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熱加工技術(shù)及其發(fā)展趨勢
熱加工技術(shù)及其發(fā)展趨勢
關(guān)鍵字：航空工業(yè) 熱加工
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)。
(2)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。
(3)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。
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：
(1)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)；
(3)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；
(4)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；
(6)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；
(7)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。
熱加工技術(shù)及其發(fā)展趨勢
熱加工技術(shù)及其發(fā)展趨勢
關(guān)鍵字：航空工業(yè) 熱加工
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)。
(2)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。
(3)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。
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：
(1)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)；
(3)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；
(4)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；
(6)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；
(7)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。