標準助推大飛機產業化實現重大跨越

谷柳 李志剛

關鍵詞：大飛機用鋁合金材料，標準

1 大飛機用鋁合金材料標準研制背景

2023年5月28日，由C919大型客機執飛的東方航空MU9191次航班平穩降落于北京首都國際機場，標志著國產大飛機C919全球首次商業載客飛行圓滿完成。自此，C919大飛機貫通“研發、制造、取證、運營”全流程，歷時14年，我國國產大飛機正式從研發制造階段轉入商業運營階段。

航空工業作為制造業“皇冠上的明珠”，大飛機的發展程度直接反映出一個國家工業制造的整體水平。雖然我國已成功自主設計并研發出C919大飛機，但離躋身于由歐洲空中客車公司、美國波音公司主導的世界“大飛機俱樂部”仍有較大差距。就占C919大飛機凈質量65%的鋁合金材料[1]而言，目前仍存在以下3個問題。

（1）受到大飛機用鋁合金材料研發難度高、產量低的限制，目前C919大飛機上達到裝機狀態的國產鋁合金材料為68.2%，部分關鍵鋁合金材料仍依賴進口，國內無法實現大飛機用鋁合金材料的完全自主供應。

（2）C919大飛機設計時，鋁合金材料的力學性能、物理性能等設計值采用了美國制定的金屬材料性能開發和標準化（MMPDS）手冊中的數值，但其數據源自美國材料生產企業多年積累統計，與我國鋁合金材料性能數據難以接軌，而國內也未形成鋁合金材料自有數據庫。

（3）目前我國適航認證多采用AMS（美國宇航材料規范）標準和ASTM國際標準組織標準體系作為依據。我國民用大飛機發展時間短、早期缺乏相關產業牽引，民用大飛機相較于軍用飛機在安全可靠性及耐久性上提出更高要求，暫未制定民用大飛機用鋁合金材料適配的國內標準，我國沒有可用于適航認證的大飛機用鋁合金材料標準體系。

2 大飛機用鋁合金材料標準研制情況

從大飛機用鋁合金材料供應難以全面國產化、飛機設計值缺乏鋁合金材料統計數據、適航認證無國內標準可依等問題出發，全國有色金屬標準化技術委員會輕金屬分技術委員會（以下簡稱輕標委）迎難而上，從標準角度入手，歷經5年，在以下幾個方面實現了創新性突破。

（1）上下游合作機制實現“標準先行”

對于一般鋁合金材料標準研制工作，由于產品市場化程度高、技術水平較為穩定，編制組以生產單位為主，加之少量科研院所及用戶單位。大飛機用鋁合金材料雖然部分達到裝機狀態，但是產品未實現批量化生產。標準研制之初，多數合金牌號國內僅有1～2家單位可以實現生產供貨。輕標委通過“標準先行”的方式開展標準研制工作，多數研究內容屬于“摸著石頭過河”。

在標準研制過程中創造性地聯合民機鋁材上下游整體，組織生產、檢測、設計、認證、使用等各相關方協同參與，形成上下游合作機制，這屬于輕標委標準研制過程中的首例。標準研制不是僅以調研數據加之試驗數據確定技術指標，而是以科研的態度進行標準化工作，在調研行業現狀的前提下，充分消化吸收國際先進標準，對每個技術指標進行反復試驗確定評價方案，最終完成標準撰寫工作，可謂是“眾智所為，則無不成”。

截至2022年底，輕標委完成了GB/T 40321-2021《高強高韌型Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金板材》等12項大飛機用鋁合金材料專用產品標準的研制工作，基本實現了C919大飛機用量較大的鋁合金牌號的全覆蓋，如：7055T77751板材、7050T7451板材等，有效解決了我國大飛機用鋁合金材料專用產品標準缺失的問題。該批先行標準受到了多家主機廠的認可，將在標準發布實施后開展示范應用工作，有望在未來幾年成功替代AMS標準和ASTM標準作為采購標準進行使用。

（2）大飛機用鋁合金材料標準體系初具規模

大飛機用鋁合金材料標準體系脫胎于輕標委標準體系，以大飛機用鋁合金專用產品標準為核心，在基礎標準、方法標準、通用產品標準和原輔材料標準為支撐下，方能發揮其重要作用。

輕標委通過梳理現有標準體系，發現若需融入大飛機用鋁合金材料相應技術指標要求，首先要對基礎標準進行修訂，如：GB/T 3190-2020《變形鋁及鋁合金化學成分》及GB/T 16475-202X《變形鋁及鋁合金產品狀態代號》標準，補足牌號、狀態需求；再根據大飛機用鋁合金材料專用產品標準需求提出需要制修訂的方法評價標準，如：研制GB/T XXXXX《鋁合金斷裂韌度試驗方法》（待發布）標準等；與此同時研制大飛機用鋁合金材料專用產品標準，以配套適航認證、材料采購需求，如：GB/T 40321-2021《高強高韌型Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金板材》標準等；修訂通用產品標準，針對大飛機用鋁合金材料中非關鍵結構件產品，將其性能指標納入其中。

最終通過廣泛調研大飛機用鋁合金材料生產單位、設計單位、使用單位對標準的需求，在大飛機用鋁合金材料相關標準研制過程中不斷深挖，首次構建了既符合我國國情又與國際接軌的科學、統一、協調、適用的大飛機用鋁合金材料標準體系，體系框架圖如圖1所示，標準體系表如圖2所示。大飛機用鋁合金材料標準體系涉及鋁合金材料相關標準138項，其中專用產品標準12項，基礎標準17項，方法標準87項（其中非全國有色金屬標準化技術委員會歸口標準11項），通用產品標準12項，原輔材料標準10項（大飛機用鋁合金材料專用原材料標準1項）。已完成研制的標準51項（包括正在報批的標準），正在研制的標準15項，擬開展研制的標準47項。未來幾年，在大飛機用鋁合金材料標準體系頂層設計的指導下，輕標委將組織企業有計劃、分步驟地完成標準研制工作，為設計單位、認證單位、使用單位的鋁合金材料選材、適航認證提供有力支撐。

（3）自有鋁材料標準數據庫新嘗試

在啟動大飛機用鋁合金材料專用產品標準的研制工作的同時，輕標委首次啟動了變形鋁及鋁合金產品狀態與性能注冊工作。對于大飛機用鋁合金材料，通過三爐十批工藝驗證、三爐三批合格鑒定、五十批小批量供貨的產品，主機廠對變異系數及過程控制能力均提出具體要求，此時達到裝機狀態的不同批次的鋁合金材料其室溫拉伸力學性能值穩定在較小區間內波動。材料生產單位提供的每個規格檔穩定生產的10熔次10個批次的100組以上數據，通過數理統計得到材料的典型值。對于一般工業用鋁合金材料，受到生產條件、批量化等因素的影響，部分材料室溫拉伸力學性能值波動較大，難以得到材料的典型值，通過材料室溫拉伸力學性能值的統計分析，可得出材料的示例值。獲得的典型值和示例值，與材料的牌號、狀態、尺寸規格相對應，形成《變形鋁及鋁合金產品狀態與性能登記表》，并跟隨標準研制進行滾動更新。

《變形鋁及鋁合金產品狀態與性能登記表》即為輕標委通過標準研制收集數據、數學分析所得的我國自有鋁材料標準數據庫的外在表現形式。通過逐年積累，未來將有望在整個鋁工業形成成熟的數據體系，用于材料選型、設計值選用，為生產企業提供產品質量穩定標桿，助力鋁工業整體水平的提升。

3 結語與展望

截至2022年底，輕標委已初步建成了配套大飛機用鋁合金材料的標準體系，并將達到裝機狀態的鋁合金材料以及部分一般工業用鋁合金材料性能指標納入鋁標準數據庫中，為適航認證、材料選型以及飛機設計提供有效保障，部分標準在設計單位、檢測單位的應用實施已初見成效。未來5年將在大飛機用鋁合金材料標準體系的指引下，緊跟材料研發進展，補充完善標準體系中缺失專用產品標準以及方法評價標準配套圖譜類標準，健全大飛機用鋁合金標準體系；其次，跟隨標準研制持續開展鋁合金材料性能數據統計工作，完善鋁材料標準數據庫，助力鋁工業向高質量發展邁進；最后，發揮大飛機用鋁合金材料標準引領作用，加快大飛機等高端制造領域產業化進程，在輕金屬領域推廣標準研制經驗，加強上下游合作交流，共同促進標準質量水平的提升。