基于我國航空鍛造公司在國際市場上承擔(dān)國外飛機、發(fā)動機制造公司大型鍛件轉(zhuǎn)包生產(chǎn)任務(wù)日益增多，而鍛件用原材料，目前只能從按照適航條例規(guī)定，獲得材料生產(chǎn)許可證資質(zhì)的國外材料生產(chǎn)供應(yīng)商購買。所以相當(dāng)長的時期以來，我國航空鍛造公司從國外（主要是美國）累計進口了數(shù)以萬噸的高溫合金、鈦合金、特殊鋼原材料用于轉(zhuǎn)包生產(chǎn)鍛件；同時，基于原材料與鍛件之間在組織、性能、工藝、質(zhì)量、交貨進度以及經(jīng)濟可承受性等諸多方面，相對于最終用戶——飛機、發(fā)動機制造公司而言，原材料和鍛件生產(chǎn)商兩者是利益攸關(guān)共同體，彼此在技術(shù)、質(zhì)量（含檢、復(fù)驗方法及標準認知）方面和商務(wù)操作方面都有必要進行充分交流和溝通，雙方各自在“做好材料”和“做好鍛件”的基礎(chǔ)上加強合作，才能為飛機、發(fā)動機制造公司提供滿意的符合用戶技術(shù)標準的質(zhì)優(yōu)價廉的模鍛件。
有鑒于此，經(jīng)過同美國有關(guān)材料、鍛造公司磋商并在他們大力協(xié)同下，中國鍛壓協(xié)會航空材料成形委員會組織國內(nèi)從事航空鍛件轉(zhuǎn)包生產(chǎn)的、不同所有制經(jīng)濟成分的鍛造企業(yè)，先后訪問了美國兩個材料公司和一個鍛造公司。
訪問記實
Special Metals Company（SMC ／ PCC） 特殊金屬公司位于紐約州紐哈福特，SMC 與分布在西弗吉尼亞州亨廷頓和英國海利福特的工廠，組成了SMC國際鎳合金集團，它是全球領(lǐng)先的鎳基合金研發(fā)及生產(chǎn)者，而同為PCC（Precision Castparts Corp.) 集團屬下的TIMET 公司則是全球著名的鈦合金研發(fā)及生產(chǎn)者。據(jù)介紹：全球目前主要高溫合金產(chǎn)品中有80％是SMC 公司研發(fā)出來的，包括鎳基合金、鎳鉻基合金、鈷基合金等。其主要開發(fā)產(chǎn)品的商標包括：Nickel、Incoloy（基體加入Fe 元素的高溫合金）、Monel、Nimonic 和Udimet 等，材料牌號可為工業(yè)界提供最為廣泛的產(chǎn)品組合。
SMC 公司主要產(chǎn)品為高溫合金原材料及回收再生材料，產(chǎn)品種類包括：鑄件、鍛件、板材、棒材及緊固件絲材等，應(yīng)用領(lǐng)域涉及航空、動力／能源、軍用、商用及醫(yī)療等。
SMC 主要分廠有兩個：
⑴位于New Hartford 的熔煉工廠，主要參觀了冶煉車間和棒料、坯料探傷及后處理車間和部分理化檢測試驗場所。熔煉車間都有幾十年的歷史，車間內(nèi)的設(shè)備顯的比較陳舊，布局也比較擁擠。但現(xiàn)場任務(wù)量非常飽滿，各種中間工序半成品非常多，工人按標準規(guī)程生產(chǎn)，忙而井然有序。冶煉車間設(shè)備購自德國ALD 和美國CONSARC 公司，主要有電弧爐、空氣感應(yīng)爐和真空感應(yīng)爐（VIM）、精煉設(shè)備包括氬氧脫碳(AOD)、真空自耗（VAR）和電渣重熔（ESR）。熔煉設(shè)備非常齊全，數(shù)量也比較多，可滿足不同產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量需求，現(xiàn)場各類工裝輔具種類繁多，根據(jù)不同工藝的需要配置。據(jù)稱，NewHartford 工廠配有世界最大的VIM 熔煉爐，能夠生產(chǎn)最大45000 磅（約22t）重的鑄錠，現(xiàn)場同時配備多臺ESR 和VAR 熔煉爐，能夠?qū)崿F(xiàn)高溫合金VIM+VAR兩聯(lián)工藝和VIM+ESR+VAR 三聯(lián)工藝的熔煉生產(chǎn)。
航空用IN718 合金采用的是三聯(lián)工藝，鑄錠能做到φ 600 ～ φ 660mm 左右。現(xiàn)場看到的每一爐次的鑄錠表面質(zhì)量都比較好，氧化皮比較均勻。結(jié)晶器錠模采用特殊工藝處理（具體不詳），故生產(chǎn)的鑄錠表面很光滑，目視未見魚鱗狀表面缺陷。在鑄錠剝皮的每臺車床旁邊配備一個廢料回收箱，現(xiàn)場看到的廢料回收箱標識為：718HC，另一個標識為718LC,HC 和LC分別意味著高碳和低碳，說明廠里對該牌號廢料回收不僅按照材料牌號，還以含碳量高低細分。由此足見：公司對回收再生材料極為重視，不僅從產(chǎn)生廢料的源頭開始，而且在回收的技術(shù)細節(jié)上加以科學(xué)區(qū)分和嚴格管理。
⑵ Dunkirk 工廠，Dunkirk 工廠為SMC 的鍛造分廠，主設(shè)備為4500t 自由鍛快鍛壓機，該設(shè)備配有2 個12.5t 雙向GLAMA 有軌機械手，能夠?qū)崿F(xiàn)最大直徑為1000mm 鑄錠開坯鍛造及厚板鍛造，同時配備了CNC 控制的GFM55 徑鍛機，能夠?qū)崿F(xiàn)最大直徑550mm 鑄錠的精鍛生產(chǎn)，生產(chǎn)的鍛棒最小直徑能夠達到100mm，生產(chǎn)的鍛板寬度在100 ～ 305mm。Dunkirk 工廠現(xiàn)場配有21 臺現(xiàn)代化的天然氣加熱爐，且均按照AMS2750 標準進行校檢驗收。
航空用IN718 產(chǎn)品：目前能夠為航空應(yīng)用提供最大直徑為660mm 鑄錠以及直徑范圍為100 ～ 350mm棒材，棒材UDT 檢測水平為5 級（0.8mm 平底孔），航空用718 產(chǎn)品的平均供貨時間為13 ～ 26 周。
SMC ／ PCC 和TIMET ／ PCC 同我國航空鍛造企業(yè)和中國商飛（鈦合金）已有多年的合作歷史，是我鎳基高溫合金和鈦合金原材料重要的供應(yīng)商之一。此訪SMC/PCC 受到公司多位高管熱情接待（圖1），期待同我航空鍛造企業(yè)密切合作，他們努力“做好材料”，我們努力“做好鍛件”，攜手服務(wù)好飛機、發(fā)動機制造公司。
ATI SM（Special Materials）, 該公司自成立以來已有60 余年的歷史，公司幾經(jīng)資產(chǎn)重組變遷，發(fā)展壯大為全球以研發(fā)和生產(chǎn)宇航（Aerospace）用特種合金著名的重要公司之一，也是我航空鍛造企業(yè)生產(chǎn)國外飛機、發(fā)動機鍛件用原材料的主要供應(yīng)商，雙方友好合作已長達幾十年。其主要產(chǎn)品有：鎳基鈷基高溫合金、鈦合金、不銹鋼和特殊鋼、鋯基合金、鎢基材料以及裝甲材料等，凈成形產(chǎn)品還有精密鑄造、精密鍛造、粉末冶金制件等。據(jù)介紹，ATI 公司下轄許多分公司，有專業(yè)的冶煉廠、鍛造廠、軋制廠，還有專門生產(chǎn)油氣行業(yè)用產(chǎn)品的制造廠。主要分廠包括：
⑴ Monroe Company 配有4500t 自由鍛壓機及GFM55 徑向鍛造機，只進行鈦合金的鍛造生產(chǎn)。
⑵ Bakers North Operation 配有多臺規(guī)格不一的VIM、VAR 熔煉爐，主要進行鈦合金鑄錠熔煉生產(chǎn)，EB 爐在西部俄勒岡州Albany 的ATI SAC 工廠。
⑶ Lockport Operation 配有VIM、VAR、ESR 熔煉爐，主要進行各種高溫合金及特殊鋼的熔煉生產(chǎn)。另有VOD 是在匹茲堡的ATI FRP 工廠。
⑷ Bakers South Operation 配有10000t 自由鍛壓機（圖2）及GFM70 徑向鍛造機，可以分別承制直徑750mm、重量10t 以內(nèi)的鑄錠開坯和直徑130 ～730mm 尺寸范圍的鑄錠精鍛工作。
⑸ Richburg Operation 主要進行直徑92mm 以下小口徑細棒的軋制生產(chǎn)。
⑹ Sheffield Operation in UK（英國）主要給羅羅公司供應(yīng)特殊鋼，目前產(chǎn)品主要應(yīng)用于油氣領(lǐng)域。
訪問ATI 期間， 團組僅參觀了其中的BakersSouth Operation 鍛造廠（圖3），廠區(qū)分為三個車間，隨主人引領(lǐng)、沿參觀路線，先后經(jīng)過鍛坯機加和探傷車間→鍛坯表面清理車間→鍛造車間。觀感如下：
⑴鍛坯機加和探傷車間很大，設(shè)備不算新，但布局井井有條且保養(yǎng)良好；行車、工裝、輔具非常多，但不顯凌亂；現(xiàn)場非常干凈、整潔，沒有油污和散亂的鐵屑；每臺棒料機加車床旁都有專門的切屑回收裝置，用白色的帆布類包裝袋包裝，便于回收及重熔利用。偌大的廠房，現(xiàn)場工人并不多。據(jù)介紹，這個機加車間大概是10 個工人編制，一個工人可以管控幾臺機床。“文明有序生產(chǎn)、廢料（切屑）回收再用、講究效率效益”令人印象深刻。
⑵鍛坯表面清理車間緊挨著鍛造車間，有自動化專門運輸裝置和鍛造車間相連，鍛坯可直接從鍛造車間流轉(zhuǎn)運輸過來，流轉(zhuǎn)節(jié)奏快、效率高。車間現(xiàn)場有兩臺自動化打磨設(shè)備，也有人工打磨方式。出于環(huán)保的考慮，打磨設(shè)備有外圍防護罩遮住，用于防止打磨粉塵的外溢。
ATI 公司產(chǎn)品以鎳基高溫合金和鈦合金為主，均屬于質(zhì)量要求非常高的產(chǎn)品，表面不允許任何裂紋、折疊等缺陷。在鍛造此類難變形、低塑性材料的過程中必須要不斷地清理剔除表面缺陷。據(jù)介紹，在一個鍛坯從鋼錠到圓棒的鍛制中，要經(jīng)歷4 次表面清理和打磨，以確保最終產(chǎn)品表面“零缺陷”。
⑶鍛造車間共有兩個跨，一個跨是徑向徑鍛機GFM70，一個跨是10000t 下拉式鍛造壓機，中間用兩排鍛造加熱爐隔開。雖然是熱加工車間，但現(xiàn)場工藝布局比較科學(xué)，功能區(qū)分合理且互不影響，現(xiàn)場操作效率非常高，工作環(huán)境整潔，未見氧化皮、鐵屑亂堆亂放等臟亂現(xiàn)象�，F(xiàn)場看不到很多操作工人，自動化機械化程度高。ATI 的GFM70 徑向精鍛機屬于快鍛機，每分鐘鍛打次數(shù)近200 次，可多角度鍛打，坯料兩邊夾持雙方向自動喂料，效率非常高。在10000t鍛造壓機跨，壓機側(cè)面是一排鍛造加熱爐，有10 臺左右。由于鎳基高溫合金和鈦合金的加熱溫度高、爐溫控制精度嚴格，錠（坯）加熱時間長，加之原材料鍛造有別于模鍛件生產(chǎn)（批次、批量�。�，若想提高鍛造材料的生產(chǎn)效率，必須配置足夠數(shù)量的加熱設(shè)備，以保證快鍛壓機連續(xù)生產(chǎn)。10000t 鍛造壓機操作時自動化程度高，和兩臺格拉瑪(GLAMA) 移動操作機協(xié)調(diào)聯(lián)動。從加熱爐夾出料送到壓機上鍛造，有相應(yīng)的工裝輔具配合，操作程序基本相同，說明生產(chǎn)是按標準化程序進行的，既提高生產(chǎn)效率又利于產(chǎn)品質(zhì)量批次的穩(wěn)定性和一致性。
短暫的現(xiàn)場參觀后，雙方進行了簡短的技術(shù)交流，與航空高溫合金有關(guān)的技術(shù)討論信息如下：ATI 可生產(chǎn)的最大鑄錠為φ 750mm、重量10t；供我用高溫合金材料是采用φ 600mm 鑄錠，鑄錠除在熔煉過程嚴格控制化學(xué)成分和偏析外，在鑄錠鍛制過程中還是要反復(fù)鐓粗拔長，打碎柱狀晶；另外就是我們看到的反復(fù)地對每一火次材料的表面打磨和清理，不能殘留任何裂紋和折疊。最后，對經(jīng)磨削呈光亮狀的棒（坯）材按標準進行水浸多探頭超聲探傷（φ 300mm IN718合金棒材，按GE 標準平底孔直徑0.8mm），防止有缺陷的產(chǎn)品出廠。燃氣輪機用的Waspaloy 合金可提供最大直徑為600mm 的Bingot（只�；瘜W(xué)成分、不保性能）和兩種規(guī)格餅坯。
ATI 研發(fā)的新材料IN718Plus 和Rene'65，均可供應(yīng)。其中，IN718Plus 已經(jīng)用于航空發(fā)動機轉(zhuǎn)動件，可供最大棒材φ 400mm，但只�；瘜W(xué)成分不保性能。
ATI 是我民用航空大型鍛件（模鍛件、環(huán)形件）原材料的重要供應(yīng)商，為適應(yīng)我國市場情況，除在上海備有材料庫外，新的材料訂單的交貨期可以縮短至18 周，對于進一步加強雙方合作、擴大中國市場份額充滿期待。
Weber Metals Company（下稱WEBER）隸屬于德國OTTO FUCHS 集團公司，是一家專門生產(chǎn)鋁合金和鈦合金鍛件的企業(yè)，其產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域主要為航空航天工業(yè)。目前該公司航空鍛件產(chǎn)品組成是：商用飛機占56％、發(fā)動機2％、軍機占7％，未來會向航空高溫合金轉(zhuǎn)動件發(fā)展。公司現(xiàn)有員工650 人，2018 年產(chǎn)值3 億美金。主要設(shè)備有自由鍛壓機1200t、1500t、1650t、3000t 和5000t； 模鍛設(shè)備有3600t、5000t、12000t、35000t 和600MN 及其配套設(shè)備設(shè)施。其中600MN 下拉式模鍛液壓機是當(dāng)今世界下拉式（Pulldown）壓機中噸位最大的，由德國SMS ／ Meer 設(shè)計制造，壓機設(shè)計構(gòu)思精巧，精度和自動化程度高，工作臺面3000mm×6000mm，共有4 個主缸和8 個平衡缸，工作行程2000mm，設(shè)備噸位可自由切換為200MN、400MN、600MN，壓機設(shè)計的各項技術(shù)參數(shù)充分考慮了適用于不同材質(zhì)鍛件的工藝需要，該壓機于2018 年10 月份正式投產(chǎn)。
WEBER 600MN 下拉式模鍛液壓機的建成投產(chǎn)，是世界航空鍛造業(yè)界的又一喜事，展現(xiàn)出了WEBER對全球航空市場不斷發(fā)展的預(yù)期和爭奪領(lǐng)先地位的努力。中國鍛壓協(xié)會航空材料成形委員會應(yīng)邀訪問WEBER 公司，代表中國鍛壓協(xié)會向公司總裁CEO 遞交賀信并同有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)專家進行交流，雙方表達了多聯(lián)系、多交流、合作共贏的共同愿望（圖4）。
雙方簡單介紹后，到現(xiàn)場進行了參觀。首先參觀的是600MN 大型模鍛壓機現(xiàn)場（圖5），由于是新建設(shè)備，廠房及有限的配套設(shè)施都很新，和老廠房緊緊相連，新舊對比明顯。除大壓機外，已建好了兩臺加熱爐，各種輔助設(shè)備還在規(guī)劃建設(shè)中。600MN 壓機因為是下拉式結(jié)構(gòu)，三分之二的設(shè)備主體和液壓控制系統(tǒng)均布置在地下（圖6），所以地面上看到的設(shè)備空間與萬噸級別的壓機相仿，車間的高度與一般廠房無異，不需要特別加高。廠房內(nèi)現(xiàn)配置有9 臺天然氣加熱爐，其中2 臺用于模具預(yù)熱，7 臺用于鍛件生產(chǎn)（鍛坯、鑄錠加熱）。所見鈦合金加熱釆用旋轉(zhuǎn)爐，即爐底可旋轉(zhuǎn)的環(huán)形循環(huán)加熱爐（環(huán)形加熱爐），進出料口分設(shè)在爐體的兩處。鋁合金加熱既有箱式爐也有旋轉(zhuǎn)爐。
現(xiàn)場看到正在加工一種小型鈦鍛件，連續(xù)生產(chǎn)，有5 ～ 6 名工人，技術(shù)人員在場跟班，生產(chǎn)過程井然有序，各負其責(zé)。鍛坯在環(huán)形加熱爐內(nèi)進行加熱，裝料和出料協(xié)調(diào)運作，實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，提高效率。裝出料是兩臺可移動的（無軌）小型操作機，運行快捷靈活機動。產(chǎn)品模鍛前，有專門的工人進行模具清理吹氧化皮，操作認真仔細，確認無異物后，工人用噴槍在模具型腔內(nèi)噴涂潤滑劑，應(yīng)該是石墨類型，噴涂石墨潤滑劑過程中，現(xiàn)場煙霧非常大，彌漫了整個車間上空。此情景與國內(nèi)鍛造現(xiàn)場相似，乃鍛造行業(yè)共性問題，有待共同努力解決環(huán)境污染問題。
在600MN 模鍛壓機旁邊，一套待用的模具正在用天然氣進行烘烤，所用工裝呈圓管狀，圓管表面勻布小孔，工裝極為簡單實用，天然氣明火直接烘烤模具型腔表面，以保證待用模具維持足夠的溫度，用于下一鍛件產(chǎn)品生產(chǎn)。這種鍛前烘烤模具的做法，可以提高生產(chǎn)效率并減少加熱爐的占用。
在其他車間參觀，可以看到現(xiàn)場錠坯、鍛坯、半成品、成品非常多，以鋁合金材料、鍛件為主。模鍛件飛邊均勻，筋條充滿度好，表面質(zhì)量高。表明WEBER 公司在工藝設(shè)計和過程控制方面的技術(shù)水平是很高的。
現(xiàn)場看到很多鈦合金鑄錠（坯），據(jù)介紹：WEBER 公司鈦合金鍛件用原材料只采購鋼廠的鑄錠，然后根據(jù)自己所需的材料尺寸規(guī)格及其技術(shù)標準對鑄錠進行鍛造，直接制成鍛坯（棒，預(yù)成形鍛坯……）供模鍛用。由此，可大大節(jié)約成本、提高生產(chǎn)用料的靈活性、縮短產(chǎn)品交貨周期。但掌握鑄錠的鍛造制坯技術(shù)并非易事，需要具備材料領(lǐng)域的專家人才和生產(chǎn)經(jīng)驗，需要進行大量的鑄錠鍛造工藝研究，不斷試驗摸索錠坯的鍛造技術(shù)并掌控其質(zhì)量。
WEBER 公司及其母公司OTTO FUCHS 同我國航空工業(yè)的合作已有十余年，為我新舟700、ARJ21、C919 等在研、在產(chǎn)民用飛機提供了數(shù)十個件號的鋁合金和鈦合金自由鍛件及模鍛件。其中，C919 飛機7175 鋁合金制旅客窗框精密模鍛件堪稱工藝精品。
點滴感想
航空材料是飛機、發(fā)動機更新?lián)Q代的重要的技術(shù)物質(zhì)基礎(chǔ)之一，鍛件則是用以制作飛機、發(fā)動機關(guān)鍵承力構(gòu)件和重要承力構(gòu)件的，是實現(xiàn)飛機、發(fā)動機長壽命、高可靠、結(jié)構(gòu)減重、經(jīng)濟可承受性的基礎(chǔ)和必要的條件。
美國作為世界綜合實力最強大的國家，在航空材料及其鍛件的技術(shù)發(fā)展上始終處于領(lǐng)先地位。美國擁有世界上最多最好的航宇材料和鍛件生產(chǎn)企業(yè)，僅從同SMC/PCC、ATI、Weber Metals On OTTO FUCHS三個公司的短暫接觸中，感覺到他們在技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新、設(shè)備設(shè)施配套、生產(chǎn)組織管理、市場導(dǎo)向發(fā)展、遵從用戶至上等方面，有許多先進的理念和做法是值得我們學(xué)習(xí)和借鑒的。
⑴所訪問的三個企業(yè)都經(jīng)歷了市場競爭、資本運作、兼并收購（包括跨國兼并收購）做強做大的發(fā)展過程，形成了包括原材料、鍛鑄件、各類成品等最具實力的完整的產(chǎn)業(yè)鏈。這反映了目前全球大型制造企業(yè)整合優(yōu)質(zhì)資源、強身健體、不斷發(fā)展壯大的動向。
⑵所訪問的SMC/PCC、ATI 都是以研發(fā)生產(chǎn)高溫合金、鈦合金等高端材料著名的公司，緊盯市場——針對航空器今天、明天和未來的發(fā)展變化態(tài)勢并同其密切合作，同有關(guān)高等院校、研究機構(gòu)合作，不斷創(chuàng)新新材料新工藝，研究改進老材料老工藝，支撐并滿足航空器不斷進步和更新?lián)Q代的需要。與此同時，在硬件建設(shè)方面，形成了能滿足不同使用性能和冶金質(zhì)量要求的各種類型熔煉設(shè)備、鍛造設(shè)備及其配套設(shè)施，擁有內(nèi)控的工藝質(zhì)量技術(shù)標準，生產(chǎn)操作按標準化程序運作，確保量產(chǎn)材料批次質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。
⑶ SMC/PCC 和ATI 都極其重視材料循環(huán)再生利用，并且早已常態(tài)化。從鑄錠車削剝皮及隨后加工過程中，嚴格按材料牌號將切屑、料頭料尾及其他廢殘料加以回收，經(jīng)過處理達標后，作為返回料（添加比例不詳）加入到同種材料牌號的材料熔煉并鑄、鍛成材，既節(jié)約戰(zhàn)略性金屬資源又降低材料成本, 既用于飛機結(jié)構(gòu)件也用于發(fā)動機轉(zhuǎn)動件和靜止件。這或許是我國航材價格居高、市場競爭力弱的原因之一，是值得我業(yè)界高度重視的問題，應(yīng)該加快研究解決問題的政策性措施與辦法。
⑷這次在美國參觀考察的三家公司，都是現(xiàn)代化的軍、民用航空材料和鍛件產(chǎn)品制造企業(yè)，工廠管理規(guī)范周密，環(huán)境良好整潔，特別是對前來現(xiàn)場參觀的來賓的安全防護的要求非常仔細，要求嚴格。參觀前，向來賓告之現(xiàn)場參觀時的安全注意事項和要求，并同參觀者簽署保密協(xié)議。嚴禁手機、提包帶入現(xiàn)場，禁止現(xiàn)場拍照。要求參觀者必須穿戴為來賓配備的安全防護裝備（衣、帽、鞋、眼鏡、防聾耳塞），專用的勞保鞋還有專門的鐵頭防護。參觀現(xiàn)場的路線是廠房設(shè)計時擬定的，三家企業(yè)均無一例外，既維護了所參觀企業(yè)的合法權(quán)益，又為來賓參觀現(xiàn)場提供了安全保證和人文關(guān)懷。細微之處足見是一種“管理”，“管理”是科學(xué)，“管理”出效益。
