热处理技术在航空工业中的应用

中航工业湖南航空工业（集团）有限公司国际加工贸易分公司 谢思中

热处理技术在航空工业中的应用

中航工业湖南航空工业（集团）有限公司国际加工贸易分公司 谢思中

一、热处理技术的概念

热处理技术是指利用一些专用的加工设备将金属材料经过加热、保温以及冷却处理后，通过改变材料内部金属结构来控制整体性能的加工工艺。在对金属材料进行热处理的过程中，加热环节现阶段普遍采用陶瓷换热器进行的金属换热器相比，陶瓷换热器在导热性能、高文强度、抗氧化性以及抗震性能上都有比较优越的表现。陶瓷换热器的工作原理是在不需要掺冷风及高温保护的情况下，当窑炉温度达到1 250～1 450℃时，烟道出口的温度会保持在1 000～1 300℃，此时陶瓷换热器可以回收450～750℃的余热，然后将其送进窑炉与燃气形成混合气进行燃烧。整个过程操作简便、性能可靠、使用寿命长，能够很好地降低成本，增加企业的经济效益。

由于热处理技术可以使金属材料在不改变形态和化学成分的状态下提升材料使用性能，因此在机械制造业中是一项非常重要的材料加工技术。在我国经济快速发展的背景下，航空工业的建设也显示出了比较强劲的发展势头，对于制造技术以及新材料的研究也在不断深入，特别是以热处理为代表的材料加工技术，包括真空热处理、可控气氛热处理、热处理冷却技术、热处理节能减排技术等，都取得了新的进展。

二、热处理技术在航空工业中的应用

在航空工业中，铝、铜、镁、钛等金属以及其他合金由于密度高、延展性好以及具有较强的耐腐蚀性等优点得到了比较广泛的应用，但同时由于铝、铜、镁、钛等金属以及其他合金的内部结构较为复杂，需要经过热处理获得比较稳定的使用性能，另外在应用热处理技术时还需要根据《航空用高温合金热处理工艺》中的相关规定进行操作。以下对热处理技术在航空工业中的应用进行浅析。

1. 热处理前的材料清洗工作。对材料进行热处理的过程中，如果不对加工材料进行必要的清洗，表面的污垢会经过高温蒸发干扰加热的环境，从而影响热处理的效果。所以金属材料在进行热处理前应该确保表面整洁，无焊药、酸、碱、盐、非保护性涂料和玻璃润滑剂等污物，无加工余量或者加工余量小于0.3mm的制件入炉时，应该无指印、切削液、渗透检验液、标记液以及水等其他杂质。另外对于热处理夹具接触制件的部分，也应该进行相应的清洁工作。而且在进行热处理时，还需要防止夹具在高温以及高真空下同制件发生粘连现象。

2. 金属材料的装炉以及预热。在进行热处理时首先要将金属材料按照加热炉容量的要求进行合理摆放，确保金属材料能够均匀受热，而且在放置的过程中要利用专用的支架将将金属材料与炉底板隔开，避免局部温度过高影响材料热处理的性能。在加热的过程中，为减小金属材料的变形以及防止开裂，要进行预热或者分阶段加热，预热时间以及分阶段加热的段数要根据加工材料的性质自行规定。当预热和加热分别在两个炉内进行时，经过预热的金属材料应该迅速转移到热处理炉内进行加热处理，尽量减少转移过程中的热量损失。

在热处理过程中固溶处理、退火以及均匀化处理的温度高于825°C时，金属材料的装炉温度应该控制在825°C以下，有效厚度不大于16mm时可以装3层，并随炉或者分阶段升温至固溶处理、退火或者均匀化处理温度；当有效厚度不大于16mm时可以装2层，并在825°C保温2～4h后随炉或者分阶段升温至固溶处理、退火或者均匀化处理温度。时效处理以及退火温度低于825°C时，金属材料的装炉温度应该低于时效处理或者退火温度50～100°C，有效厚度不大于30mm时可以装4层，然后升温至时效处理或者退火温度；当有效厚度不大于30mm时可以装3层，并在装炉温度保温2～4h后，升温至时效处理或者退火温度。对厚薄相差较大的金属材料，为了在加热的过程中减小热应力，可以将金属材料的装炉温度控制在825°C以下，并在825°C保温2～4h后，分阶段将温度上升至加热温度。

3. 加热保温阶段。热处理技术包括加热、保温以及冷却三个环节，其中加热是热处理的重要工序之一，所以应该严格按照《航空用高温合金热处理工艺》中的相关规定对加热温度进行严格控制。当炉内温度与《航空用高温合金热处理工艺》中规定的加热温度相一致时，开始计算保温时间。

4. 金属材料的冷却过程。进行冷却的过程中，在固溶处理时当本标准允许使用一种以上的冷却介质，应该选用适合下道工序的冷却介质，对需焊接成形的金属材料，应选用冷却速度较快的介质。在使用水、油等冷却介质对金属材料进行冷却时，应该迅速将金属材料浸入冷却介质内，避免转移时金属材料的温度散失。进行装罐热处理的金属材料，可以将罐从炉内取出后，采用迅速冷却罐外部的方法进行冷却。当金属材料经过保温后需要在空气中进行缓冷时，可以使用专用冷却装置，如果要求在空气中快冷时，应该选用能够确保金属材料散放或者使用风扇吹风冷却的冷却平台。当金属材料经过保温后需要在炉内进行缓冷时，应该对金属材料在炉内的冷却速度进行有效控制。

5. 热处理后的清洗和清理工作。在上述热处理工作完成后，需要对金属材料表面残留的污物进行及时的清洗和清理。对于热处理后需要清除氧化皮的金属材料，可以根据材料的性能进行碱洗、酸洗、喷砂等方法，如果金属材料需要进行多次加热，氧化皮的清理工作可以安排在最后一次加热完成后进行。

6. 焊接组件的热处理。对焊接组合件进行热处理时，应该首先进行固溶处理或者固溶加时效处理去除焊接应力。对于一些不适于用固溶处理的焊接组合件，可以采用时效处理的方法消除焊接应力。另外一些特殊制件对于硬度有较高的要求，在进行时效处理或者退火时要对温度进行严格控制。而对于一些单件为固溶状态的焊接组合件，焊接后要进行时效处理。对于熔焊后有足够余量的制件，应该进行固溶加时效处理。

三、结论

综上，热处理技术可以使材料在不改变材料原有形态以及化学性质的前提下，不仅获得强韧化、耐磨性以及抗疲劳性等使用性能，同时还在可靠性、耐久性以及安全性等方面得到提升，因此在航空工业中得到了广泛应用。在市场经济全球化的大背景下，日趋激烈的市场竞争使航空工业更加重视材料质量以及制作工艺，热处理技术的进步和创新成为航空工业生命力及竞争力的重要体现。