關于轉變航空材料標準制定模式的思考

袁文明

（北京航空材料研究院，北京 100095）

航空武器裝備、重大科技工程研制的發展趨勢是高新材料技術廣泛運用。當前在航空新材料技術領域，標準制定滯后于高新材料技術發展，標準水平不能完全滿足武器裝備研制、重大科技工程、背景型號預研的需求。從現狀來看，航空新型主干材料主要使用臨時標準（暫行技術協議）、企業標準（含大量的型號專用標準），標準升級速度慢。新材料在完成應用研究、技術鑒定和裝備設計定型轉入批生產后，應及時納入相應的國軍標或行業標準，以確保材料生產和驗收有統一的標準，并為材料采購以及新材料在新型武器上推廣應用提供條件。但是，目前已通過了武器裝備設計定型的新材料，仍有相當一批尚未納入國軍標或行業標準，這將給裝備的批生產和使用造成隱患。

航空新材料的納標周期比較長，從新材料投入型號應用到其正式納入行業及以上標準中一般需5～10年的時間，有些則需要更長的時間。以航空用鋼新材料為例，“九五”和“十五”期間三代機應用的新型高強度沉淀硬化不銹鋼、新型超高強度結構鋼、馬氏體時效鋼、高純潔度和高均質性鋼至今尚未納入行業標準。這些新材料長期以臨時標準和企業標準生產，直接影響了材料的供應質量，制約著新材料的推廣應用和發展。長期以來，航空新材料納標不及時已成為航空材料標準體系建設中的一個突出問題，究其根源，除了技術和經費層面的因素外，航空新材料標準的制定模式也是一個重要的影響因素。本文通過分析國內外航空新材料標準制定模式的現狀，探討標準制定模式對新材料納標的影響，提出今后轉變航空新型材料標準制定模式的思路。

1 國外航空材料標準制定模式現狀

1.1 俄羅斯航空材料標準

上個世紀80年代以前，俄羅斯航空材料標準主要以多牌號通用標準的模式進行制定，材料標準按材料品種不同分門別類制定，每項標準通常包括十幾個甚至及幾十個材料牌號，標準內容強調“大而全”和通用性。但在80年代以后俄羅斯航空材料標準的制定模式發生了一些變化，即出現了許多單牌號的材料標準（俗稱單篇規范），這些單篇規范的標準化對象主要以后期發展的新材料為主。

以某型號引進的257項俄羅斯鋼的材料標準為例，這部分標準大多制定于上個世紀80年代。其中結構鋼材料標準71項，屬于單個（極個別為2～3個）牌號的材料標準有54項，屬于多牌號通用性質的材料標準有17項；不銹鋼材料標準120項，絕大部分為單個（極個別標準中包含2～3個）牌號材料標準；焊接環形件標準43項，其中37項為單個牌號材料標準，6項為通用標準；另有23項為其他類標準，其中無縫環標準8項，焊絲標準9項，其余為鑄件標準。結構鋼、不銹鋼材料標準均為ТУ行業標準，焊接環和無縫環標準均為ΟСΤ行業標準。可以看出，俄羅斯材料標準以單個牌號的專業標準為主，通用專業標準占少部分。

俄羅斯單個牌號材料標準的納標對象主要是針對新材料的。在120項不銹鋼材料標準中（包括少數多牌號通用標準）涉及的新材料牌號有60余個，并按牌號/品種系列分別制定。例如，新型高強度沉淀硬化不銹鋼材料08Х15Н5Д2Т鋼有板材標準（ТУ1–92–23–88）、熱軋和鍛制棒材標準（ТУ14–1–744–83）、厚板標準（ТУ14– 1–2907–80）、帶材標準（ТУ14–1–3357–83）及冷拔管材標準（ТУ14–3–411–75）。這種一個牌號、一個品種一個標準的情況與美國AMS標準有相似之處，這樣做雖然會增加標準的數量，但對生產者或使用者來說，無疑會感到非常方便。因為標準號與材料牌號及品種之間具有唯一對應性，材料的技術要求、驗收規則、試驗方法、標志、包裝、運輸等在標準中均有非常明確的規定，也就是說標準中的各項規定對此牌號均適用，不必像通用標準那樣，需從整體標準中查找適合某一牌號的技術要求。此外這種單牌號材料標準的制定模式有利于促進新材料標準成系列化發展，充分體現“一材多用、材盡其用”的思想。

1.2 美國宇航材料規范（AMS標準）

AMS標準是美國宇航材料領域的專業協會標準。該類標準制定模式也是強調材料牌號、品種、狀態、性能的系列化，注重標準的專用性和適用性。AMS標準以單個牌號（品種、狀態、性能等）的材料標準為主，標準的適用性很強。標準的全部技術內容均是針對該材料的某一狀態或某一品種而規定的，這不僅有利于材料的生產、采購、檢驗、驗收和使用，也有利于新材料及時納標。如涉及17-4PH不銹鋼（相當于我國的0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼）的AMS標準多達10項，按材料品種、質量/狀態的不同形成了該牌號鋼的系列標準，見表1。

在某種程度上說，按材料牌號/品種/狀態進行組合化、系列化制定的AMS標準如同“規范樹”（spcifaction tree）一樣，以材料牌號為主干，以品種、狀態等要素形成分枝，因而標準體系呈有序格局發展，且層次分明，協調配套。

AMS標準體系完全基于材料本身的自然屬性和特點、性能和使用條件制定具體的標準，并不限定材料在航空飛機、發動機或機載設備上具體應用部位或產品的型號類別，這有利于新材料的推廣應用，同時也提高了標準的通用性，即滿足設計要求性能的材料及其標準可應用于任何系統或零部件。正因為AMS標準具有通用化、系列化的優點，它在行業協會標準中被美國軍方采用率最高，目前已超過50%。

1.3 英國和歐洲宇航材料標準

英國宇航材料標準也是以單牌號標準的技術條件為體主。由于英國宇航材料標準有一系列有關材料檢驗、試驗和驗收程序的標準，材料標準與必須與之配套使用，即在有關材料技術條件的檢驗及試驗程序條款位置指明引用這些標準。由于制定了各類材料詳細的檢驗、試驗及驗收程序標準，因此英國宇航材料標準的技術內容顯得很簡練，標準通常針對單一材料的某個品種制定相關技術要求，主要包括制造工藝、化學成分、供應狀態、熱處理、力學性能和高低倍組織等要求，標準中的檢驗驗證程序則直接引用相關的配套標準。

歐洲直升機公司的材料標準（ASNA）的特點是：由一個牌號、一個使用狀態、一個強度級別、一個品種編制了一個標準，因此ASNA標準號很多。同一個牌號、同一個棒材的材料標準少則一個標準，多則達十多個標準。ASNA標準的前身是設計材料手冊，后來轉化為材料標準。ASNA標準內容主要有使用范圍、交付和使用狀態、尺寸和外形、特性要求和技術規范，標準結構簡單、使用方便。在特性要求和驗收指標的編制上，與法國宇航（AIR）材料標準很相似，也在附錄中以表格的形式列出，而且把金相、無損檢測和工藝性能要求也放在附錄的表格中，技術規范直接引用了IGC標準（歐洲直升機公司通用檢驗規范）。

1.4 ISO宇航材料標準

表1 17–4PH不銹鋼有關的AMS標準

在上個世紀70～90年代期間，ISO/TC20/SC11（國際標準化組織/飛機及空間飛行器技術委員會/材料及其工藝分技術委員會）在制定宇航材料國際標準時，即確定了參照英國模式的原則。在工作組的安排中，第一工作組（WG1）負責起草檢驗和驗收標準。其他各工作組分別負責起草各類材料的技術條件（如WG4和WG6分別負責起草高溫合金和鋁合金的技術條件）。由于采用了這一模式，材料技術條件均為“表格式”的。通常，對于一個材料牌號的一個狀態就制定一個標準。這期間我國負責制定了12份國際標準草案。

2 國內航空材料標準制定模式現狀

目前我國航空材料標準主要包括國軍標和航標，標準制定模式主要是參照前蘇聯的標準制定模式，即以多牌號的綜合性通用標準為主。按材料類別/品種組合制定材料標準，多個材料牌號對應一項標準，標準中包含的材料牌號數量一般比較多，如GJB 1951—1994《航空用優質結構鋼棒規范》包含了近30個材料牌號、HB 5024—1989《航空用鋼鍛件》包含了近60個材料牌號。由于我國軍工材料標準定具有政府主導的性質，標準編制經費大部分來源于國家撥款，因此受計劃和經費的限制，制定大而全的通用標準便成為一種導向，只要有現行相近的材料標準，那么新材料的納標只能通過修訂現有標準的方式進行，這樣可最大程度減少標準數量，節省標準經費。

多牌號通用標準雖然有減少標準數量、方便設計選材等優點，但其缺點也是明顯的，因為材料牌號與有關技術要求的對應性不如單牌號標準，因此不方便標準使用。單牌號標準無論對生產者還是使用者都具有唯一對應性，主要按照標準規定執行即可，這對供需雙方無疑都是一種方便，而使用多牌號通用標準時，需要從冗長的標準條文中尋找適合該牌號的規定，容易導致在執行標準時出現偏差。另外，通用標準的制定模式會妨礙新材料及時納標，因為通過標準修訂納入新材料所需要的周期，要比單獨制定新材料標準的周期要長的多，工作量也大的多。單牌號標準的制定也有利于以后標準的更改和修訂，對某一材料牌號相關標準內容進行修改時，不存在必須觸動另一份大標準的問題。

當然也不能一概否定或貶低通用標準，部分多牌號通用標準的存在對迅速作出比較與選擇是非常有利的，尤其對成熟材料宜制定通用類的標準。

3 航空材料標準制定模式的轉變思路

從以上可以看出，俄羅斯標準近年來材料標準發展方向是大力制定了單牌號材料規范，尤其是新材料標準主要是單篇規范的形式出現的，因此其目前的航空材料標準體系具有通用標準和單篇規范相結合的特征；歐美國家的航空材料標準無論對新材料還是老材料均是以單篇規范的形式制定，驗收程序則定為通用標準，其航空材料標準體系具有“規范樹”的特征；我國航空材料標準制定主要走的是通用標準的路子，只是近年來通用材料標準有從大類向小類細分的趨勢。從理論上講，兩種標準制定模式各有優缺點，但總體來看，歐美“規范樹”單篇規范的標準制定方式更加趨向靈活務實，它的特點是技術要求準確、標準制定速度快、可操作性強、滿足設計需求等，比較適用于材料標準的制定，值得吸收借鑒。

由于我國已按前蘇聯模式制定了材料標準體系，根據國情，要對中國航空材料標準體系進行整體改造，是非常困難的、也是不現實的。因此我國幾十年形成的標準體系不能輕易改變。但在現有模式下可以做一些有益的探索，對于新材料的納標可以嘗試“規范樹”的標準制定模式。在目前的情況下，航空材料標準可采用“雙軌制”的制定模式：對現有的通用標準體系維持不變，必要時對已有的通用標準進行修訂更新，保持通用標準體系的有效性；對新研材料按照材料牌號/品種/工藝/測試組合單獨制定標準，形成新材料標準體系的“規范樹”，如圖1所示。

為了取得標準制定經驗和驗證新材料納標模式轉變后的標準實施效果，當前可在集團公司級標準的層面上，制定一批技術水平先進的航空新型主干材料的品種標準，以滿足航空先進裝備對高性能材料標準的需求，主要包括以下幾種新材料。

圖1 新材料納標的“規范樹”

一是先進復合材料標準：包括高韌性雙馬復合材料、高溫環氧復合材料、中高溫結構膠粘劑、耐高溫復合材料等標準。

二是高性能金屬材料標準：包括高性能損傷容限型鈦合金和鋁合金、新型超高強度鋼和高強度沉淀硬化不銹鋼等標準。

三是高溫結構材料標準：包括新型單晶渦輪葉片和導向葉片材料、損傷容限型粉末高溫合金渦輪盤、阻燃和高溫鈦合金、低膨脹高溫合金、金屬間化合物材料等標準。

四是特種功能材料標準：包括高性能透明材料、特種橡膠與密封材料、膠粘劑、潤滑材料、新型記憶合金材料等標準。

在制定單牌號標準時仍采用通用標準的結構，即采用六章固定的材料規范格式，包括范圍、引用文件、要求、質量保證規定、交貨準備和說明事項。不單獨制定材料的檢驗和驗收標準，而將有關要求融合在材料規范的質量保證規定之中，但對這部分內容要給予更多的關注，使材料標準中這一非常重要的環節得以不斷加強和完善。