［摘要］敘述了熱加工技術在航空工業中的作用及其發展趨勢。根據航空產品發展的需求及學科發展趨勢，提出了下個世紀初需要發展和推廣的關鍵熱加工技術。

　　航空產品的設計、材料和制造技術三者相輔相成，互相促進、互相制約。

　　一代飛機及其發動機的更新，總伴隨著新材料、新結構和新工藝的重大突破。熱加工技術的更新換代，必將促進航空產品性能和結構的重大改變。

　　熱加工技術是先進制造技術主體技術的重要組成部分，是保證航空產品質量的基礎技術。在航空工業中的作用可歸納如下：

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

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

　　（3）提高航空產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化處理等先進熱工藝制造起落架零件，可使起落架與飛機同壽命，一個起落架可代替傳統工藝生產的幾個起落架使用。

　　目前，國外已能大批量生產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100多種100多萬件精鑄單晶葉片；已批量生產投影面積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；已批量生產直徑 1300mm、壁厚1～2mm（最薄0.5mm）的鈦合金精鑄機匣，并正在研制尺寸達2000mm的精鑄件。

　　我國已能小批量生產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，不但與國際先進水平的差距甚大，而且與我國在新世紀研制和生產先進戰斗機、先進民機及其高推比發動機和機載設備對熱加工技術的需求相比，其差距也很大。因此，需要制定規劃、明確目標，集中力量攻克新機研制和生產急需的關鍵熱加工技術。本文針對這一現狀，對新世紀的我國航空熱加工關鍵技術作一展望。

　　1 熱加工技術的發展趨勢

　　現代熱加工技術的各種工藝方法大多是集多種學科于一體的綜合技術，是兼容多種現代科技理論的工程技術，是技術最密集、最能代表先進制造技術水平的高技術領域之一，具有技術難度大、耗資大和研究周期長等特點，正沿著如下新趨勢發展：

　　（1）新工藝方法發展迅速。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等；

　　（2）常規熱加工技術逐步被現代技術改造。古老的鍛、鑄、焊、熱、表面處理等常規技術引進了計算機、真空和激光等技術，被改造為高新技術；

　　（3）學科間互相滲透或組合成復合成形工藝愈來愈多。如超塑性成形/擴散連接和形變熱處理技術等；

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

　　（5）熱加工技術與產品新結構同步發展。如摩擦焊接、熱等靜壓和液相擴散焊等熱加工技術分別與整體渦輪轉子、整體葉盤結構和大型夾芯結構風扇葉片及對開葉片等新結構同步發展；

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

　　（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。

　　2 航空熱加工技術的發展重點

　　根據我國航空工業在新世紀的發展需要和熱加工技術的發展趨勢，針對第四代戰斗機和先進民機及其配套的高推重比發動機和機載設備對熱加工技術的需求，并考慮學科發展，建議下世紀初重點發展以下航空熱加工技術：

　　（1）先進鑄造技術。研究復雜結構葉片精密鑄造技術、抗高溫型芯和殼體材料及其精密制備技術及涂料技術、配套的電子束物理氣相沉積技術（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；研究鈦合金機匣-葉片整體結構件精鑄技術、高溫合金機匣精鑄技術、鋁合金唇口及附件殼體等大型結構件精鑄技術、大型薄壁高強蠟型和殼型制造技術及涂料技術、鑄造過程的數值模擬技術等，以全面掌握大型薄壁結構件精密鑄造技術。針對在研和在制飛機及其發動機典型零件工業生產的需求，推廣應用鈦合金整體機匣精鑄技術及其相應的配套技術，開發單晶組合葉片批生產技術及其相應的配套技術。

　　（2）超塑性和精密鍛壓技術。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力和流變場的數值模擬技術、粉末高溫合金盤件超塑性鍛造毛坯的制備技術和鍛造工藝、超塑性鍛造模具和潤滑技術，從而全面掌握粉末高溫合金盤件超塑性鍛造技術；探索粉末高溫合金渦輪盤件真空超塑性鍛造技術。

　　針對在研和在制飛機及其發動機典型零件工業生產的需求，推廣應用鈦合金葉片機械壓力機恒載荷精鍛批生產技術、潤滑及測量技術，開發鈦合金結構件、壓氣機盤和大型葉片的等溫模鍛技術，開發投影面積大于1m2的大型鍛件分級模鍛技術。

　　（3）特種焊接技術。研究單晶、NiAl、TiAl、C/C復合材料、Ti基復合材料、陶瓷結構件及異種材料構件真空釬焊技術及其釬料，研究單晶和 NiAl材料構件過渡液相擴散焊（TLP擴散焊）技術及其中間層合金，研究非晶態釬料和中間層合金的制造技術。針對在研和在制飛機及其發動機典型零件工業生產的需求，開發發動機轉子摩擦焊接和電子束焊接、壓氣機零組件和導管等激光釬焊技術、鋁鋰合金大型構件的電子束焊接技術、大型復雜結構雷達天線釬焊技術和鈦合金大型結構件的電子束焊接技術及其相應的配套技術。

　　（4）熱處理工藝基礎及通用技術。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、不銹鋼和結構鋼構件氮化處理的氮勢和氮化層深度的精確控制技術、真空離子滲碳仿真控制技術、熱處理工藝的計算機專家系統。針對在研和在制飛機及其發動機典型零件工業生產的需求，開發發動機熱端零部件高壓恢復熱處理技術、大型鋁合金組合件熱處理技術、高溫合金焊接件性能匹配熱處理技術和飛機及發動機零件、鈦合金鈑金組合件小變形精密熱處理技術及其相應的配套技術。

　　（5）表面工程技術。研究連續梯度結構新型隔熱涂層技術，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、渦輪葉片內腔冷卻通道循環氣相滲工藝、鎳鋁金屬間化合物構件高溫防護涂層技術、金屬有機物化學氣相沉積（MOCVD）紅外透射材料薄膜工藝、新型雷達罩高透波率抗雨蝕涂層工藝。針對在研和在制飛機及其發動機典型零件工業生產的需求，開發在中國氣候條件下的某先進飛機全機腐蝕控制技術、飛機進氣道隱身涂層涂裝技術和含氟蒙皮涂層及其涂層技術，推廣應用起落架零件Cd-Ti涂層技術和各種重要承力件表面應變強化技術。

　　（6）熱等靜壓成形及噴射沉積成形技術。研究雙合金整體葉盤結構（單晶葉片和粉末盤）熱等靜壓復合成形技術、超純凈高溫合金渦輪盤噴射成形技術及其相關技術、鋁基復合材料構件噴射成形技術，為新機研制作好技術儲備。針對在研和在制飛機及其發動機典型零件工業生產的需求，研究某發動機粉末合金渦輪盤直接熱等靜壓批生產工藝及其可靠性，開發噴射成形技術在某發動機渦輪盤上的工程應用。

　　（7）計算機技術在熱加工過程中的應用。研究鈦合金和高溫合金鑄件鑄造過程的數值模擬技術、鍛造過程的計算機反向模擬技術、鍛件及鑄件缺陷形成的數值模擬及其預測、計算機神經網絡技術在釬焊和擴散焊技術中的應用、熱處理工藝的計算機專家系統。推廣應用定向凝固葉片精鑄件凝固過程的數值模擬技術。

　　3 結束語

　　航空熱加工技術是顯著提高航空產品性能、大幅度減輕航空產品重量、降低制造成本和提高航空產品使用壽命及可靠性的關鍵技術，正沿著優質、高效、精密、大型和無污染的方向發展。為適應新世紀我國航空工業的發展，除加強各學科關鍵技術的預研外，還要重視批生產技術的配套發展，以提高制造技術的整體水平。為此建議：

　　（1）集中力量攻克高效冷卻單晶葉片精鑄技術和粉末高溫合金渦輪盤超塑性鍛造技術等先進戰斗機和先進民機及其配套發動機急需的關鍵熱加工技術，以保證新機研制的順利進行。

　　（2）針對在研和在制航空產品，完善和推廣應用鈦合金葉片精鍛批生產技術和鈦合金整體機匣精鑄技術等高效、精密、低成本的先進熱加工技術，開發并應用鈦合金大型結構件和壓氣機盤等溫模鍛技術及單晶組合葉片批生產技術等生產優質產品的先進熱加工技術，以提高航空工業的綜合技術水平、產品質量和經濟效益。