郭初陽，郭喜軍，劉　聰，王建國(guó)

(1.駐西飛公司軍事代表室，陜西 西安 710089；2.中航工業(yè)天水飛機(jī)工業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅 天水 741025)

A-100鋼激光成形零件在飛機(jī)起落架制造領(lǐng)域的工藝研究

郭初陽1，郭喜軍1，劉聰1，王建國(guó)2

(1.駐西飛公司軍事代表室，陜西 西安 710089；2.中航工業(yè)天水飛機(jī)工業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅 天水 741025)

摘要：A-100鋼(23Co13Ni11Cr3MoE)因其優(yōu)異的綜合性能，在飛機(jī)起落架制造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)飛機(jī)起落架的制造是對(duì)A-100鋼模鍛件進(jìn)行加工，但加工余量大且效率低，本工藝研究將參照傳統(tǒng)起落架制造工藝，對(duì)A-100鋼激光成形零件進(jìn)行試加工，通過對(duì)原有參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，最終得出了適用于A-100鋼激光成形零件的工藝參數(shù)。

關(guān)鍵詞：A-100鋼；激光成形；飛機(jī)起落架；工藝試驗(yàn)

起落架是飛機(jī)的起飛和著陸裝置，其功用是保證飛機(jī)的正常起飛、著陸、滑行和停放，吸收著陸及地面運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的撞擊和跳動(dòng)能量，改善飛機(jī)的起落性能，其制造過程運(yùn)用了大量的特種工藝手段。激光成形技術(shù)是通過材料快速凝固沉積，直接形成組織晶粒細(xì)小、致密、均勻的近終成形零件，作為一項(xiàng)先進(jìn)的復(fù)雜零件整體制造技術(shù)，激光成形技術(shù)不僅可節(jié)約大型模鍛設(shè)備，而且具有材料利用率高和生產(chǎn)周期短等優(yōu)勢(shì)。

為探索A-100鋼激光成形件起落架制造方面的優(yōu)勢(shì)，首先對(duì)激光成形毛坯樣件試加工，并對(duì)試加工后的樣件進(jìn)行無損檢測(cè)和金相測(cè)試，然后對(duì)樣件進(jìn)行熱處理和表面處理工藝試驗(yàn)，驗(yàn)證可行性并確定激光成形樣件的熱處理和表面處理工藝參數(shù)，最后綜合試驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論。

1試加工

工藝流程為切削→數(shù)控銑削→鉗。激光成形毛坯件如圖1所示，其中108 mm兩端面去除3 mm余量，R42.5 mm去除3 mm余量，R80、102.5和104 mm去除5 mm余量。通過對(duì)毛坯件進(jìn)行試加工，確定A-100鋼模鍛件切削和銑削參數(shù)同樣適用于激光成形件加工。

圖1　圓筒毛坯尺寸

2無損檢測(cè)和金相測(cè)試

利用超聲波檢測(cè)、磁粉探傷和X射線檢查對(duì)毛坯件進(jìn)行無損檢測(cè)。通過酸溶液腐蝕檢測(cè)加工過程中機(jī)體表面燒傷情況，從而驗(yàn)證切削和銑削參數(shù)的合理性。

使用φ1.2的標(biāo)準(zhǔn)試塊(AA級(jí))作為對(duì)比試塊，對(duì)粗加工后的毛坯件進(jìn)行全面超聲波檢測(cè)，毛坯件經(jīng)超聲波檢測(cè)后未發(fā)現(xiàn)缺陷。對(duì)毛坯件去除量為3和5 mm的表面進(jìn)行磁粉探傷，未發(fā)現(xiàn)去除表面存在缺陷，初步確定毛坯去除余量后表面不存在冶金缺陷。利用X射線檢查毛坯存在的內(nèi)部缺陷(如縮孔和氣孔等鑄造缺陷)，經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷。對(duì)機(jī)械加工表面進(jìn)行酸蝕檢查，檢查機(jī)械加工過程中機(jī)體表面燒傷情況，經(jīng)酸蝕檢查，未發(fā)現(xiàn)加工表面燒傷，說明所選切削和銑削參數(shù)合理。

毛坯樣件粗加工后，選擇在去除3 mm加工余量的表面進(jìn)行脫碳層深度測(cè)試取樣，采用硬度法檢查脫碳層深度，測(cè)得脫碳層深度為0.15 mm，即總脫碳層深度為3.15 mm。根據(jù)測(cè)試結(jié)果確定毛坯去除5 mm加工余量后，能夠保證表面脫碳層完全去除，晶粒度為6級(jí)，與A-100鋼鍛件的晶粒度級(jí)別相當(dāng)。

3熱處理工藝試驗(yàn)

對(duì)激光成形件在472 ℃回火狀態(tài)下(熱處理為：淬火885 ℃，保溫1 h，油冷；冷處理為：-73 ℃，保溫1 h，空氣回溫；回火為：472 ℃，保溫5 h，空冷)進(jìn)行熱處理，試驗(yàn)結(jié)果表明激光成形A-100材料在472 ℃回火狀態(tài)下的綜合性能匹配良好。

為進(jìn)一步驗(yàn)證472 ℃回火時(shí)熱處理工藝的合理性，結(jié)合A-100鋼模鍛件熱處理溫度(回火溫度482 ℃)進(jìn)行472、477和482 ℃回火狀態(tài)下的熱處理對(duì)比工藝試驗(yàn)(見表1)，并分別進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試(見表2～表4)。

表1　A-100鋼激光成形熱處理工藝試驗(yàn)方案

表2　472 ℃(5 h)回火處理后的力學(xué)性能

注：1表示該值為KQ值

表3　477 ℃(5 h)回火處理后的力學(xué)性能

注：1表示該值為KQ值

表4　482 ℃(5 h)回火處理后力學(xué)性能

從表1～表4的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得到性能關(guān)系如圖2～圖5所示。

圖2　抗拉強(qiáng)度與回火溫度關(guān)系圖

圖3　屈服強(qiáng)度與回火溫度關(guān)系圖

圖4　斷裂韌度與回火溫度關(guān)系圖

圖5　沖擊韌度與回火溫度關(guān)系圖

在472～482 ℃范圍可得到下述結(jié)論。

1)隨著回火溫度的上升，抗拉強(qiáng)度下降且下降速度較快。屈服強(qiáng)度變化過程與抗拉強(qiáng)度相似，但下降幅度小于抗拉強(qiáng)度。抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度下降后與要求的最低性能指標(biāo)值(抗拉強(qiáng)度1 930 MPa，屈服強(qiáng)度1 620 MPa)接近。

3)綜合抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷裂韌度、沖擊韌度與回火溫度的關(guān)系走向，在482 ℃溫度下可獲得良好的匹配性能(KIC除外)，A-100鋼材料處于研制階段，棒材及鍛件的KIC性能不穩(wěn)定。A-100鋼激光成形是將棒材磨制成粉末后經(jīng)激光熔敷并快速凝固成形，其KIC性能受棒材性能及激光成形工藝影響，因此在工藝試驗(yàn)過程中，毛坯件的KIC也存在較大幅度的波動(dòng)。

4)根據(jù)上述分析，在482 ℃溫度下可以獲得較好的力學(xué)性能，最終確定482℃作為激光成形件的回火溫度。

4表面處理工藝試驗(yàn)

激光成形件與傳統(tǒng)模鍛件有所差異，不能確定其表面處理工藝參數(shù)與A-100鋼模鍛件表面處理參數(shù)是否一致，經(jīng)分析制定了表面處理研究方案(見表5)。

表5　表面處理試驗(yàn)方案

參照A-100鋼模鍛件表面處理工藝參數(shù)，經(jīng)過分析和驗(yàn)證，確定A-100鋼激光成形試件鍍鉻、鍍鎘鈦、刷鍍鎘和氧化磷化的工藝流程及參數(shù)具體如下。

4.1鍍鉻

1)工藝流程：鍍前檢查→有機(jī)溶劑除油→消除應(yīng)力→吹氧化鋁→裝掛并絕緣→電化學(xué)除油→流動(dòng)熱水洗→流動(dòng)冷水洗→弱浸蝕→流動(dòng)冷水洗→鍍硬鉻→ 回收槽洗→流動(dòng)冷水洗→ 拆卸→流動(dòng)冷水洗→干燥→除氫→檢驗(yàn)。

2)鍍鉻過程及工藝參數(shù)：預(yù)熱，鍍鉻槽中不通電預(yù)熱3～5 min；預(yù)熱后，利用換向開關(guān)使零件置于陽極，弱腐蝕30～90 s，電流密度為20～30 A/dm2。

陽極腐蝕后，反轉(zhuǎn)電流方向，使工件轉(zhuǎn)換成陰極，電流密度為正常電鍍鉻電流密度的1.5～2.5倍，沖擊電鍍30～90 s，然后逐漸降至正常電流密度。

電鍍硬鉻，在鍍鉻溶液中按下列參數(shù)進(jìn)行:溫度50～60℃；電流密度為40～60 A/dm2.

4.2鍍鎘鈦

1)工藝流程：鍍前檢查→有機(jī)溶劑除油→消除應(yīng)力→吹氧化鋁→裝掛并絕緣→流動(dòng)冷水洗→去離子水洗→鍍鎘鈦→流動(dòng)冷水洗→拆卸→流動(dòng)冷水洗→干燥→除氫→檢驗(yàn)。

2)鍍鎘鈦工藝參數(shù)：溫度為室溫；電流密度為2～3 A/dm2；電壓為2～5 V；陽極材料為Cd-1。

4.3刷鍍鎘

1)工藝流程：鍍前檢查→屏蔽非刷鍍區(qū)→打磨刷鍍區(qū)→清洗→流動(dòng)冷水洗 →刷鍍鎘→去除屏蔽→打磨→流動(dòng)冷水洗→干燥→檢驗(yàn)。

2)刷鍍工藝參數(shù)： 陰陽極相對(duì)移動(dòng)速度控制在15～36 m/min范圍；刷鍍電壓為15～20 V；刷鍍所需電量Q按下式計(jì)算：

Q=100C δ S

式中，C為耗電系數(shù)，單位為A·h/dm2μm，工藝試驗(yàn)采用SPS5070刷鍍液，耗電系數(shù)為0.048 8A·h/dm2μm；δ為鍍層厚度，為8～12μm；S為刷鍍面積，為15dm2。

由此可計(jì)算出刷鍍所需要的電量Q為0.585 6～0.878 4A·h。

4.4氧化磷化

1)工藝流程：磷化前檢查→除油→吹氧化鋁→裝掛→流動(dòng)冷水洗→氧化磷化→流動(dòng)冷水洗→流動(dòng)溫水洗→填充→回收槽洗→流動(dòng)溫水洗→干燥→除氫→ 檢驗(yàn)。

2)氧化磷化參數(shù)見表6.

表6　氧化磷化參數(shù)

按上述方案及工藝參數(shù)在粗加工的毛坯樣件上切取表面處理試片，進(jìn)行多批次鍍鉻、鍍鎘鈦、刷鍍鎘、氧化磷化和噴漆工藝等試驗(yàn)，試樣涂層性能合格。

5結(jié)語

A-100鋼激光成形件機(jī)械加工性能良好，經(jīng)超聲波檢驗(yàn)、X射線檢查、磁粉探傷和酸蝕檢查，均未發(fā)現(xiàn)缺陷，證明試加工工藝參數(shù)滿足A-100鋼激光成形毛坯件的加工要求。通過多次熱處理工藝試驗(yàn)，最終確定了熱處理工藝參數(shù)，對(duì)比A-100鋼模鍛件表面處理工藝，對(duì)激光成形件進(jìn)行表面處理工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)涂層經(jīng)測(cè)試滿足性能要求，工藝方案合理可行。綜上所述，A-100鋼激光成形件初步具備了起落架的試制要求。

責(zé)任編輯李思文

Research on Process of A-100 Steel Laser Forming Parts in the Filed of Aircraft Landing Gear Manufacturing

GUO Chuyang1，GUO Xijun1，LIU Cong1，WANG Jianguo2

(1.The Military Representative Office of Xi’an Aircraft Industry Company Ltd, Xi’an 710089, China；2.AVIC Tianshui Aviation Industry Co., Ltd, Tianshui 741025, China)

Abstract:A-100 steel has been widely applied in the filed of aircraft landing gear manufacturing for its excellent comprehensive performance，the traditional aircraft landing gear manufacturing is processing A-100 steel forging parts, but it has a large working allowance and low efficiency. This process research was based on the traditional gear manufacturing technology to processing A-100 steel laser forming parts to find out the technological parameters which are fit for A-100 steel process parameters of laser forming parts by adjusting and optimizing the original parameters.

Key words:A-100 steel, laser forming, aircraft landing gear, process test

收稿日期：2014-05-06

作者簡(jiǎn)介：郭初陽(1989-)，男，助理工程師，主要從事國(guó)內(nèi)多型飛機(jī)研制生產(chǎn)的質(zhì)量監(jiān)督等方面的研究。

中圖分類號(hào)：V 261.99

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A