中航工業(yè)湖南航空工業(yè)（集團(tuán)）有限公司國際加工貿(mào)易分公司 謝思中

熱處理技術(shù)在航空工業(yè)中的應(yīng)用

中航工業(yè)湖南航空工業(yè)（集團(tuán)）有限公司國際加工貿(mào)易分公司 謝思中

一、熱處理技術(shù)的概念

熱處理技術(shù)是指利用一些專用的加工設(shè)備將金屬材料經(jīng)過加熱、保溫以及冷卻處理后，通過改變材料內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)來控制整體性能的加工工藝。在對金屬材料進(jìn)行熱處理的過程中，加熱環(huán)節(jié)現(xiàn)階段普遍采用陶瓷換熱器進(jìn)行的金屬換熱器相比，陶瓷換熱器在導(dǎo)熱性能、高文強(qiáng)度、抗氧化性以及抗震性能上都有比較優(yōu)越的表現(xiàn)。陶瓷換熱器的工作原理是在不需要摻冷風(fēng)及高溫保護(hù)的情況下，當(dāng)窯爐溫度達(dá)到1 250～1 450℃時(shí)，煙道出口的溫度會保持在1 000～1 300℃，此時(shí)陶瓷換熱器可以回收450～750℃的余熱，然后將其送進(jìn)窯爐與燃?xì)庑纬苫旌蠚膺M(jìn)行燃燒。整個(gè)過程操作簡便、性能可靠、使用壽命長，能夠很好地降低成本，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

由于熱處理技術(shù)可以使金屬材料在不改變形態(tài)和化學(xué)成分的狀態(tài)下提升材料使用性能，因此在機(jī)械制造業(yè)中是一項(xiàng)非常重要的材料加工技術(shù)。在我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，航空工業(yè)的建設(shè)也顯示出了比較強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，對于制造技術(shù)以及新材料的研究也在不斷深入，特別是以熱處理為代表的材料加工技術(shù)，包括真空熱處理、可控氣氛熱處理、熱處理冷卻技術(shù)、熱處理節(jié)能減排技術(shù)等，都取得了新的進(jìn)展。

二、熱處理技術(shù)在航空工業(yè)中的應(yīng)用

在航空工業(yè)中，鋁、銅、鎂、鈦等金屬以及其他合金由于密度高、延展性好以及具有較強(qiáng)的耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)得到了比較廣泛的應(yīng)用，但同時(shí)由于鋁、銅、鎂、鈦等金屬以及其他合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要經(jīng)過熱處理獲得比較穩(wěn)定的使用性能，另外在應(yīng)用熱處理技術(shù)時(shí)還需要根據(jù)《航空用高溫合金熱處理工藝》中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行操作。以下對熱處理技術(shù)在航空工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行淺析。

1. 熱處理前的材料清洗工作。對材料進(jìn)行熱處理的過程中，如果不對加工材料進(jìn)行必要的清洗，表面的污垢會經(jīng)過高溫蒸發(fā)干擾加熱的環(huán)境，從而影響熱處理的效果。所以金屬材料在進(jìn)行熱處理前應(yīng)該確保表面整潔，無焊藥、酸、堿、鹽、非保護(hù)性涂料和玻璃潤滑劑等污物，無加工余量或者加工余量小于0.3mm的制件入爐時(shí)，應(yīng)該無指印、切削液、滲透檢驗(yàn)液、標(biāo)記液以及水等其他雜質(zhì)。另外對于熱處理夾具接觸制件的部分，也應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的清潔工作。而且在進(jìn)行熱處理時(shí)，還需要防止夾具在高溫以及高真空下同制件發(fā)生粘連現(xiàn)象。

2. 金屬材料的裝爐以及預(yù)熱。在進(jìn)行熱處理時(shí)首先要將金屬材料按照加熱爐容量的要求進(jìn)行合理擺放，確保金屬材料能夠均勻受熱，而且在放置的過程中要利用專用的支架將將金屬材料與爐底板隔開，避免局部溫度過高影響材料熱處理的性能。在加熱的過程中，為減小金屬材料的變形以及防止開裂，要進(jìn)行預(yù)熱或者分階段加熱，預(yù)熱時(shí)間以及分階段加熱的段數(shù)要根據(jù)加工材料的性質(zhì)自行規(guī)定。當(dāng)預(yù)熱和加熱分別在兩個(gè)爐內(nèi)進(jìn)行時(shí)，經(jīng)過預(yù)熱的金屬材料應(yīng)該迅速轉(zhuǎn)移到熱處理爐內(nèi)進(jìn)行加熱處理，盡量減少轉(zhuǎn)移過程中的熱量損失。

在熱處理過程中固溶處理、退火以及均勻化處理的溫度高于825°C時(shí)，金屬材料的裝爐溫度應(yīng)該控制在825°C以下，有效厚度不大于16mm時(shí)可以裝3層，并隨爐或者分階段升溫至固溶處理、退火或者均勻化處理溫度；當(dāng)有效厚度不大于16mm時(shí)可以裝2層，并在825°C保溫2～4h后隨爐或者分階段升溫至固溶處理、退火或者均勻化處理溫度。時(shí)效處理以及退火溫度低于825°C時(shí)，金屬材料的裝爐溫度應(yīng)該低于時(shí)效處理或者退火溫度50～100°C，有效厚度不大于30mm時(shí)可以裝4層，然后升溫至?xí)r效處理或者退火溫度；當(dāng)有效厚度不大于30mm時(shí)可以裝3層，并在裝爐溫度保溫2～4h后，升溫至?xí)r效處理或者退火溫度。對厚薄相差較大的金屬材料，為了在加熱的過程中減小熱應(yīng)力，可以將金屬材料的裝爐溫度控制在825°C以下，并在825°C保溫2～4h后，分階段將溫度上升至加熱溫度。

3. 加熱保溫階段。熱處理技術(shù)包括加熱、保溫以及冷卻三個(gè)環(huán)節(jié)，其中加熱是熱處理的重要工序之一，所以應(yīng)該嚴(yán)格按照《航空用高溫合金熱處理工藝》中的相關(guān)規(guī)定對加熱溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。當(dāng)爐內(nèi)溫度與《航空用高溫合金熱處理工藝》中規(guī)定的加熱溫度相一致時(shí)，開始計(jì)算保溫時(shí)間。

4. 金屬材料的冷卻過程。進(jìn)行冷卻的過程中，在固溶處理時(shí)當(dāng)本標(biāo)準(zhǔn)允許使用一種以上的冷卻介質(zhì)，應(yīng)該選用適合下道工序的冷卻介質(zhì)，對需焊接成形的金屬材料，應(yīng)選用冷卻速度較快的介質(zhì)。在使用水、油等冷卻介質(zhì)對金屬材料進(jìn)行冷卻時(shí)，應(yīng)該迅速將金屬材料浸入冷卻介質(zhì)內(nèi)，避免轉(zhuǎn)移時(shí)金屬材料的溫度散失。進(jìn)行裝罐熱處理的金屬材料，可以將罐從爐內(nèi)取出后，采用迅速冷卻罐外部的方法進(jìn)行冷卻。當(dāng)金屬材料經(jīng)過保溫后需要在空氣中進(jìn)行緩冷時(shí)，可以使用專用冷卻裝置，如果要求在空氣中快冷時(shí)，應(yīng)該選用能夠確保金屬材料散放或者使用風(fēng)扇吹風(fēng)冷卻的冷卻平臺。當(dāng)金屬材料經(jīng)過保溫后需要在爐內(nèi)進(jìn)行緩冷時(shí)，應(yīng)該對金屬材料在爐內(nèi)的冷卻速度進(jìn)行有效控制。

5. 熱處理后的清洗和清理工作。在上述熱處理工作完成后，需要對金屬材料表面殘留的污物進(jìn)行及時(shí)的清洗和清理。對于熱處理后需要清除氧化皮的金屬材料，可以根據(jù)材料的性能進(jìn)行堿洗、酸洗、噴砂等方法，如果金屬材料需要進(jìn)行多次加熱，氧化皮的清理工作可以安排在最后一次加熱完成后進(jìn)行。

6. 焊接組件的熱處理。對焊接組合件進(jìn)行熱處理時(shí)，應(yīng)該首先進(jìn)行固溶處理或者固溶加時(shí)效處理去除焊接應(yīng)力。對于一些不適于用固溶處理的焊接組合件，可以采用時(shí)效處理的方法消除焊接應(yīng)力。另外一些特殊制件對于硬度有較高的要求，在進(jìn)行時(shí)效處理或者退火時(shí)要對溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。而對于一些單件為固溶狀態(tài)的焊接組合件，焊接后要進(jìn)行時(shí)效處理。對于熔焊后有足夠余量的制件，應(yīng)該進(jìn)行固溶加時(shí)效處理。

三、結(jié)論

綜上，熱處理技術(shù)可以使材料在不改變材料原有形態(tài)以及化學(xué)性質(zhì)的前提下，不僅獲得強(qiáng)韌化、耐磨性以及抗疲勞性等使用性能，同時(shí)還在可靠性、耐久性以及安全性等方面得到提升，因此在航空工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。在市場經(jīng)濟(jì)全球化的大背景下，日趨激烈的市場競爭使航空工業(yè)更加重視材料質(zhì)量以及制作工藝，熱處理技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新成為航空工業(yè)生命力及競爭力的重要體現(xiàn)。