GJB 904A《鍛造工藝質量控制要求》問題分析與建議

于 雷 李 凱 張中正 袁文明 王淑云

（1. 北京航空材料研究院，北京 100095；2. 中國船舶工業機關服務中心，北京 100861）

GJB 904A《鍛造工藝質量控制要求》問題分析與建議

于 雷1李 凱1張中正2袁文明1王淑云1

（1. 北京航空材料研究院，北京 100095；2. 中國船舶工業機關服務中心，北京 100861）

介紹了GJB 904A-1999在軍工武器裝備用鍛件研制、生產過程中的工藝質量控制應用實施情況，重點分析了該標準在近20年的應用過程中暴露的問題，并針對問題提出該標準的修訂建議。

鍛造工藝；質量控制；標準

塑性成形是人類發明的最古老的生產技術之一，千百年來，塑性成形技術在推進制造技術進步、支持科學技術發展乃至人類社會文明等方面做出了極其重要的貢獻[1]。而鍛造是金屬材料塑性成形的重要技術，目前已遍布全國各個領域，尤其在航空、航天、兵器和船舶等國防軍工行業作用更加顯著。GJB 904A-1999《鍛造工藝質量控制要求》是金屬材料熱工藝5大質量控制國家軍用標準之一，在其應用十幾年來對于指導軍工行業鍛件的研制、生產發揮了重要的作用，已成為軍工鍛造行業最重要的工藝質量控制依據。近年來，在新一代飛機、大型運輸機、艦載機及其相應發動機等新型號和其他軍工行業型號研制需求的推動下，對鍛造工藝的質量控制在材料、人員、工藝、設備和環境等方面都有很大程度的進步，在新的要求下生產的鍛件在軍工行業得到了廣泛應用，GJB 904A-1999難以滿足武器裝備高性能和高可靠性鍛件的要求。

本文將簡要介紹GJB 904A-1999的應用情況及在使用過程中出現的問題，并對其提出相應的修訂建議。

1 GJB 904A-1999應用情況簡介

目前，尚未查到與鍛造工藝質量控制相關的國外標準，國內相關的標準有GB/T 23135-2010《鍛造工藝質量控制規范》、GJB 904A-1999《鍛造工藝質量控制要求》和HB 5355-2014《鍛造工藝質量控制》。GB/T 25135-2010《鍛造工藝質量控制規范》是近年來新修訂的標準，部分吸收了行業發展中的新事物，也提出了部分工藝質量控制方面的新要求，如人力資源控制、新產品開發控制、統計技術和持續改進等，但作為國家標準，更注重標準的通用性和普適性，對軍工鍛造行業缺乏針對性，不能滿足軍品鍛件的質量控制要求；最新修訂的HB 5355-2014《鍛造工藝質量控制》，內容新穎，細化了對原材料入廠、復驗、入庫、出庫和對材料生產廠的質量控制要求，增加了選擇設備的范圍、工裝的保存和關鍵過程識別等要求，能基本滿足航空鍛件的工藝質量控制要求，但其作為航空行業標準，適用范圍較窄，對其他軍工行業適用性較差。GJB 904A-1999由行業標準HB 5355-1994轉化升級而來，發布實施后在軍工行業內起到了對鍛造工藝管理的規范作用。GJB 904A-1999對軍工產品鍛造的環境、設備、工裝、原材料、工藝、技術文件和人員等方面均做了質量控制要求。目前在我國軍工鍛造行業應用最廣泛，已經成為軍工鍛造產品研制、生產的質量控制依據。并以此為基線轉化到各單位的質量文件和相關工藝文件中。

2 存在的問題

GJB 904A-1999是國防工業鍛造專業基礎性、綜合性和通用性標準，覆蓋面廣，它規定了軍工產品鍛造的人員、環境、設備、工裝、原材料、工藝和技術文件等方面的質量控制要求，即要求軍工鍛件產品，除按產品技術要求進行最終檢驗外，還應對整個生產過程按人、機、料、法、環5大要素進行全過程控制。該標準是國防工業各部門鍛造工藝的行業標準、企業標準、工藝文件、設計圖樣中直接配套使用的質量控制標準，軍工產品鍛造技術文件編制、生產過程質量控制、技術改造和規劃設計的重要技術依據，國防工業各單位進行ISO 9000質量認證和軍方監督檢查的主要內容。GJB 904A-1999《鍛造工藝質量控制》經過近20年的應用，在軍工行業研究所、工廠及修理廠鍛件的研制和生產中發揮了重要作用。但隨著時間的推移，在新一代飛機、大型運輸機、艦載機及其相應發動機等新型號和其他軍工行業型號研制需求的推動下，新的鍛造方法、新鍛造設備和新的管理思想的不斷涌現，對鍛造過程控制要求和鍛件質量要求不斷提高，GJB 904A-1999已經不能完全滿足當前軍工武器裝備對鍛造工藝質量控制的要求。

2.1 技術內容已不能滿足當前技術發展的需要

隨著武器裝備的不斷進步，新鍛造技術也不斷涌現，以滿足新型軍工武器裝備對鍛件性能的要求，GJB 904A-1999由于其編制年代較早，缺少對近些年出現的新技術的規定，如等溫鍛造技術和鈦合金準β鍛造技術。

2.1.1 等溫鍛造

等溫鍛造是指把模具加熱到與坯料變形溫度相同或相近的溫度，在較低速度變形過程中，使熱毛坯和模具溫度基本保持不變的鍛造方法[2]。在我國軍工行業應用廣泛，尤其在航空行業，如航空發動機渦輪葉片、機匣，飛機機身承力框梁、機翼框梁等構件上。建議增加對等溫鍛造技術的規定要求，主要有以下幾個方面：

1）定義：GJB 904A-1999不包括等溫鍛造技術相關內容，也就不會對等溫鍛造進行定義，但目前等溫鍛造技術已經發展成為一個主要的鍛造方法，因此需在對其進行定義，參考相關標準和書籍建議定義為“分別將模具和坯料加熱到基本相同的溫度，并采用相對較慢的變形速度（或應變速率）實現鍛件成形的一種鍛造工藝”。

2）設備：隨著等溫鍛造技術的不斷發展，應對其設備要求進行規定。等溫鍛造設備與傳統鍛造設備在速率和溫度控制上都有所不同，如坯料恒應變速率變形的功能。當采用數字化控制液壓機進行等溫鍛造時，也要注意數據采集和采集時間間隔，如壓機動橫梁位置—時間、速度—時間、載荷壓力—時間等數據或曲線。

3）工裝：等溫鍛造過程中，模具溫度是影響鍛件組織、性能的重要參數，因此增加模具加熱裝置的控溫要求，以更好保證等溫鍛件的質量。如等溫鍛造模具加熱裝置的設計和制造需保證具備足夠的加熱功率。模具加熱裝置是否需要配備自動控溫、記錄、超溫報警等裝置，建議控溫區至少配備兩支熱電偶，用于實現控溫、記錄和報警。控溫儀表、記錄儀表、報警儀表等建議不低于Ⅳ類加熱爐的技術要求。

4）工藝過程：等溫鍛造工藝過程控制是鍛造行業公認的難點，而模具溫度和變形速度又是等溫鍛造的技術要點，需要對等溫鍛造生產實施過程中模具溫度控制、速度控制、工藝參數記錄與存檔要求進行規定。

2.1.2 鈦合金準β鍛造

鈦合金準β鍛造工藝比常規的α+β鍛造加熱溫度高、變形抗力小、容易成形、成品率高，可以獲得細小的低倍組織和高塑性的網籃組織，是先進的鈦合金鍛造工藝之一。在航空、航天等領域均有廣泛的應用。對鈦合金準β鍛造內容建議規定要求，主要有以下幾個方面：

1）定義：GJB 904A-1999不包括鈦合金準β鍛造技術相關內容，自然不會對鈦合金準β鍛造進行定義，參考相關資料建議定義為“在α+β區上部溫度預熱后隨爐升溫至Tβ-5℃～Tβ+30℃，短時間加熱后進行鍛造，獲得初生α相含量不大于5%的網籃組織”。

2）加熱爐要求：鈦合金準β鍛造工藝對控溫精度要求高，因此一般推薦采用Ⅱ類爐進行加熱比較合理，但由于我國工廠的實際情況，存在很多工廠用Ⅲ類爐從事鈦合金鍛造的生產，因此也可以推薦規定采用Ⅲ類爐加熱坯料時應在鍛造前檢測加熱爐溫度均勻性的規定，主要是為滿足鈦合金準β鍛造工藝要求的加熱“合格區”，保證加熱區爐溫均勻性滿足工藝要求。

2.2 數字化控制鍛造設備對設備控制提出新要求

關于“數字化鍛造設備”在之前沒有明確定義，而目前數字化鍛造設備應用越來越多，需要對其進行定義，參考相關資料并詢問行業有關專家建議定義為“借助計算機、數據處理模塊、傳感器等技術手段，采用數字化輸入方法實現鍛造過程設備動橫梁位移、角度、速度以及載荷等的自動或半自動控制，并具備對鍛造過程關鍵工藝參數自動采集、存儲功能的鍛造設備”。建議在標準中增加對數字化控制鍛造設備傳感器、數據處理模塊的檢驗和維護要求并明確其操作控制系統的環境要求，以提高設備的可靠性、穩定性，減少工作過程中因設備模塊故障、系統失效而引發的質量事故。

2.3 加熱設備及工藝儀表

加熱設備及工藝儀表是鍛造生產中影響產品質量的重要因素，加熱爐有效工作區的溫度均勻性、工藝儀表系統的精度與可靠性等因素直接影響著工藝的實施效果，進而影響鍛件的組織和性能，有必要予以重視，對其進行明確和規范。

GJB 904A-1999規定電爐和油爐可作為鍛造加熱設備。油爐作為液體燃料爐，燃料雖經過預先霧化處理，但燃燒過程仍不易控制，致使爐溫均勻性控制較難實現，爐溫可控性相對較差；而感應爐通過感應加熱的特點也使得常規的自動控溫手段不易實施。因此，在采用上述兩種爐進行加熱時，需加強其控制，建議在加熱時對坯料溫度進行輔助測量監控的要求，如光學高溫計等。

GJB 904A-1999規定“爐膛超過1.2m或功率超過75k W的鍛造電加熱爐應分區控溫。對于油爐或燃氣爐爐膛任一尺寸超過2m時，也應分區控溫”。然隨著爐體保溫隔熱技術的進步，較大功率的電爐也能較好的實現爐溫均勻性，現在的爐溫均勻性與功率無必然關系，而油爐自身較難控溫的特點，生產中油爐無必須配置控溫裝置的硬性規定。因此建議刪除GJB 904A-1999中功率超過75kW的電爐和大爐膛尺寸的油爐分區控溫的要求。

針對控溫區熱電偶接線要求，GJB 904A-1999規定“控溫區最少要有兩個熱電偶，分別用于爐溫顯示和爐溫控制，必要時還應配有控制報警裝置”。GJB 509B-2008規定“加熱爐的每個加熱區應至少配備兩支熱電偶，安放在有效工作區內，一支熱電偶接記錄儀表，另一支熱電偶接控溫儀表（需要時對該熱電偶指示的溫度進行記錄），其中至少應有一塊儀表具有報警功能并接報警保護裝置”，目前一些航空鍛造廠的熱電偶接法為“控溫區至少應有兩個熱電偶，一個接自動控溫儀表和溫度指示自動記錄儀表裝置；另一個接報警裝置”，一些航空鍛造廠按GJB 509B-2008方法執行，另在各單位外貿產品生產中依據不同的技術要求對熱電偶與工藝儀表接線的規定不盡相同。本作者認為，將接自動控溫儀表和溫度指示自動記錄儀表裝置接在一個熱電偶上，另一個接報警裝置，保證了記錄和控溫的一致性，該接線方法更可取，且國內在做轉包生產時，已按此接線方法進行熱處理。因此，GJB 904A-1999的規定不盡合理，建議經調研和分析后對其進行修改。

2.4 材料

GJB 904A-1999規定“鍛件用原材料應經過鑒定”，而原材料鑒定通常包含鍛件制備和鍛件性能考核方面的內容，即鍛件用原材料的鑒定是一個依據其產品性能得出的后驗結論，若要求鍛造用原材料必須經過鑒定，將不便于過程操作，建議刪除此條。現代質量管理對過程管控更加嚴格，需增加當生產過程發生主導工藝更改時，最好經采購方的同意或經評審的要求，這樣才能把控原材料的重要生產過程。

2.5 工裝

GJB 904A-1999對工裝規定偏簡單，為便于工裝管理，建議依據用途分類為成形工裝、裝配定位輔助模塊和模具加熱裝置。由于等溫鍛造、熱模鍛等工藝需要對模具進行加熱，需要對模具的加熱裝置進行管理。現階段國內鍛造企業對模具加熱裝置的使用、檢定、維護缺乏系統的管控，且有些模具加熱裝置不同于坯料加熱爐，不便于采用加熱設備類管控規范對其進行技術管控。國內從事等溫鍛造生產的621所、148廠、3007廠目前也確實按照工裝管理方式對模具加熱裝置進行現場管理，因此，將模具加熱裝置放入到工裝管理中更為合適。

2.6 其他

由于GJB 904A-1999實施發布已經近20年，其內容還有很多方面不盡完善，如對人員、環境的要求已不符合現代的規定，缺少冷態鍛件及半成品坯料轉移及防護要求、合格供應商管理要求、新工藝、新材料、新技術、新設備和主導工藝更改評審要求，關鍵過程的控制要求等。

3 修訂建議

鑒于GJB 904A-1999對軍工行業鍛件質量控制起著非常重要的作用，應結合GJB 904A-1999發布實施以來暴露出的問題進行修訂，以保持標準的先進性，提高標準的可操作性。具體修訂建議如下：

收集、分析“等溫鍛造”、“鈦合金準β鍛造”和“數字化控制鍛造設備”的相關標準和資料，調研軍工廠、所對上述內容的應用實施的具體情況，增加其術語和定義、設備、工裝及工藝等要求。

在工藝過程控制方面，明確了新工藝、新材料、新技術、新設備和鍛件生產主導工藝更改的評審要求，增加了鍛件試制及批產前首件（批）鑒定的要求，明確了關鍵過程的工藝質量控制要求。

對材料管理方面，取消了鍛件用原材料應經過鑒定的要求，增加原材料生產過程主導工藝更改的評審要求，細化原材料入廠管理要求；補充工藝材料的質量管理要求，明確重要工藝材料采購及控制要求。

在工裝與設備管理方面，需完善設備、儀表、測具與工裝的使用、維護、檢定、管理要求；增加鍛造用工裝的類別劃分規定。

根據當前對環境的要求，參考GBZ 1-2010《工業企業設計衛生標準》、GB 13318-2003《鍛造生產安全與環保通則》和相關資料對鍛造廠房設計，溫度和照明，業污水排放等要求進行規定。

4 結論

GJB 904A-1999在軍工行業研究所、工廠及修理廠鍛件的研制和生產中發揮了重要作用。近年來，隨著我國軍工鍛造行業迅速發展，其鍛造技術、工藝、設備等方面都取得了巨大的進步，對鍛造生產過程中涉及的人員、環境、材料、設備、儀表、工裝、工藝、檢驗等方面的質量控制提出了新要求。GJB 904A-1999已經不能夠滿足當前軍工武器裝備對鍛件的研制和生產的過程控制和質量驗收，需要對其進行修訂。修訂后的GJB 904將適用于軍工產品鍛件生產過程的工藝質量控制，更好的指導軍工鍛造工藝的過程控制與質量管理。

[1] 郭靈，王淑云，林海. 先進航空材料及構件鍛壓成形技術 [M]. 北京：國防工業出版社，2001，3.

[2] 張鈺成，賴周藝，劉仲文等. 等溫鍛造技術的發展[J]. 第九屆全國塑性工程學術年會論文摘要集，2005.■

T-65

C

1003-6660（2017）03-0008-04

10.13237/j.cnki.asq.2017.03.002

[收修訂稿日期] 2017-03-22

（編輯：雨晴）