民用航空制造中鋼的熱處理及其審核簡介

摘要：鋼是工業上應用最為廣泛的金屬，按照化學成分分為碳鋼和合金鋼。其顯微結構復雜，熱處理工藝繁多，但大致分為退火、正火、淬火、回火四種基本工藝。目前高強度合金鋼主要用來制造受力最大的重要的飛機結構件，如起落架、機翼大梁、翼梁與機身連接處的重要連接件、螺栓等。民用航空零件制造過程中鋼的熱處理過程屬于特殊工藝，對其加工工藝需做過程控制，工藝審核過程中需對與鋼的熱處理過程進行的審核主要包括，人員資質，工裝及設備，原材材料的符合性，工藝指導文件的符合性，測試過程的符合性。

關鍵字：民用航空;鋼，熱處理;審核

一.鋼的分類

按照化學成分鋼分為碳鋼和合金鋼。其中碳鋼由生鐵冶煉獲得，主要成分為鐵、碳，含有錳、硅、硫、磷等少量雜質元素。為了改善鋼的機械性能或使其具有某些特殊性能，在碳鋼基礎上有目的地加入某種或某幾種合金元素而得到合金鋼。合金元素溶于碳鋼的鐵素體中，具有明顯的強化作用，可以提高鋼的強度和硬度。合金元素對于鋼性能的能影響主要表現在以下幾個方面：a） 增加鋼的淬透性，故重要的結構零件都選用合金鋼。b） 提高淬火鋼的回火抗力，可使鋼在調質處理后獲得更好的機械性能，即在較高的回火溫度下仍能保持高的硬度與強度。c） 改變碳鋼的平衡組織，使得合金鋼具有某些特殊性能，如良好的低溫性能，耐熱性能，抗腐蝕性等。

航空工業中鋼主要用來制造受力結構件、鏈接件、緊固件和彈性件等。它具有高的比強度，良好的疲勞性能和工藝性能，且價格低廉。在載荷一定的條件下，鋼制零件與其他材料零件相比，體積小，穩定性號，因此結構鋼在航空材料中占有十分重要的地位【1】。不銹鋼是指能耐空氣、水、鹽的水溶液、酸以及其他腐蝕介質的腐蝕，具有較高化學穩定性的鋼種系列。航空用材料中奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼使用較為頻繁。

二.鋼的熱處理簡介

鋼是工業上應用最為廣泛的金屬，顯微結構復雜，熱處理工藝繁多，大致分為退火、正火、淬火、回火四種基本工藝。熱處理工藝即為加熱、保溫、冷卻過程。金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常發生氧化、脫碳（即鋼鐵零件表面碳含量降低），這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進行保護加熱。加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數之一，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異。另外轉變需要時間，因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度以后，還須在此溫度保持一定時間，使內外溫度一致，使顯微組織轉變完全，這段時間稱為保溫時間。冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快，但還因為鋼種不同而有不同的要求。

三.鋼在民用航空產品中的應用

目前高強度合金鋼主要用來制造受力最大的重要的飛機結構件，如起落架、機翼大梁、翼梁與機身連接處的重要連接件、螺栓等?，F代高速民航客機上，采用高強度合金鋼零件是在滿足強度要求的基礎上，基于重量和經濟因素考慮的。比如在起落架上，通過使用這種高性能合金鋼材料，可以在設計上將減震支柱的直徑減小，將螺栓和銷子的設計尺寸減小（減小了連接空間），以及將輪軸梁的設計尺寸和輪軸設計直徑減小，從而將對機體空間的要求減至最小。在大翼的后緣襟翼部位，由于結構上相對較薄，而且承擔增升的重要作用，所以采用高強度合金鋼來制造襟翼滑軌、襟翼滑架和襟翼作動組件，能夠在滿足受力的情況下提供很好的后緣氣動力外形。除此之外，在飛機上主要承力點的連接接頭多使用高強度合金鋼的連接螺栓。

四.民用航空制造領域特種工藝的定義、審核要求

鋼的熱處理過程屬于特種加工。AS9100（2015）民用航空、航天和國防組織的質量管理體系要求（Quality Management Systems- Requirements for Aviation， Space， and Defense Organizations）中對特殊過程的定義和要求為，8.5.1節 “生產和服務提供的控制 組織應在受控條件下進行生產和服務的提供。適用時，受控條件應包括：f）若輸出結果不能由后續的監視或測量加以驗證，應對生產和服務提供過程實現策劃結果的能力進行確認，并定期在確認，這些過程可以稱之為特殊過程?！?.5.1.2節 “特殊過程的確認和控制 對于產生的輸出不能由后續的監視或測量加以驗證的過程，組織應建立對這些過程的安排，使用時包括：a）規定過程評審和批準的準則;b）確定保持批準的條件;c）設施和設備的批準;d）人員的資格;e）使用特殊方法和程序實施和監控過程;f）保留成文信息的要求?！?/p>

五.鋼的熱處理審核過程中的審核要點

對與鋼的熱處理過程進行審核主要包括通用部分審核和具體工藝過程審核。針對通用要求部分，應檢查該工藝的通用要求，如每天按要求實施壓縮空氣檢查，設備每日點檢是否按時進行，所用工藝是否經過客戶批準。

工藝相關審核包括從事該工藝相關人員資質，工裝及設備，原材料及輔助材料，工藝文件的符合性，測試過程的符合性要求。其中，進行特殊過程操作和檢驗的人員在從事相應特殊生產過程前應進行相應培訓，考核結果符合要求后方可上崗。培訓一般包括理論培訓和實操培訓，結果作為證據需保留。審核過程需對相關操作和檢驗人員的培訓過程，培訓資料的保存和使用，培訓結果的獲得等進行檢查。對于原材料和輔助材料的要求，在入廠時應根據需求做入廠驗收，并保留證據。如部分材料入廠時僅需核實其出廠合格證，及出廠檢驗報告等供應商提供的資料。對于重要的原材料，則需在核實供應商提供資料基礎上做廠內接受檢驗，如硬度、電導率、強度、化學成分分析等，并保留資料作為證據。工藝文件作為現場操作的指導性文件，生產前應核實其有效性，以及與工程文件的符合性。作為技術文件，其版本有效性尤其需要關注，在工程文件更改后，修改或新增要求是否傳遞到現場操作文件中，生產開始前的準備工作中需進行核實。

鋼的熱處理過程中使用的工裝工具較為簡單，對其日常維護情況需進行審核。加工設備應進行計量，精度滿足工藝要求【2】。對于私用空氣爐進行熱加工的材料，需預留加工余量，以滿足加工后去除氧化皮的需要。對于精加工零件需在真空爐或保護環境中進行加工，以防止零件氧化。對于不同加工氛圍，需在生產記錄中進行明確。生產記錄應準確記錄生產過程中重要的參數，如加工設備編號，加熱開始結束時間，保溫時間，保溫溫度，淬火介質等。

總之鋼的熱處理是一個非常復雜的過程，需對其進行過程監控，并保留成文信息以備審核，且對于零件相關重要資料的保存需按要求長期保存或與飛機同壽命。

參考文獻：

【1】《中國航空材料手冊 結構鋼 不銹鋼》，中國航空材料手冊編輯委員會，中國標準出版社，1988年9月第一版，P5，）

【2】民用航空熱加工設備的高溫測量，崔玉卉、王偉、吳岳明、景坤，上海交通大學出版社，2017年6月第一版