熱處理技術在航空工業中的應用

中航工業湖南航空工業（集團）有限公司國際加工貿易分公司 謝思中

熱處理技術在航空工業中的應用

中航工業湖南航空工業（集團）有限公司國際加工貿易分公司 謝思中

一、熱處理技術的概念

熱處理技術是指利用一些專用的加工設備將金屬材料經過加熱、保溫以及冷卻處理后，通過改變材料內部金屬結構來控制整體性能的加工工藝。在對金屬材料進行熱處理的過程中，加熱環節現階段普遍采用陶瓷換熱器進行的金屬換熱器相比，陶瓷換熱器在導熱性能、高文強度、抗氧化性以及抗震性能上都有比較優越的表現。陶瓷換熱器的工作原理是在不需要摻冷風及高溫保護的情況下，當窯爐溫度達到1 250～1 450℃時，煙道出口的溫度會保持在1 000～1 300℃，此時陶瓷換熱器可以回收450～750℃的余熱，然后將其送進窯爐與燃氣形成混合氣進行燃燒。整個過程操作簡便、性能可靠、使用壽命長，能夠很好地降低成本，增加企業的經濟效益。

由于熱處理技術可以使金屬材料在不改變形態和化學成分的狀態下提升材料使用性能，因此在機械制造業中是一項非常重要的材料加工技術。在我國經濟快速發展的背景下，航空工業的建設也顯示出了比較強勁的發展勢頭，對于制造技術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，包括真空熱處理、可控氣氛熱處理、熱處理冷卻技術、熱處理節能減排技術等，都取得了新的進展。

二、熱處理技術在航空工業中的應用

在航空工業中，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的耐腐蝕性等優點得到了比較廣泛的應用，但同時由于鋁、銅、鎂、鈦等金屬以及其他合金的內部結構較為復雜，需要經過熱處理獲得比較穩定的使用性能，另外在應用熱處理技術時還需要根據《航空用高溫合金熱處理工藝》中的相關規定進行操作。以下對熱處理技術在航空工業中的應用進行淺析。

1. 熱處理前的材料清洗工作。對材料進行熱處理的過程中，如果不對加工材料進行必要的清洗，表面的污垢會經過高溫蒸發干擾加熱的環境，從而影響熱處理的效果。所以金屬材料在進行熱處理前應該確保表面整潔，無焊藥、酸、堿、鹽、非保護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，應該無指印、切削液、滲透檢驗液、標記液以及水等其他雜質。另外對于熱處理夾具接觸制件的部分，也應該進行相應的清潔工作。而且在進行熱處理時，還需要防止夾具在高溫以及高真空下同制件發生粘連現象。

2. 金屬材料的裝爐以及預熱。在進行熱處理時首先要將金屬材料按照加熱爐容量的要求進行合理擺放，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，要進行預熱或者分階段加熱，預熱時間以及分階段加熱的段數要根據加工材料的性質自行規定。當預熱和加熱分別在兩個爐內進行時，經過預熱的金屬材料應該迅速轉移到熱處理爐內進行加熱處理，盡量減少轉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，金屬材料的裝爐溫度應該控制在825°C以下，有效厚度不大于16mm時可以裝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；當有效厚度不大于16mm時可以裝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。時效處理以及退火溫度低于825°C時，金屬材料的裝爐溫度應該低于時效處理或者退火溫度50～100°C，有效厚度不大于30mm時可以裝4層，然后升溫至時效處理或者退火溫度；當有效厚度不大于30mm時可以裝3層，并在裝爐溫度保溫2～4h后，升溫至時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。熱處理技術包括加熱、保溫以及冷卻三個環節，其中加熱是熱處理的重要工序之一，所以應該嚴格按照《航空用高溫合金熱處理工藝》中的相關規定對加熱溫度進行嚴格控制。當爐內溫度與《航空用高溫合金熱處理工藝》中規定的加熱溫度相一致時，開始計算保溫時間。

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

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行及時的清洗和清理。對于熱處理后需要清除氧化皮的金屬材料，可以根據材料的性能進行堿洗、酸洗、噴砂等方法，如果金屬材料需要進行多次加熱，氧化皮的清理工作可以安排在最后一次加熱完成后進行。

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

三、結論

綜上，熱處理技術可以使材料在不改變材料原有形態以及化學性質的前提下，不僅獲得強韌化、耐磨性以及抗疲勞性等使用性能，同時還在可靠性、耐久性以及安全性等方面得到提升，因此在航空工業中得到了廣泛應用。在市場經濟全球化的大背景下，日趨激烈的市場競爭使航空工業更加重視材料質量以及制作工藝，熱處理技術的進步和創新成為航空工業生命力及競爭力的重要體現。