zhǔn)均未規(guī)定對氣體和痕量元素的控制要求，已不適應(yīng)熔煉優(yōu)質(zhì)高溫合金錠用材需要；而定向、單晶合金用重要原材料鉭、錸、釕、海綿鉿，則僅有原材料生產(chǎn)廠企標(biāo)。對原材料的管理和控制缺失，不利于保證高溫合金葉片等關(guān)重鑄件冶金質(zhì)量。

國內(nèi)發(fā)動機(jī)零部件制造工藝輔助材料多為配套部門生產(chǎn)（如鍛造潤滑劑、熔模鑄造殼型材料）。由于航空廠用量少，基本是賣方市場，航空用戶對材料的技術(shù)指標(biāo)無法控制，對材料供方管理困難。而對于長期依賴國外進(jìn)口的關(guān)鍵輔助材料（如壓制鑄造葉片蠟?zāi)Ｓ锰畛湎灒瑖鴥?nèi)甚至不掌握其標(biāo)準(zhǔn)。工藝輔助材料控制的長期缺失，一定程度上影響了零部件制造質(zhì)量的穩(wěn)定性。

1.3 檢測控制標(biāo)準(zhǔn)未建立

對于航空發(fā)動機(jī)材料和零件的無損與理化檢測，檢測過程控制標(biāo)準(zhǔn)相對于檢測方法標(biāo)準(zhǔn)，更未得到重視。國內(nèi)已開始建立各級檢測機(jī)構(gòu)資質(zhì)審核標(biāo)準(zhǔn)，但檢測實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證多偏重質(zhì)量體系要求，國際通行的NADCAP認(rèn)證重視過程控制，但未引入軍品實(shí)驗(yàn)室。而材料檢測評價標(biāo)準(zhǔn)中，對于無損與理化檢測過程的控制標(biāo)準(zhǔn)更是空白，一定程度上影響了產(chǎn)品檢測標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施效果。

航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)實(shí)施中存在檢測過程控制標(biāo)準(zhǔn)缺失的問題，直接關(guān)系產(chǎn)品檢測質(zhì)量的關(guān)鍵檢測設(shè)備、器材也尚未建立控制標(biāo)準(zhǔn)，可能會影響檢測結(jié)果的可靠性。如對發(fā)動機(jī)盤件超聲檢測用水浸自動檢測系統(tǒng)，未建立性能測試評價標(biāo)準(zhǔn)，檢測系統(tǒng)精度處于失控狀態(tài)，可能造成缺陷漏檢、檢測結(jié)果不準(zhǔn)確，使盤件的安全使用存在風(fēng)險。

國內(nèi)理化實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)體系中，化學(xué)分析、力學(xué)性能試驗(yàn)及試樣加工、金相檢驗(yàn)等各類檢測過程控制標(biāo)準(zhǔn)更是空白；材料實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)和替代試驗(yàn)缺乏標(biāo)準(zhǔn)支持，已成為近年來經(jīng)常困擾實(shí)驗(yàn)室的問題。

1.4 工藝質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)不適用

我國航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)品熱工藝生產(chǎn)中很少直接采用行業(yè)以上標(biāo)準(zhǔn)中各類材料的通用熱工藝標(biāo)準(zhǔn)及工藝質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，而是大量采用工藝要求更適用的本企業(yè)工藝標(biāo)準(zhǔn)（或工藝規(guī)程），但各級熱工藝標(biāo)準(zhǔn)均需遵循國軍標(biāo)中對人、機(jī)、料、法、環(huán)各環(huán)節(jié)的控制要求，包括GJB 904A-1999《鍛造工藝質(zhì)量控制要求》、GJB 905-1990《熔模鑄造工藝質(zhì)量控制》、GJB 509B-2008《熱處理工藝質(zhì)量控制》，GJB 480A-1995《金屬鍍覆和化學(xué)覆蓋工藝質(zhì)量控制要求》，工藝質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)也是軍品質(zhì)量審核的依據(jù)文件。

已有工藝質(zhì)量控制國軍標(biāo)多存在技術(shù)內(nèi)容落后、可操作性不強(qiáng)的問題。例如未覆蓋高溫合金和鈦合金等溫鍛造、鈦合金熔模鑄造工藝、鑄造葉片釬焊、單晶葉片熱處理；GJB 905-1990對熔鑄設(shè)備冷態(tài)漏氣率檢查頻次要求嚴(yán)重不適應(yīng)設(shè)備狀況已改善的現(xiàn)狀，極大地影響生產(chǎn)進(jìn)度；對工序檢驗(yàn)人員5年工作年限的要求在實(shí)際實(shí)施中難以保證。

已有工藝質(zhì)量控制國軍標(biāo)僅涉及發(fā)動機(jī)零部件制造的傳統(tǒng)工藝，對渦輪葉片涂層技術(shù)應(yīng)用的真空電弧鍍、電子束物理氣相沉積等新型工藝，葉片零件的電加工和氣膜孔打孔工藝、盤/軸/葉片零件表面強(qiáng)化工藝，均尚未建立工藝質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

2 歐美航空發(fā)動機(jī)材料控制標(biāo)準(zhǔn)體系概況

GE、P&W、R.R等歐美航空發(fā)動機(jī)公司隨著發(fā)動機(jī)研制生產(chǎn)的系列化，均建立了各自完整、配套的材料標(biāo)準(zhǔn)體系。在發(fā)動機(jī)研制、生產(chǎn)中，除少數(shù)材料采用AMS等通用標(biāo)準(zhǔn)外，對發(fā)動機(jī)關(guān)鍵材料均建立了完整、配套的公司規(guī)范，滿足了其發(fā)動機(jī)零部件的設(shè)計(jì)要求及產(chǎn)品質(zhì)量要求。

各公司規(guī)范中強(qiáng)化產(chǎn)品制造過程中的控制，建立了大量控制標(biāo)準(zhǔn)，涉及各類材料的批準(zhǔn)與控制，各類材料的檢驗(yàn)、試驗(yàn)程序與要求，特種工藝的批準(zhǔn)與控制，各類工藝控制規(guī)范等等。

批準(zhǔn)與控制標(biāo)準(zhǔn)是各公司控制標(biāo)準(zhǔn)的主體，規(guī)范了材料和工藝的批準(zhǔn)程序、方法以及控制要求，主要涉及鍛/鑄件及原材料、非金屬材料、復(fù)合材料的批準(zhǔn)與控制，鍛造/鑄造產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)室批準(zhǔn)與控制程序、轉(zhuǎn)動件用鍛造產(chǎn)品的檢驗(yàn)和試驗(yàn)程序、來源及方法更改的批準(zhǔn)、材料熔煉中潛在危險的控制、制造零件用原材料的采購和控制、不合格品審理程序、零件可追溯性要求、鍛/鑄件供貨狀態(tài)批準(zhǔn)要求包等等。

各公司材料檢測試驗(yàn)控制標(biāo)準(zhǔn)健全，包括發(fā)動機(jī)零件制造用各類金屬、非金屬、復(fù)合材料的檢驗(yàn)和試驗(yàn)程序，各類材料的取樣和試驗(yàn)要求，試樣加工要求，檢測實(shí)驗(yàn)室和檢測過程控制要求。檢測試驗(yàn)控制標(biāo)準(zhǔn)保證了對材質(zhì)的準(zhǔn)確評價。

歐美發(fā)動機(jī)公司對國際通行的需進(jìn)行NADCAP批準(zhǔn)和用戶批準(zhǔn)的9種特種工藝，制定了大量的工藝控制規(guī)范，涉及復(fù)合材料制造、熱處理、化學(xué)加工、焊接、表面硬化、無損檢測、涂層、非傳統(tǒng)加工、關(guān)鍵零部件傳統(tǒng)加工。工藝控制規(guī)范中嚴(yán)格規(guī)定對供應(yīng)商、設(shè)備、材料、工序操作和檢驗(yàn)要求及工藝參數(shù)控制的要求，有效保證了對制造過程的管理和控制。

控制標(biāo)準(zhǔn)是國外發(fā)動機(jī)公司進(jìn)行產(chǎn)品過程控制、保證質(zhì)量的核心文件。通過在材料和零件生產(chǎn)過程中實(shí)施供應(yīng)商審核、批準(zhǔn)與控制、材料檢測試驗(yàn)控制、工藝控制，實(shí)現(xiàn)了對材料制造全過程質(zhì)量控制，有效保證了發(fā)動機(jī)材料及零部件的冶金質(zhì)量。

從國內(nèi)冶金廠和航空廠在外貿(mào)和轉(zhuǎn)包生產(chǎn)中，接受國外用戶對制造過程的審核與控制后，外貿(mào)和轉(zhuǎn)包生產(chǎn)鍛件的冶金質(zhì)量明顯優(yōu)于國內(nèi)供貨材料的現(xiàn)象，可見控制標(biāo)準(zhǔn)對提高材料冶金質(zhì)量的作用。

3 建立健全航空發(fā)動機(jī)材料控制標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)想

隨著我國新型高性能航空發(fā)動機(jī)研制中開始引入適航管理要求，不僅強(qiáng)調(diào)發(fā)動機(jī)材料要符合經(jīng)過批準(zhǔn)的規(guī)范，而且更重視制造過程控制，要求工藝固化批準(zhǔn)、工藝質(zhì)量穩(wěn)定，因此在航空發(fā)動機(jī)材料行業(yè)以上標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)中，除應(yīng)建立健全各類材料驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、工藝方法及工藝質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、檢測評價方法標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)借鑒歐美航空發(fā)動機(jī)材料控制標(biāo)準(zhǔn)體系經(jīng)驗(yàn)，建立健全材料批準(zhǔn)與控制標(biāo)準(zhǔn)以及各類工藝與檢測技術(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)，從以下幾方面開展標(biāo)準(zhǔn)研究制定工作。

● 建立材料批準(zhǔn)與控制標(biāo)準(zhǔn)：對航空發(fā)動機(jī)關(guān)鍵重要零部件用鍛鑄件產(chǎn)品，建立變形原材料、鍛坯和鍛件批準(zhǔn)與控制要求系列標(biāo)準(zhǔn)，鑄件和鑄造高溫合金錠批準(zhǔn)與控制要求系列標(biāo)準(zhǔn)，熔模鑄造輔助材料控制標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范鍛鑄件新產(chǎn)品試制、驗(yàn)證、批準(zhǔn)程序，以及主導(dǎo)工藝控制、冶金問題報告等研制生產(chǎn)要求；對新型航空發(fā)動機(jī)大量應(yīng)用復(fù)合材料以及特種橡膠等各類非金屬功能材料，盡管用于非關(guān)鍵重要部位，也應(yīng)建立相應(yīng)材料批準(zhǔn)與控制要求標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范非金屬和復(fù)合材料研制、生產(chǎn)要求；

● 建立檢測控制標(biāo)準(zhǔn)：借鑒歐美航空發(fā)動機(jī)公司檢測控制標(biāo)準(zhǔn)，建立材料和零件無損檢測控制標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)成分分析、力學(xué)性能試驗(yàn)、性能試樣加工、金相試驗(yàn)控制要求，關(guān)鍵材料的檢驗(yàn)與試驗(yàn)要求，為提高檢測數(shù)據(jù)的一致性、可靠性和準(zhǔn)確性提供系統(tǒng)性標(biāo)準(zhǔn)支持；

● 建全與完善工藝控制標(biāo)準(zhǔn)：總結(jié)渦輪葉片長壽命熱障涂層、葉片零件電加工和氣膜孔打孔工藝、盤/軸/葉片零件表面強(qiáng)化工藝應(yīng)用研究成果，建立氣相沉積工藝控制、電加工工藝控制、噴丸工藝控制標(biāo)準(zhǔn)；總結(jié)發(fā)動機(jī)零部件制造應(yīng)用的傳統(tǒng)熱工藝技術(shù)進(jìn)步的成熟經(jīng)驗(yàn)，完善修訂鍛造、熔模鑄造、焊接、熱處理工藝質(zhì)量控制等熱工藝質(zhì)量控制國軍標(biāo)，規(guī)范零部件制造工藝過程的控制要求，保障熱加工工藝質(zhì)量穩(wěn)定。

在先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)研制中貫徹實(shí)施材料控制標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)零部件制造過程的有效控制和管理，有力保障零部件制造工藝質(zhì)量穩(wěn)定，從而保障發(fā)動機(jī)冶金質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

（編輯：雨晴）

[中圖分類號]T-65

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]C

[文章編號]1003-6660（2016）03-0003-04

[DOI編碼]10.13237/j.cnki.asq.2016.03.001