冶金型号标准在航空发动机研制中的应用

袁文明

（北京航空材料研究院，北京 100095）

冶金型号标准又称冶金型号专用标准，是满足某一型号系统专用的联合企业标准（其编号形式为Q/XX，XX为型号代号）。可以说，型号标准是介于企业标准和行业标准的一种标准，它具有企业标准的性质，但又高于企业标准，能够在整个型号系统内跨单位和部门使用。从涵盖的专业范围来说，冶金型号标准主要包括材料规范、热工艺标准、检测标准和冶金管理标准，目前发动机研制中使用的冶金型号标准主要以材料规范为主。

近10年来，航材院系统地开展了涡扇系列三大航空重点型号发动机的冶金型号标准化工作，取得了显著的成效，并积累了丰富的冶金型号标准化管理经验和标准资源。到目前为止，共组织制定了近300项冶金型号标准，满足了发动机各阶段研制对材料标准的需求，为型号系统提供了强有力的技术支持。

1 冶金型号标准的特点

当前国际上标准化发展迅速，标准的制定方式更加趋向灵活务实。其中“自由结合式标准”就是新动向之一。自由结合式标准是几个公司和集团自愿结合共同制定的标准。它的特点是专业定位准确、标准制定速度快、满足用户需求好等。我国航空行业中的冶金型号标准与之很相似，但不是自愿的，而是应型号研制需要而产生的。一个新型号的武器装备通常由设计所和主机厂及相关配套厂共同参与完成，制定统一的型号标准进行生产和质量控制，可以达到节省成本，保证原材料质量和有利于组织生产的目的。

根据GJB 6387-2008《武器装备研制项目专用规范编写规定》，冶金型号标准属于武器装备研制类专用规范。其中，材料规范描述材料的性能、形状和试验要求，针对重要特殊原材料或半成品（例如新型材料及检测技术等）；工艺规范描述用于产品或材料制造的专用工艺所需的材料、设备及加工等的控制要求，针对重要特殊工艺（例如新型的新工艺技术等）。根据冶金型号标准在发动机研制的应用情况，制定和实施冶金型号标准主要有以下优势。

1.1 实用价值较高

冶金型号标准按材料牌号、品种、状态、性能成系列制定，新材料纳标速度快，标准系列化程度很高，有利于指导材料研制与生产。因此，冶金型号标准具有适用性强、制定周期快、验证充分、满足设计需求好等优点。

1.2 促进技术创新

具了解，先进材料对降低发动机结构重量系数和提高发动机推重比的贡献率高达70%。以新材料、新工艺为标准化对象的冶金型号标准，有利于促进对国外先进标准的消化、吸收和再创新，提高了型号对新材料、新技术自主知识产权的拥有量。1.3 便于规范化管理

冶金型号标准的制定有利于型号研制系统对关键和重要新材料制品的相关标准实施统一化的技术状态管理，避免“不同单位，使用同种材料，实行不同标准”的采标混乱等问题，并有利于建立科学合理、水平先进、协调统一的型号标准体系平台。

2 冶金型号标准的编制与管理

2.1 冶金型号标准编制原则

针对现有材料标准不能满足发动机研制需要的，原则上应编制型号标准。冶金型号标准确定原则如下。

现有行业以上标准（GJB、HB、GB等）在牌号、品种、尺寸规格、制造工艺、技术要求等方面不能满足要求的应制定型号标准；

现有已定型机种的型号标准在品种、尺寸规格、供应状态、技术指标等不能满足要求的应制定型号标准；

考虑到技术状态统一管理，涉及材料验收和使用的企业标准、技术协议等原则上应转化为型号标准。

2.2 冶金型号标准编制要求

冶金型号标准编制要求如下：

满足设计要求：在现有企业标准或技术协议的基础上，吸收借鉴国外先进标准与型号攻关研究成果，满足设计要求，确保型号标准的先进性；

满足适用性要求：应结合型号研制生产的实际情况，对型号标准重要技术指标进行验证、协调，确保型号标准的可操作性；

满足规范化要求：实行“三统一”原则，即：统一编写、统一审批、统一管理，确保型号标准的规范性，并保持与现行标准、法规文件的协调一致性。

冶金型号标准起草过程见图1。

2.3 冶金型号标准管理

目前，冶金型号标准起草工作主要由发动机型号系统各参研单位承担；标准的审查和审定由型号冶金师系统承担，并由型号总设计师系统进行标准发布和实施；冶金型号标准全过程技术管理由航空材料标准化技术负责单位组织实施。型号标准管理程序见图2。

3 冶金型号标准在某发动机研制中的应用

自2011年以来，航材院开展了某型涡扇发动机的冶金型号标准化工作，经梳理分析，该新型发动机主要包括20余种高性能金属材料、7种先进复合材料、10余种热喷涂粉末涂层材料。在这些新材料中，金属材料大部分有企业级标准，但复合材料、粉末材料等大部分还没有形成正式标准，已有的企业标准存在着多个版本，技术内容不协调。因此新材料采标缺口较大，亟待通过编制冶金型号标准加以统一和规范。该型发动机冶金型号标准编制的重点领域如下。

3.1 高温合金

包括变形高温合金、铸造高温合金、粉末高温合金3类标准，涵盖了发动机用的主要高温结构材料，其中变形高温合金中的低膨胀合金、铸造高温合金中的单晶定向材料和金属间化合物材料（Ni基）、粉末高温合金中的损伤容限型涡轮盘材料是发动机热端部位使用的核心材料，对于发动机性能指标的实现有着决定性的影响。

3.2 钛合金

包括变形钛合金、铸造钛合金两类标准，涵盖发动机用高温钛合金材料，其中变形钛合金中的高温阻燃钛合金、钛基金属间化合物和中强度铸造钛合金等满足了发动机高温抗燃烧、减重、耐久性等设计要求，是发动机燃烧室、高低压盘件、大型机匣复杂制件应用的关键主干材料。

3.3 复合材料

包括树脂基复合材料、陶瓷基复合材料两大类标准，涵盖发动机用先进复合材料。其中双马树脂基复合材料（BMP系列）、聚酰亚胺树脂基复合材料（QY系列）、高温陶瓷基复合材料（SiC）是发动机进气机匣、外涵机匣、风扇整流叶片及支架、矢量喷口外罩、内锥体及收敛调节片底板等制件应用的重要材料。

3.4 高温涂层材料

包括防火钛涂层、热障涂层等发动机高温涂层用粉末材料标准。其中镍铝型、镍铬铝钇型、镍包石墨型、镍/氮化硼型、镍铝钨型、钴钼铬硅型（T-800型）、氧化铝/氧化钛型等粉末，是发动机机匣、各级叶盘及外环、蓖齿盘、封严环、主喷口、前后挡板、高压涡轮轴、前轴颈等零部件使用的重要热喷涂材料。

根据某型发动机“在主干结构材料方面选用了较多先进材料及新型热工艺技术，其研制工作面临着对新材料、新工艺标准化的迫切要求”这一需求背景，航材院对制定冶金型号标准编制工作方案，提出了冶金型号标准管理细则、编写规定和编写模版，下达了冶金型号标准编制计划，并全过程组织了冶金型号标准的起草、审查和报批工作。

目前某型发动机已发布了38项冶金型号标准，解决了一批核心材料标准统一的问题，其中涵盖“一盘两片”材料（DD6、IC10、FGH96等）和高低压盘件、大型机匣复杂制件材料（TC17、Ti60、ZTC4等）。该批冶金标准的正式实施对保证材料的冶金质量和技术状态规范化管理起到了重要作用，为该发动机新材料的生产、订货和应用提供了有力的技术支持。

4 冶金型号标准的发展建议

冶金型号标准是型号采标体系中的重要组成部分，对发动机研制工作具有重要支撑作用。同时冶金型号标准的制定规模，在一定程度上能反映出型号采用新技术的含量和创新力度。因此，型号设计师系统应对冶金型号标准化工作予以高度重视。

在今后的新型发动机型号研制中，冶金标准体系构建要充分体现关键主干新材料应用要求，遵循材料应用发展的规律，力求做到科学、合理、协调、完整，满足发动机研制各阶段对材料标准的需求，冶金型号标准的发展应坚持以下原则。

统筹规划——将材料标准体系构建工作纳入型号研制系统（设计师系统、冶金分系统），在开展型号研制的同时，统筹规划、同步开展材料及热工艺标准体系的构建；

突出重点——发动机选用的关键和重要新材料，应制定冶金型号专用标准；成熟、通用材料应尽量选用现行标准，不再制定型号标准；

分步实施——根据材料验证考核结果和技术成熟度，按轻重缓急、分批制定冶金型号标准，满足发动机各阶段研制需求。

冶金型号标准是根据型号具体技术和产品需求制定的，对提升装备质量和航空技术水平具有重要意义。因此，应将冶金型号专用标准纳入集团公司标准体系，同时按集团公司标准化发展战略规划要求，逐步将适合的冶金型号专用标准转化和提升为AVIC标准、行业标准。 ■