谷柳 李志剛

關(guān)鍵詞：大飛機(jī)用鋁合金材料，標(biāo)準(zhǔn)

1 大飛機(jī)用鋁合金材料標(biāo)準(zhǔn)研制背景

2023年5月28日，由C919大型客機(jī)執(zhí)飛的東方航空MU9191次航班平穩(wěn)降落于北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)，標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919全球首次商業(yè)載客飛行圓滿(mǎn)完成。自此，C919大飛機(jī)貫通“研發(fā)、制造、取證、運(yùn)營(yíng)”全流程，歷時(shí)14年，我國(guó)國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)正式從研發(fā)制造階段轉(zhuǎn)入商業(yè)運(yùn)營(yíng)階段。

航空工業(yè)作為制造業(yè)“皇冠上的明珠”，大飛機(jī)的發(fā)展程度直接反映出一個(gè)國(guó)家工業(yè)制造的整體水平。雖然我國(guó)已成功自主設(shè)計(jì)并研發(fā)出C919大飛機(jī)，但離躋身于由歐洲空中客車(chē)公司、美國(guó)波音公司主導(dǎo)的世界“大飛機(jī)俱樂(lè)部”仍有較大差距。就占C919大飛機(jī)凈質(zhì)量65%的鋁合金材料[1]而言，目前仍存在以下3個(gè)問(wèn)題。

（1）受到大飛機(jī)用鋁合金材料研發(fā)難度高、產(chǎn)量低的限制，目前C919大飛機(jī)上達(dá)到裝機(jī)狀態(tài)的國(guó)產(chǎn)鋁合金材料為68.2%，部分關(guān)鍵鋁合金材料仍依賴(lài)進(jìn)口，國(guó)內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)大飛機(jī)用鋁合金材料的完全自主供應(yīng)。

（2）C919大飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，鋁合金材料的力學(xué)性能、物理性能等設(shè)計(jì)值采用了美國(guó)制定的金屬材料性能開(kāi)發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化（MMPDS）手冊(cè)中的數(shù)值，但其數(shù)據(jù)源自美國(guó)材料生產(chǎn)企業(yè)多年積累統(tǒng)計(jì)，與我國(guó)鋁合金材料性能數(shù)據(jù)難以接軌，而國(guó)內(nèi)也未形成鋁合金材料自有數(shù)據(jù)庫(kù)。

（3）目前我國(guó)適航認(rèn)證多采用AMS（美國(guó)宇航材料規(guī)范）標(biāo)準(zhǔn)和ASTM國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織標(biāo)準(zhǔn)體系作為依據(jù)。我國(guó)民用大飛機(jī)發(fā)展時(shí)間短、早期缺乏相關(guān)產(chǎn)業(yè)牽引，民用大飛機(jī)相較于軍用飛機(jī)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(jī)用鋁合金材料適配的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)沒(méi)有可用于適航認(rèn)證的大飛機(jī)用鋁合金材料標(biāo)準(zhǔn)體系。

2 大飛機(jī)用鋁合金材料標(biāo)準(zhǔn)研制情況

從大飛機(jī)用鋁合金材料供應(yīng)難以全面國(guó)產(chǎn)化、飛機(jī)設(shè)計(jì)值缺乏鋁合金材料統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、適航認(rèn)證無(wú)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)可依等問(wèn)題出發(fā)，全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)輕金屬分技術(shù)委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)輕標(biāo)委）迎難而上，從標(biāo)準(zhǔn)角度入手，歷經(jīng)5年，在以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新性突破。

（1）上下游合作機(jī)制實(shí)現(xiàn)“標(biāo)準(zhǔn)先行”

對(duì)于一般鋁合金材料標(biāo)準(zhǔn)研制工作，由于產(chǎn)品市場(chǎng)化程度高、技術(shù)水平較為穩(wěn)定，編制組以生產(chǎn)單位為主，加之少量科研院所及用戶(hù)單位。大飛機(jī)用鋁合金材料雖然部分達(dá)到裝機(jī)狀態(tài)，但是產(chǎn)品未實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。標(biāo)準(zhǔn)研制之初，多數(shù)合金牌號(hào)國(guó)內(nèi)僅有1～2家單位可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)供貨。輕標(biāo)委通過(guò)“標(biāo)準(zhǔn)先行”的方式開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)研制工作，多數(shù)研究?jī)?nèi)容屬于“摸著石頭過(guò)河”。

在標(biāo)準(zhǔn)研制過(guò)程中創(chuàng)造性地聯(lián)合民機(jī)鋁材上下游整體，組織生產(chǎn)、檢測(cè)、設(shè)計(jì)、認(rèn)證、使用等各相關(guān)方協(xié)同參與，形成上下游合作機(jī)制，這屬于輕標(biāo)委標(biāo)準(zhǔn)研制過(guò)程中的首例。標(biāo)準(zhǔn)研制不是僅以調(diào)研數(shù)據(jù)加之試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定技術(shù)指標(biāo)，而是以科研的態(tài)度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作，在調(diào)研行業(yè)現(xiàn)狀的前提下，充分消化吸收國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)每個(gè)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)確定評(píng)價(jià)方案，最終完成標(biāo)準(zhǔn)撰寫(xiě)工作，可謂是“眾智所為，則無(wú)不成”。

截至2022年底，輕標(biāo)委完成了GB/T 40321-2021《高強(qiáng)高韌型Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金板材》等12項(xiàng)大飛機(jī)用鋁合金材料專(zhuān)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的研制工作，基本實(shí)現(xiàn)了C919大飛機(jī)用量較大的鋁合金牌號(hào)的全覆蓋，如：7055T77751板材、7050T7451板材等，有效解決了我國(guó)大飛機(jī)用鋁合金材料專(zhuān)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)缺失的問(wèn)題。該批先行標(biāo)準(zhǔn)受到了多家主機(jī)廠的認(rèn)可，將在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施后開(kāi)展示范應(yīng)用工作，有望在未來(lái)幾年成功替代AMS標(biāo)準(zhǔn)和ASTM標(biāo)準(zhǔn)作為采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行使用。

（2）大飛機(jī)用鋁合金材料標(biāo)準(zhǔn)體系初具規(guī)模

大飛機(jī)用鋁合金材料標(biāo)準(zhǔn)體系脫胎于輕標(biāo)委標(biāo)準(zhǔn)體系，以大飛機(jī)用鋁合金專(zhuān)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為核心，在基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、方法標(biāo)準(zhǔn)、通用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和原輔材料標(biāo)準(zhǔn)為支撐下，方能發(fā)揮其重要作用。

輕標(biāo)委通過(guò)梳理現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)體系，發(fā)現(xiàn)若需融入大飛機(jī)用鋁合金材料相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)要求，首先要對(duì)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，如：GB/T 3190-2020《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》及GB/T 16475-202X《變形鋁及鋁合金產(chǎn)品狀態(tài)代號(hào)》標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)足牌號(hào)、狀態(tài)需求；再根據(jù)大飛機(jī)用鋁合金材料專(zhuān)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)需求提出需要制修訂的方法評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如：研制GB/T XXXXX《鋁合金斷裂韌度試驗(yàn)方法》（待發(fā)布）標(biāo)準(zhǔn)等；與此同時(shí)研制大飛機(jī)用鋁合金材料專(zhuān)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，以配套適航認(rèn)證、材料采購(gòu)需求，如：GB/T 40321-2021《高強(qiáng)高韌型Al-Zn-Mg-Cu系鋁合金板材》標(biāo)準(zhǔn)等；修訂通用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)大飛機(jī)用鋁合金材料中非關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品，將其性能指標(biāo)納入其中。

最終通過(guò)廣泛調(diào)研大飛機(jī)用鋁合金材料生產(chǎn)單位、設(shè)計(jì)單位、使用單位對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的需求，在大飛機(jī)用鋁合金材料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制過(guò)程中不斷深挖，首次構(gòu)建了既符合我國(guó)國(guó)情又與國(guó)際接軌的科學(xué)、統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、適用的大飛機(jī)用鋁合金材料標(biāo)準(zhǔn)體系，體系框架圖如圖1所示，標(biāo)準(zhǔn)體系表如圖2所示。大飛機(jī)用鋁合金材料標(biāo)準(zhǔn)體系涉及鋁合金材料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)138項(xiàng)，其中專(zhuān)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)12項(xiàng)，基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)17項(xiàng)，方法標(biāo)準(zhǔn)87項(xiàng)（其中非全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口標(biāo)準(zhǔn)11項(xiàng)），通用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)12項(xiàng)，原輔材料標(biāo)準(zhǔn)10項(xiàng)（大飛機(jī)用鋁合金材料專(zhuān)用原材料標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)）。已完成研制的標(biāo)準(zhǔn)51項(xiàng)（包括正在報(bào)批的標(biāo)準(zhǔn)），正在研制的標(biāo)準(zhǔn)15項(xiàng)，擬開(kāi)展研制的標(biāo)準(zhǔn)47項(xiàng)。未來(lái)幾年，在大飛機(jī)用鋁合金材料標(biāo)準(zhǔn)體系頂層設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下，輕標(biāo)委將組織企業(yè)有計(jì)劃、分步驟地完成標(biāo)準(zhǔn)研制工作，為設(shè)計(jì)單位、認(rèn)證單位、使用單位的鋁合金材料選材、適航認(rèn)證提供有力支撐。

（3）自有鋁材料標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)新嘗試

在啟動(dòng)大飛機(jī)用鋁合金材料專(zhuān)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的研制工作的同時(shí)，輕標(biāo)委首次啟動(dòng)了變形鋁及鋁合金產(chǎn)品狀態(tài)與性能注冊(cè)工作。對(duì)于大飛機(jī)用鋁合金材料，通過(guò)三爐十批工藝驗(yàn)證、三爐三批合格鑒定、五十批小批量供貨的產(chǎn)品，主機(jī)廠對(duì)變異系數(shù)及過(guò)程控制能力均提出具體要求，此時(shí)達(dá)到裝機(jī)狀態(tài)的不同批次的鋁合金材料其室溫拉伸力學(xué)性能值穩(wěn)定在較小區(qū)間內(nèi)波動(dòng)。材料生產(chǎn)單位提供的每個(gè)規(guī)格檔穩(wěn)定生產(chǎn)的10熔次10個(gè)批次的100組以上數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)得到材料的典型值。對(duì)于一般工業(yè)用鋁合金材料，受到生產(chǎn)條件、批量化等因素的影響，部分材料室溫拉伸力學(xué)性能值波動(dòng)較大，難以得到材料的典型值，通過(guò)材料室溫拉伸力學(xué)性能值的統(tǒng)計(jì)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(hào)、狀態(tài)、尺寸規(guī)格相對(duì)應(yīng)，形成《變形鋁及鋁合金產(chǎn)品狀態(tài)與性能登記表》，并跟隨標(biāo)準(zhǔn)研制進(jìn)行滾動(dòng)更新。

《變形鋁及鋁合金產(chǎn)品狀態(tài)與性能登記表》即為輕標(biāo)委通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)研制收集數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)分析所得的我國(guó)自有鋁材料標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)的外在表現(xiàn)形式。通過(guò)逐年積累，未來(lái)將有望在整個(gè)鋁工業(yè)形成成熟的數(shù)據(jù)體系，用于材料選型、設(shè)計(jì)值選用，為生產(chǎn)企業(yè)提供產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定標(biāo)桿，助力鋁工業(yè)整體水平的提升。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

截至2022年底，輕標(biāo)委已初步建成了配套大飛機(jī)用鋁合金材料的標(biāo)準(zhǔn)體系，并將達(dá)到裝機(jī)狀態(tài)的鋁合金材料以及部分一般工業(yè)用鋁合金材料性能指標(biāo)納入鋁標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)中，為適航認(rèn)證、材料選型以及飛機(jī)設(shè)計(jì)提供有效保障，部分標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)單位、檢測(cè)單位的應(yīng)用實(shí)施已初見(jiàn)成效。未來(lái)5年將在大飛機(jī)用鋁合金材料標(biāo)準(zhǔn)體系的指引下，緊跟材料研發(fā)進(jìn)展，補(bǔ)充完善標(biāo)準(zhǔn)體系中缺失專(zhuān)用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)以及方法評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)配套圖譜類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，健全大飛機(jī)用鋁合金標(biāo)準(zhǔn)體系；其次，跟隨標(biāo)準(zhǔn)研制持續(xù)開(kāi)展鋁合金材料性能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作，完善鋁材料標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，助力鋁工業(yè)向高質(zhì)量發(fā)展邁進(jìn)；最后，發(fā)揮大飛機(jī)用鋁合金材料標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)作用，加快大飛機(jī)等高端制造領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，在輕金屬領(lǐng)域推廣標(biāo)準(zhǔn)研制經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)上下游合作交流，共同促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量水平的提升。