［摘要］敘述了熱加工技術(shù)在航空工業(yè)中的作用及其發(fā)展趨勢。根據(jù)航空產(chǎn)品發(fā)展的需求及學(xué)科發(fā)展趨勢，提出了下個世紀(jì)初需要發(fā)展和推廣的關(guān)鍵熱加工技術(shù)。

　　航空產(chǎn)品的設(shè)計、材料和制造技術(shù)三者相輔相成，互相促進(jìn)、互相制約。

　　一代飛機(jī)及其發(fā)動機(jī)的更新，總伴隨著新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝的重大突破。熱加工技術(shù)的更新?lián)Q代，必將促進(jìn)航空產(chǎn)品性能和結(jié)構(gòu)的重大改變。

　　熱加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)主體技術(shù)的重要組成部分，是保證航空產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)技術(shù)。在航空工業(yè)中的作用可歸納如下：

　　（1）顯著提高航空產(chǎn)品性能。在過去的30年中，渦輪進(jìn)口溫度提高了450℃，其中70%是由于采用了精鑄空心葉片獲得的，這兩項技術(shù)已成為決定高推重比發(fā)動機(jī)所能達(dá)到最高性能水平的關(guān)鍵技術(shù)。

　?。?）大幅度減輕航空產(chǎn)品重量，降低制造成本。國內(nèi)外許多實例證明，采用先進(jìn)熱加工技術(shù)制造大型精密鍛、鑄件可減輕重量20%和降低成本30%左右，同時，還為設(shè)計人員提供了設(shè)計的靈活性。

　?。?）提高航空產(chǎn)品使用壽命和可靠性。例如，采取多向模鍛、真空熱處理、表面鍍鎘鈦和噴丸及孔擠壓強(qiáng)化處理等先進(jìn)熱工藝制造起落架零件，可使起落架與飛機(jī)同壽命，一個起落架可代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝生產(chǎn)的幾個起落架使用。

　　目前，國外已能大批量生產(chǎn)葉身無余量的各種尺寸的葉片精鍛件和定向及單晶合金空心葉片精鑄件，美國Howmet公司一家已生產(chǎn)100多種100多萬件精鑄單晶葉片；已批量生產(chǎn)投影面積1.2～3.5m2的各種材料的大型模鍛件，并已研制成功投影面積5.16m2的鈦合金模鍛件；已批量生產(chǎn)直徑 1300mm、壁厚1～2mm（最薄0.5mm）的鈦合金精鑄機(jī)匣，并正在研制尺寸達(dá)2000mm的精鑄件。

　　我國已能小批量生產(chǎn)中小型鈦合金葉片精鍛件和定向空心葉片精鑄件，并已研制成功單晶合金葉片精鑄件；已研制出直徑570mm的鈦合金機(jī)匣鑄件和投影面積小于1m2的模鍛件。這一狀況，不但與國際先進(jìn)水平的差距甚大，而且與我國在新世紀(jì)研制和生產(chǎn)先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)、先進(jìn)民機(jī)及其高推比發(fā)動機(jī)和機(jī)載設(shè)備對熱加工技術(shù)的需求相比，其差距也很大。因此，需要制定規(guī)劃、明確目標(biāo)，集中力量攻克新機(jī)研制和生產(chǎn)急需的關(guān)鍵熱加工技術(shù)。本文針對這一現(xiàn)狀，對新世紀(jì)的我國航空熱加工關(guān)鍵技術(shù)作一展望。

　　1 熱加工技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　現(xiàn)代熱加工技術(shù)的各種工藝方法大多是集多種學(xué)科于一體的綜合技術(shù)，是兼容多種現(xiàn)代科技理論的工程技術(shù)，是技術(shù)最密集、最能代表先進(jìn)制造技術(shù)水平的高技術(shù)領(lǐng)域之一，具有技術(shù)難度大、耗資大和研究周期長等特點，正沿著如下新趨勢發(fā)展：

　?。?）新工藝方法發(fā)展迅速。如單晶空心葉片精鑄、粉末高溫合金渦輪盤超塑性鍛造、噴射沉積成形和隔熱涂層技術(shù)等；

　　（2）常規(guī)熱加工技術(shù)逐步被現(xiàn)代技術(shù)改造。古老的鍛、鑄、焊、熱、表面處理等常規(guī)技術(shù)引進(jìn)了計算機(jī)、真空和激光等技術(shù)，被改造為高新技術(shù)；

　?。?）學(xué)科間互相滲透或組合成復(fù)合成形工藝愈來愈多。如超塑性成形/擴(kuò)散連接和形變熱處理技術(shù)等；

　?。?）熱工藝過程的模擬技術(shù)普遍應(yīng)用。如鑄件凝固鑄造過程的數(shù)值模擬、鍛件和鑄件缺陷形成及預(yù)測的數(shù)值模擬，以及激光快速成形等技術(shù)；

　　（5）熱加工技術(shù)與產(chǎn)品新結(jié)構(gòu)同步發(fā)展。如摩擦焊接、熱等靜壓和液相擴(kuò)散焊等熱加工技術(shù)分別與整體渦輪轉(zhuǎn)子、整體葉盤結(jié)構(gòu)和大型夾芯結(jié)構(gòu)風(fēng)扇葉片及對開葉片等新結(jié)構(gòu)同步發(fā)展；

　?。?）新工藝方法與新材料同步發(fā)展。如熱等靜壓和超塑性鍛造與粉末高溫合金和液態(tài)金屬快速冷卻軋制與非晶態(tài)材料同步發(fā)展等；

　?。?）工藝材料（Processing Materials）在熱加工過程中的作用愈來愈大。如鈦合金鍛造用玻璃潤滑劑、鑄造用型芯和殼體材料及涂料等。

　　2 航空熱加工技術(shù)的發(fā)展重點

　　根據(jù)我國航空工業(yè)在新世紀(jì)的發(fā)展需要和熱加工技術(shù)的發(fā)展趨勢，針對第四代戰(zhàn)斗機(jī)和先進(jìn)民機(jī)及其配套的高推重比發(fā)動機(jī)和機(jī)載設(shè)備對熱加工技術(shù)的需求，并考慮學(xué)科發(fā)展，建議下世紀(jì)初重點發(fā)展以下航空熱加工技術(shù)：

　?。?）先進(jìn)鑄造技術(shù)。研究復(fù)雜結(jié)構(gòu)葉片精密鑄造技術(shù)、抗高溫型芯和殼體材料及其精密制備技術(shù)及涂料技術(shù)、配套的電子束物理氣相沉積技術(shù)（EB-PVD）等，以探索工作溫度2000～2100K的高效冷卻單晶葉片制造技術(shù)；研究鈦合金機(jī)匣-葉片整體結(jié)構(gòu)件精鑄技術(shù)、高溫合金機(jī)匣精鑄技術(shù)、鋁合金唇口及附件殼體等大型結(jié)構(gòu)件精鑄技術(shù)、大型薄壁高強(qiáng)蠟型和殼型制造技術(shù)及涂料技術(shù)、鑄造過程的數(shù)值模擬技術(shù)等，以全面掌握大型薄壁結(jié)構(gòu)件精密鑄造技術(shù)。針對在研和在制飛機(jī)及其發(fā)動機(jī)典型零件工業(yè)生產(chǎn)的需求，推廣應(yīng)用鈦合金整體機(jī)匣精鑄技術(shù)及其相應(yīng)的配套技術(shù)，開發(fā)單晶組合葉片批生產(chǎn)技術(shù)及其相應(yīng)的配套技術(shù)。

　?。?）超塑性和精密鍛壓技術(shù)。研究粉末高溫合金盤件（含噴射成型盤坯）超塑性鍛造過程中應(yīng)力和流變場的數(shù)值模擬技術(shù)、粉末高溫合金盤件超塑性鍛造毛坯的制備技術(shù)和鍛造工藝、超塑性鍛造模具和潤滑技術(shù)，從而全面掌握粉末高溫合金盤件超塑性鍛造技術(shù)；探索粉末高溫合金渦輪盤件真空超塑性鍛造技術(shù)。

　　針對在研和在制飛機(jī)及其發(fā)動機(jī)典型零件工業(yè)生產(chǎn)的需求，推廣應(yīng)用鈦合金葉片機(jī)械壓力機(jī)恒載荷精鍛批生產(chǎn)技術(shù)、潤滑及測量技術(shù)，開發(fā)鈦合金結(jié)構(gòu)件、壓氣機(jī)盤和大型葉片的等溫模鍛技術(shù)，開發(fā)投影面積大于1m2的大型鍛件分級模鍛技術(shù)。

　　（3）特種焊接技術(shù)。研究單晶、NiAl、TiAl、C/C復(fù)合材料、Ti基復(fù)合材料、陶瓷結(jié)構(gòu)件及異種材料構(gòu)件真空釬焊技術(shù)及其釬料，研究單晶和 NiAl材料構(gòu)件過渡液相擴(kuò)散焊（TLP擴(kuò)散焊）技術(shù)及其中間層合金，研究非晶態(tài)釬料和中間層合金的制造技術(shù)。針對在研和在制飛機(jī)及其發(fā)動機(jī)典型零件工業(yè)生產(chǎn)的需求，開發(fā)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子摩擦焊接和電子束焊接、壓氣機(jī)零組件和導(dǎo)管等激光釬焊技術(shù)、鋁鋰合金大型構(gòu)件的電子束焊接技術(shù)、大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)雷達(dá)天線釬焊技術(shù)和鈦合金大型結(jié)構(gòu)件的電子束焊接技術(shù)及其相應(yīng)的配套技術(shù)。

　　（4）熱處理工藝基礎(chǔ)及通用技術(shù)。研究粉末和噴射成形高溫合金超塑性鍛造盤件固溶處理的冷卻速度精確控制技術(shù)、不銹鋼和結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件氮化處理的氮勢和氮化層深度的精確控制技術(shù)、真空離子滲碳仿真控制技術(shù)、熱處理工藝的計算機(jī)專家系統(tǒng)。針對在研和在制飛機(jī)及其發(fā)動機(jī)典型零件工業(yè)生產(chǎn)的需求，開發(fā)發(fā)動機(jī)熱端零部件高壓恢復(fù)熱處理技術(shù)、大型鋁合金組合件熱處理技術(shù)、高溫合金焊接件性能匹配熱處理技術(shù)和飛機(jī)及發(fā)動機(jī)零件、鈦合金鈑金組合件小變形精密熱處理技術(shù)及其相應(yīng)的配套技術(shù)。

　　（5）表面工程技術(shù)。研究連續(xù)梯度結(jié)構(gòu)新型隔熱涂層技術(shù)，將隔熱效果提高至100～200℃；研究航空零件在海洋性氣候條件下的防腐蝕涂層工藝、渦輪葉片內(nèi)腔冷卻通道循環(huán)氣相滲工藝、鎳鋁金屬間化合物構(gòu)件高溫防護(hù)涂層技術(shù)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）紅外透射材料薄膜工藝、新型雷達(dá)罩高透波率抗雨蝕涂層工藝。針對在研和在制飛機(jī)及其發(fā)動機(jī)典型零件工業(yè)生產(chǎn)的需求，開發(fā)在中國氣候條件下的某先進(jìn)飛機(jī)全機(jī)腐蝕控制技術(shù)、飛機(jī)進(jìn)氣道隱身涂層涂裝技術(shù)和含氟蒙皮涂層及其涂層技術(shù)，推廣應(yīng)用起落架零件Cd-Ti涂層技術(shù)和各種重要承力件表面應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)。

　?。?）熱等靜壓成形及噴射沉積成形技術(shù)。研究雙合金整體葉盤結(jié)構(gòu)（單晶葉片和粉末盤）熱等靜壓復(fù)合成形技術(shù)、超純凈高溫合金渦輪盤噴射成形技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)、鋁基復(fù)合材料構(gòu)件噴射成形技術(shù)，為新機(jī)研制作好技術(shù)儲備。針對在研和在制飛機(jī)及其發(fā)動機(jī)典型零件工業(yè)生產(chǎn)的需求，研究某發(fā)動機(jī)粉末合金渦輪盤直接熱等靜壓批生產(chǎn)工藝及其可靠性，開發(fā)噴射成形技術(shù)在某發(fā)動機(jī)渦輪盤上的工程應(yīng)用。

　　（7）計算機(jī)技術(shù)在熱加工過程中的應(yīng)用。研究鈦合金和高溫合金鑄件鑄造過程的數(shù)值模擬技術(shù)、鍛造過程的計算機(jī)反向模擬技術(shù)、鍛件及鑄件缺陷形成的數(shù)值模擬及其預(yù)測、計算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在釬焊和擴(kuò)散焊技術(shù)中的應(yīng)用、熱處理工藝的計算機(jī)專家系統(tǒng)。推廣應(yīng)用定向凝固葉片精鑄件凝固過程的數(shù)值模擬技術(shù)。

　　3 結(jié)束語

　　航空熱加工技術(shù)是顯著提高航空產(chǎn)品性能、大幅度減輕航空產(chǎn)品重量、降低制造成本和提高航空產(chǎn)品使用壽命及可靠性的關(guān)鍵技術(shù)，正沿著優(yōu)質(zhì)、高效、精密、大型和無污染的方向發(fā)展。為適應(yīng)新世紀(jì)我國航空工業(yè)的發(fā)展，除加強(qiáng)各學(xué)科關(guān)鍵技術(shù)的預(yù)研外，還要重視批生產(chǎn)技術(shù)的配套發(fā)展，以提高制造技術(shù)的整體水平。為此建議：

　　（1）集中力量攻克高效冷卻單晶葉片精鑄技術(shù)和粉末高溫合金渦輪盤超塑性鍛造技術(shù)等先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)和先進(jìn)民機(jī)及其配套發(fā)動機(jī)急需的關(guān)鍵熱加工技術(shù)，以保證新機(jī)研制的順利進(jìn)行。

　　（2）針對在研和在制航空產(chǎn)品，完善和推廣應(yīng)用鈦合金葉片精鍛批生產(chǎn)技術(shù)和鈦合金整體機(jī)匣精鑄技術(shù)等高效、精密、低成本的先進(jìn)熱加工技術(shù)，開發(fā)并應(yīng)用鈦合金大型結(jié)構(gòu)件和壓氣機(jī)盤等溫模鍛技術(shù)及單晶組合葉片批生產(chǎn)技術(shù)等生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的先進(jìn)熱加工技術(shù)，以提高航空工業(yè)的綜合技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。