基於我國航空鍛造公司在國際市場上承擔國外飛機、發動機製造公司大型鍛件轉包生產任務日益增多，而鍛件用原材料，目前只能從按照適航條例規定，獲得材料生產許可證資質的國外材料生產供應商購買。所以相當長的時期以來，我國航空鍛造公司從國外（主要是美國）累計進口了數以萬噸的高溫合金、鈦合金、特殊鋼原材料用於轉包生產鍛件；同時，基於原材料與鍛件之間在組織、性能、工藝、質量、交貨進度以及經濟可承受性等諸多方面，相對於最終用戶——飛機、發動機製造公司而言，原材料和鍛件生產商兩者是利益攸關共同體，彼此在技術、質量（含檢、複驗方法及標準認知）方面和商務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”的基礎上加強合作，才能為飛機、發動機製造公司提供滿意的符合用戶技術標準的質優價廉的模鍛件。
有鑑於此，經過同美國有關材料、鍛造公司磋商並在他們大力協同下，中國鍛壓協會航空材料成形委員會組織國內從事航空鍛件轉包生產的、不同所有制經濟成分的鍛造企業，先後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） 特殊金屬公司位於紐約州紐哈福特，SMC 與分佈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，它是全球領先的鎳基合金研發及生產者，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及生產者。據介紹：全球目前主要高溫合金產品中有80％是SMC 公司研發出來的，包括鎳基合金、鎳鉻基合金、鈷基合金等。其主要開發產品的商標包括：Nickel、Incoloy（基體加入Fe 元素的高溫合金）、Monel、Nimonic 和Udimet 等，材料牌號可為工業界提供最為廣泛的產品組合。
SMC 公司主要產品為高溫合金原材料及回收再生材料，產品種類包括：鑄件、鍛件、板材、棒材及緊固件絲材等，應用領域涉及航空、動力／能源、軍用、商用及醫療等。
SMC 主要分廠有兩個：
⑴位於New Hartford 的熔鍊工廠，主要參觀了冶煉車間和棒料、坯料探傷及後處理車間和部分理化檢測試驗場所。熔鍊車間都有幾十年的歷史，車間內的設備顯的比較陳舊，佈局也比較擁擠。但現場任務量非常飽滿，各種中間工序半成品非常多，工人按標準規程生產，忙而井然有序。冶煉車間設備購自德國ALD 和美國CONSARC 公司，主要有電弧爐、空氣感應爐和真空感應爐（VIM）、精煉設備包括氬氧脫碳(AOD)、真空自耗（VAR）和電渣重熔（ESR）。熔鍊設備非常齊全，數量也比較多，可滿足不同產品的質量和數量需求，現場各類工裝輔具種類繁多，根據不同工藝的需要配置。據稱，NewHartford 工廠配有世界最大的VIM 熔煉爐，能夠生產最大45000 磅（約22t）重的鑄錠，現場同時配備多臺ESR 和VAR 熔煉爐，能夠實現高溫合金VIM+VAR兩聯工藝和VIM+ESR+VAR 三聯工藝的熔鍊生產。
航空用IN718 合金採用的是三聯工藝，鑄錠能做到φ 600 ～ φ 660mm 左右。現場看到的每一爐次的鑄錠表面質量都比較好，氧化皮比較均勻。結晶器錠模採用特殊工藝處理（具體不詳），故生產的鑄錠表面很光滑，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，說明廠裡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，不僅從產生廢料的源頭開始，而且在回收的技術細節上加以科學區分和嚴格管理。
⑵ Dunkirk 工廠，Dunkirk 工廠為SMC 的鍛造分廠，主設備為4500t 自由鍛快鍛壓機，該設備配有2 個12.5t 雙向GLAMA 有軌機械手，能夠實現最大直徑為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，能夠實現最大直徑550mm 鑄錠的精鍛生產，生產的鍛棒最小直徑能夠達到100mm，生產的鍛板寬度在100 ～ 305mm。Dunkirk 工廠現場配有21 臺現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 產品：目前能夠為航空應用提供最大直徑為660mm 鑄錠以及直徑範圍為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密切合作，他們努力“做好材料”，我們努力“做好鍛件”，攜手服務好飛機、發動機製造公司。
圖1 考察團與SMC 高管及技術人員合影
ATI SM（Special Materials）, 該公司自成立以來已有60 餘年的歷史，公司幾經資產重組變遷，發展壯大為全球以研發和生產宇航（Aerospace）用特種合金著名的重要公司之一，也是我航空鍛造企業生產國外飛機、發動機鍛件用原材料的主要供應商，雙方友好合作已長達幾十年。其主要產品有：鎳基鈷基高溫合金、鈦合金、不鏽鋼和特殊鋼、鋯基合金、鎢基材料以及裝甲材料等，淨成形產品還有精密鑄造、精密鍛造、粉末冶金製件等。據介紹，ATI 公司下轄許多分公司，有專業的冶煉廠、鍛造廠、軋製廠，還有專門生產油氣行業用產品的製造廠。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。
⑵ Bakers North Operation 配有多臺規格不一的VIM、VAR 熔煉爐，主要進行鈦合金鑄錠熔鍊生產，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鍊生產。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，可以分別承製直徑750mm、重量10t 以內的鑄錠開坯和直徑130 ～730mm 尺寸範圍的鑄錠精鍛工作。
圖2 ATI 10000t 自由鍛壓機
⑸ Richburg Operation 主要進行直徑92mm 以下小口徑細棒的軋製生產。
⑹ Sheffield Operation in UK（英國）主要給羅羅公司供應特殊鋼，目前產品主要應用於油氣領域。
訪問ATI 期間， 團組僅參觀了其中的BakersSouth Operation 鍛造廠（圖3），廠區分為三個車間，隨主人引領、沿參觀路線，先後經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：
圖3 考察團與ATI 高管合影
⑴鍛坯機加和探傷車間很大，設備不算新，但佈局井井有條且保養良好；行車、工裝、輔具非常多，但不顯凌亂；現場非常乾淨、整潔，沒有油汙和散亂的鐵屑；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，便於回收及重熔利用。偌大的廠房，現場工人並不多。據介紹，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、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運輸過來，流轉節奏快、效率高。車間現場有兩臺自動化打磨設備，也有人工打磨方式。出於環保的考慮，打磨設備有外圍防護罩遮住，用於防止打磨粉塵的外溢。
ATI 公司產品以鎳基高溫合金和鈦合金為主，均屬於質量要求非常高的產品，表面不允許任何裂紋、摺疊等缺陷。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。據介紹，在一個鍛坯從鋼錠到圓棒的鍛制中，要經歷4 次表面清理和打磨，以確保最終產品表面“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，但現場工藝佈局比較科學，功能區分合理且互不影響，現場操作效率非常高，工作環境整潔，未見氧化皮、鐵屑亂堆亂放等髒亂現象。現場看不到很多操作工人，自動化機械化程度高。ATI 的GFM70 徑向精鍛機屬於快鍛機，每分鐘鍛打次數近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，壓機側面是一排鍛造加熱爐，有10 臺左右。由於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於模鍛件生產（批次、批量小），若想提高鍛造材料的生產效率，必須配置足夠數量的加熱設備，以保證快鍛壓機連續生產。10000t 鍛造壓機操作時自動化程度高，和兩臺格拉瑪(GLAMA) 移動操作機協調聯動。從加熱爐夾出料送到壓機上鍛造，有相應的工裝輔具配合，操作程序基本相同，說明生產是按標準化程序進行的，既提高生產效率又利於產品質量批次的穩定性和一致性。
短暫的現場參觀後，雙方進行了簡短的技術交流，與航空高溫合金有關的技術討論信息如下：ATI 可生產的最大鑄錠為φ 750mm、重量10t；供我用高溫合金材料是採用φ 600mm 鑄錠，鑄錠除在熔鍊過程嚴格控制化學成分和偏析外，在鑄錠鍛制過程中還是要反覆鐓粗拔長，打碎柱狀晶；另外就是我們看到的反覆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摺疊。最後，對經磨削呈光亮狀的棒（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），防止有缺陷的產品出廠。燃氣輪機用的Waspaloy 合金可提供最大直徑為600mm 的Bingot（只保化學成分、不保性能）和兩種規格餅坯。
ATI 研發的新材料IN718Plus 和Rene'65，均可供應。其中，IN718Plus 已經用於航空發動機轉動件，可供最大棒材φ 400mm，但只保化學成分不保性能。
ATI 是我民用航空大型鍛件（模鍛件、環形件）原材料的重要供應商，為適應我國市場情況，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，對於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）隸屬於德國OTTO FUCHS 集團公司，是一家專門生產鋁合金和鈦合金鍛件的企業，其產品應用領域主要為航空航天工業。目前該公司航空鍛件產品組成是：商用飛機佔56％、發動機2％、軍機佔7％，未來會向航空高溫合金轉動件發展。公司現有員工650 人，2018 年產值3 億美金。主要設備有自由鍛壓機1200t、1500t、1650t、3000t 和5000t； 模鍛設備有3600t、5000t、12000t、35000t 和600MN 及其配套設備設施。其中600MN 下拉式模鍛液壓機是當今世界下拉式（Pulldown）壓機中噸位最大的，由德國SMS ／ Meer 設計製造，壓機設計構思精巧，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，設備噸位可自由切換為200MN、400MN、600MN，壓機設計的各項技術參數充分考慮了適用於不同材質鍛件的工藝需要，該壓機於2018 年10 月份正式投產。
WEBER 600MN 下拉式模鍛液壓機的建成投產，是世界航空鍛造業界的又一喜事，展現出了WEBER對全球航空市場不斷髮展的預期和爭奪領先地位的努力。中國鍛壓協會航空材料成形委員會應邀訪問WEBER 公司，代表中國鍛壓協會向公司總裁CEO 遞交賀信並同有關領導、技術專家進行交流，雙方表達了多聯繫、多交流、合作共贏的共同願望（圖4）。
雙方簡單介紹後，到現場進行了參觀。首先參觀的是600MN 大型模鍛壓機現場（圖5），由於是新建設備，廠房及有限的配套設施都很新，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，各種輔助設備還在規劃建設中。600MN 壓機因為是下拉式結構，三分之二的設備主體和液壓控制系統均佈置在地下（圖6），所以地面上看到的設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。廠房內現配置有9 臺天然氣加熱爐，其中2 臺用於模具預熱，7 臺用於鍛件生產（鍛坯、鑄錠加熱）。所見鈦合金加熱釆用旋轉爐，即爐底可旋轉的環形循環加熱爐（環形加熱爐），進出料口分設在爐體的兩處。鋁合金加熱既有箱式爐也有旋轉爐。
圖4 中國鍛壓協會向公司總裁遞交賀信
圖5 600MN 大型模鍛壓機前合影
圖6 600MN 壓機模型截面圖
現場看到正在加工一種小型鈦鍛件，連續生產，有5 ～ 6 名工人，技術人員在場跟班，生產過程井然有序，各負其責。鍛坯在環形加熱爐內進行加熱，裝料和出料協調運作，實現連續生產，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，確認無異物後，工人用噴槍在模具型腔內噴塗潤滑劑，應該是石墨類型，噴塗石墨潤滑劑過程中，現場煙霧非常大，瀰漫了整個車間上空。此情景與國內鍛造現場相似，乃鍛造行業共性問題，有待共同努力解決環境汙染問題。
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，用於下一鍛件產品生產。這種鍛前烘烤模具的做法，可以提高生產效率並減少加熱爐的佔用。
在其他車間參觀，可以看到現場錠坯、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，表面質量高。表明WEBER 公司在工藝設計和過程控制方面的技術水平是很高的。
現場看到很多鈦合金鑄錠（坯），據介紹：WEBER 公司鈦合金鍛件用原材料只採購鋼廠的鑄錠，然後根據自己所需的材料尺寸規格及其技術標準對鑄錠進行鍛造，直接製成鍛坯（棒，預成形鍛坯……）供模鍛用。由此，可大大節約成本、提高生產用料的靈活性、縮短產品交貨週期。但掌握鑄錠的鍛造製坯技術並非易事，需要具備材料領域的專家人才和生產經驗，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並掌控其質量。
WEBER 公司及其母公司OTTO FUCHS 同我國航空工業的合作已有十餘年，為我新舟700、ARJ21、C919 等在研、在產民用飛機提供了數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、發動機更新換代的重要的技術物質基礎之一，鍛件則是用以製作飛機、發動機關鍵承力構件和重要承力構件的，是實現飛機、發動機長壽命、高可靠、結構減重、經濟可承受性的基礎和必要的條件。
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發展上始終處於領先地位。美國擁有世界上最多最好的航宇材料和鍛件生產企業，僅從同SMC/PCC、ATI、Weber Metals On OTTO FUCHS三個公司的短暫接觸中，感覺到他們在技術研發創新、設備設施配套、生產組織管理、市場導向發展、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習和借鑑的。
⑴所訪問的三個企業都經歷了市場競爭、資本運作、兼併收購（包括跨國兼併收購）做強做大的發展過程，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業鏈。這反映了目前全球大型製造企業整合優質資源、強身健體、不斷髮展壯大的動向。
⑵所訪問的SMC/PCC、ATI 都是以研發生產高溫合金、鈦合金等高端材料著名的公司，緊盯市場——針對航空器今天、明天和未來的發展變化態勢並同其密切合作，同有關高等院校、研究機構合作，不斷創新新材料新工藝，研究改進老材料老工藝，支撐並滿足航空器不斷進步和更新換代的需要。與此同時，在硬件建設方面，形成了能滿足不同使用性能和冶金質量要求的各種類型熔鍊設備、鍛造設備及其配套設施，擁有內控的工藝質量技術標準，生產操作按標準化程序運作，確保量產材料批次質量的穩定性和一致性。
⑶ SMC/PCC 和ATI 都極其重視材料循環再生利用，並且早已常態化。從鑄錠車削剝皮及隨後加工過程中，嚴格按材料牌號將切屑、料頭料尾及其他廢殘料加以回收，經過處理達標後，作為返回料（添加比例不詳）加入到同種材料牌號的材料熔鍊並鑄、鍛成材，既節約戰略性金屬資源又降低材料成本, 既用於飛機結構件也用於發動機轉動件和靜止件。這或許是我國航材價格居高、市場競爭力弱的原因之一，是值得我業界高度重視的問題，應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，都是現代化的軍、民用航空材料和鍛件產品製造企業，工廠管理規範周密，環境良好整潔，特別是對前來現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，向來賓告之現場參觀時的安全注意事項和要求，並同參觀者簽署保密協議。嚴禁手機、提包帶入現場，禁止現場拍照。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。參觀現場的路線是廠房設計時擬定的，三家企業均無一例外，既維護了所參觀企業的合法權益，又為來賓參觀現場提供了安全保證和人文關懷。細微之處足見是一種“管理”，“管理”是科學，“管理”出效益。
——本文節選自《鍛造與衝壓》2019年第11期
