中国航空材料现状

中国航空材料现状，问题，对策 作者 胡政 作者单位 南昌航空大学飞行器制造工程学院090321班 摘要 关键字 航空材料 一：中国航空材料现状 自1951年建立以来，我国航空工业历经了修理，仿制、改进、改型到自行研制的漫长过程，批量生产了歼击机、轰炸机、强击机、运输机、直升机，教练机和无人机等多种类型飞机，生产了活塞式、涡轮喷气式、涡轮风扇式、涡轴式、涡轮螺旋桨式发动机，以及海防、空一空战术导弹，机载设备等系列配套产品。 20世纪五六十年代，我国在引进原苏联航空产品的同时，也原封不动地引进和仿制了一大批相应的材料，这批材料目前仍是我国生产第二代 航空产品的主要材料；70年代中期以后，我国又先后引进了英、法、美等西方国家的航空产品，也相应地引进和仿制了这些国家的材料，在此期间，除对国外材料进行仿制，改进、改型外，我国还结合国情，重点研制了一批与国际水平相当的新型材料。到目前为止，我国已能生产航空用金属材料、有机高分子材料、无机非金属材料以及复合材料达2000余个牌号，并先后制订了1000余份各类航空材料，热工艺及理化检测标准。从总体上看，我国已基本形成了比较完整的航空材料研制技术和批量生产能力，较好地满足了第三代飞机／发动机的需求，形成了主站航空装备关键材料的国内自主保障能力，但材料成 熟程度和质量稳定性还有待进一步提高。第四代飞机／发动机材料尚处于型号研制阶段，关键材料工程化研究不足，技术成熟度低，一些关键基础原材料尚不能实现国内自主供货，民机材料受到适航性的限制，暂时还依赖。 二．中国航空材料存在的主要问题 一直以来，我国航空材料普遍仿制材料多、创新材料少，单一用途材料多、一材多用材料少，研制新材料多、改进改型已定型材料少，研制材料成果多、工程应用少。这种状况不但限制了每种牌号材料的批量生产，还增加 了生产成本，降低了市场竞争力，严重制约了我国航空工业的发展，主要表现在以下几个方面： 第一，材料牌号多、不同国家的同 性能水平材料重复仿制。以高温合金为例，目前我国研制和生产的高温合金牌号有近百个，几乎是世界航空用高温合金牌号的总和，其中，仅涡轮盘用高温合金一项，我国就先后仿制和研制了不下十几个牌号，但获得广泛应用的只有一个牌号。 第二，同类材料多国标准并存，互不兼容，因此，我国没有形成相互联系与协调配套并适合国内需求的材料、工艺及理化检测标准，不利于设计选材。 第三，有潜力的定型材料改进、改型少，设计选材的继承性差、风险大。长期以来，改进、改型已定型的材料得不到重视，立项难，即使批准立项，其经费也很少，造成了定型材料潜力得不到挖掘、缺点得不到克服，难于在原有定型材料的基础上一代一代地发展下去，形成有自主知识产权的中国航空材料系列。自行研制选材和材料研制继承性差的结果直接导致了目前国内各国材料牌号并存的现状，这无形中提高了选材的风险性，增大了材料的成本。 第四，新材料储备少，型号研制周期长。我国新材料研制及其应用研究相对滞后于飞机和发动机型号的研制，型号研制中的产品设计和新材料研制或仿制、新材料应用研究同步进 行的现象普遍存在。这种“边设计型号、边研制材料、边应用材料”的状况，既延长了型号研制周期、增加了研制经费投入，又加大了型号研制的技术风险。 第五，材料性能数据积累不全，不能满足自行研制航空产品的选材要求。为仿制国外航空产品而仿制的材料一般只做少数几项基本性能检测。5大力学性能(o b、o o．2、6、妒、0【k)数据；某些用于制造关键件、重要件的材料，缺少按损伤容限设计的性能数据和按可靠性概率设计所需的统计性能数据，如A基值、B基值及-3 o值等；零部 件在使用环境温度，介质及应力综合作用下的使用性能数据更是缺乏。 第六，材料生产批量小、使用寿命短，缺乏市场竞争力。航空产品本身就具有多样性和小批量的特点，不同型号航空产品仿制的同等性能水平的材料，由于材料牌号不同，所形成每种牌号材料的生产批量都很小，生产批次更少，加之受国内材料生产工艺技术水平和设备能力的限制，不同炉批的材料，其成分与性能虽然符合技术标准规定，但波动范围大，这样一来，最终材料材质的一致性、均匀性和稳定 性较差，市场竞争力很弱。 第七，民机材料尚未按照国际惯例实行适航性管理。我国航空工业以 生产军用飞机为主，民机材料基本上也是按照军机材料进行管理。民用飞机材料如果不按照国际适航性管理条例进行管理，那么我国的民机及其材料就难以进入国际市场。显然，原封不动地仿制国外航空材 料导致了国内航空材料发展存在一系列问题，因此，加快发展中国航空工业，航材系统必须下央心改变这—状况。 三．发展中国航空材料的建议 针对目前我国航空材料存在的问题，结合实际，提出以下建议。 1．理顺并建立航空用各类材料的牌号系列 理顺并建立航空用各类材料的牌号系列是建立航空材料体系的主体，通过淘汰落后牌号、限用综合性能差与使用面窄的牌号、合并性能水平相近的牌号、优先选用综合性能好的牌号、开发研制暂缺的先进材料牌号、建立起具有不同性能水平档次的各类材料牌号系列，从而达到压缩减少材料牌号的目的，具体方法如下： (1) 对现有材料牌号进行分类 在收集汇总我国目前在产与在研飞机、直升机、发动机及机载设备所用材料的基础上，将各类材料的牌 号分为“优选”、“可选”和“限选”3类，作为理顺与建立各类材料牌号系列的依据。 （2) 采取不同措施解决多围材料牌号共存与重复问题 对以往在引进国外航空产品(含飞机、直升机、发动机及机载设备， 以下同)过程中所仿制的各类国外材料牌号，进行全面清理和综合对比分析，其中，对目前国内不能自主生产但具有应用前景的材料牌号，予以立项研究，研究成果经相关标准规定鉴定合格者，纳入国家军用标准(G JB，简称。国军标”)，航空专业标准(HB，简称“航标”)、冶标等行业标准，同时归到该类材料的牌号系列中，对其余的国外材料牌号，严格加以“限用”，即限制在除引进航空产品以外的产品上使用。随着我国对外经济技术合作的发展，引进国外航空产品和技术将不断增加，妥善处理其中的材料问题，将是构建中国航空材料体系所面临的重大课题。为此，要在熟悉与掌握有关国家各类材料牌号成分，性能及标准的基础上，进行深入地对比分析研究。 具体建议如下： 用国内现有相近材料牌号代用国外材料牌号，即如果国内现有某材料牌号的化学成分、力学及工艺性能与引进航空产品所用材料牌号相 近，可按相关的程序与要求，用该材料牌号代替相应国外材料牌号-对国内现有材料牌号不能代替的国外材料牌号，且又没有仿制价值的，可根据具体使用对象与要求，采取“以优代劣”的办法加以处理，即用国内性能优于国外的同类材料牌号代用；对国内现有材料牌号难以代用的少量国外材料牌号，可对其中具有先进性和应用前景的材料牌号，进行立项研制。 (2) 加强对定型成熟材料牌号的改进．升级研究。 优选”牌号中某些有广泛应用前景的牌号，可立项深入研究，挖潜改进，使其成为“一材多用”的牌号。对国外大量使用且国内成功应用的关键材如GH4169，TCll等，要跟踪研究，扩大其使用范围，实现一材多用，以取得更好的使用价值和技术经济效益。 （4)开发研制新的先进材料牌号在分析研究目前我国航空产品所用各类材料牌号系列、我国航空产业发展对材料的需求以及国外各类 航空材料发展动态的基础上，提出近5～10年内需要立项研制的材料牌号，然后分批组织实施。 2．补充测试性能数据，建芷性能数据库 《1)补充测试有关材料牌号暂缺的性能数据 对“优选”的材料牌号，根据使用的部位，要求，以及已有性能数据情况，提出尚需补测的性能数据清单，然后组织实施，对用作关键件、重要件的材料牌号，根据实际情况，提出缺失的有关结构设计、可靠性评估及寿命预测等性能数据，并进行补测。 (2)建立航空材料性能款据库 将各材料研制单位、生产厂家、各航空厂(所)对各类材料、各个牌号所测试的性能数据收集起来，进行汇总与归类，建立统一的航空材料性能数据库。对数据的层次、界面，曲线、图表以公式的表达形式等进行标准化与网络化处理，并与结构设计分析程序相连，使材 料性能数据能直接进入航空产品的结构分析程序，做到数据资源共享，服务全行业。鉴于我国航空材料性能数据分散在全国各厂(所、院校)并为各自占有，在加强材料性能和材料使用性能研究测试的同时，可将数据库建立工作授权归口到航空材料专业研究机构，实现 统一管理、信息共享。 3．完善航窄材料标准系列 在建立航空用各类材料牌号系列的同时，完善与建立包括各类材料牌号标准、理化性能检测标准及热工艺标准在内的航空材料标准系列。鉴于目前我国各类航空产品所用材料标准存在国家标准、国军标、航标、型号标准及企业标准等诸多标准类别，在建立我国航空材料体系时，可采取如下办法，以完善航空材料标准系列。 (1)以国军标和航标作为航空材料体系的主体标准 航空产品中的关键件与重要件所用材料绝大多数是以国军标或航标订货生产，较好地体现了当前我国航空材料的生产技术水平，比较全面准确地反映了航空产品的生产与使用要求。 (2)及时解决“优连”．呵选”和。限遗”材料牌号的标准问题 对目前仍按型号标准或企业标准订货生产的“优选”与“可选”材料牌号，应创造条件，尽快纳入国军标或航标；对确定为“限选”的材料牌号，已纳入国军标或航标者，应在相应标准修订时，将其从标准中去除或作出限用说明，尚未纳入国军标或航标者，今后不得纳入。 (3)统一理化检测标准 为满足相应材料标准所需数据测试结果的准确性和一致性，保证材料质量，避免供需双方出现检测结果不一致的矛盾，应对相关材料标准中所涉及到的理化检测标准加以统一。(4M订与制件成形相关的材料工艺标准金属材料的零件成形工艺(如铸造、锻压、热处理、焊接及表面处理等)、复合材料与非金属材料的制件成形工艺，不仅涉