GJB 1951–1994在飞机设计中的应用分析

刘久战 王洪业 卫二冬

（中航工业西安飞机工业（集团）公司，陕西 西安 710089）

GJB 1951–1994《航空用优质结构钢棒规范》是目前我国飞机制造企业采用最广泛的标准之一。

GJB 1951–1994发布的目的主要是取代YB674–73，对航空行业所采用的结构钢钢棒从材料标准角度进行统一。标准对29个牌号的结构钢钢棒的状态、冶炼方法、化学成分、力学性能、内部组织、工艺性能、规格尺寸以及公差、表面质量、试验方法、订货内容等作了规定，基本上解决了现阶段各类飞机型号设计中所用大部分结构钢钢棒的标准使用问题。然而，GJB 1951–1994仍存在很多不方便飞机设计应用的问题，分析和解决这些问题对于其他航空材料标准的制定、应用必将产生积极的意义和深远的影响。

1 GJB 1951–1994应用简介

GJB 1951–1994中有18个牌号在西飞公司生产的各类军用飞机、民用飞机上采用，如45A钢棒、30CrMnSiA钢棒、30CrMnSiNi2A钢棒、40CrNiMoA钢棒、12CrNi3A钢棒、50CrVA钢棒等。这些材料主要用于诸如连接螺栓、连杆、重要轴类零件、重要承力的锻件等。长期以来，GJB1951–1994一直是西飞公司各类国产型号飞机所用结构钢零件设计、采购、验收以及生产中最重要的依据性文件之一。该标准基本上满足了现阶段西飞公司各类型号飞机设计、生产方面对这些材料的基本需求。有了此标准，材料的选用、材料的大批量生产和稳定供应有了根本的保证，材料的生产、验收有了共同依据，材料的质量也有了很大的提高。

2 GJB 1951–1994在飞机设计应用中的问题及分析

虽然GJB 1951–1994基本解决了现阶段在各类飞机型号设计中大部分结构钢钢棒的标准使用问题，但GJB 1951–1994在使用中仍存在很多不方便飞机设计应用的问题，该标准与国外发达国家同类型的材料标准（如美国的AMS材料标准、ASTM标准）还存在很大差距，主要表现在以下几个方面。

2.1 标准编号和版次给设计选用带来不便

标准编号是一份标准的身份代码，除非特殊需要，一般不列出标准的名称和具体的版次字母，生产中一般执行该标准的最新版次。然而根据其他类似标准这几年的修订或者升版经验，这些标准修订或者升版后的标准编号一般变为“GJB XXXXA–YYYY”，编号中的“A”为版次信息，而“YYYY”为标准发布的年代号，这也就是说，如果GJB 1951–1994在2011年修订或者升版后，其标准编号会变成GJB 1951A–2011，如果仅从数字字母的组合对比来看，这个标准编号与先前上一版的标准编号截然不同，对使用者（尤其是检验人员）来说显然就是两份不同的文件。如果说采购部门必须采购符合“GJB 1951A–2011”的材料，那么生产部门领到的材料必然是符合“GJB 1951A–2011”的材料，原先图样或者文件中引用的“GJB 1951–1994”将不能采用符合“GJB 1951A–2011”的材料。除非这些图样或文件将原先标注的“GJB 1951–1994”改为“GJB1951A–2011”，或者采用诸如代料等手续来另外进行规定。前一种处理方法的结果必然是将图样或者文件中含有“GJB 1951–1994”的地方全都更改为“GJB 1951A–2011”，工作量很大；后一种处理方法的结果必然带来很多额外工作。还有，如果设计人员不更改这些图样或文件，库房很有可能已没有符合“GJB 1951–1994”的材料，零件将没有可用材料。当然，问题远没有结束，如果“GJB 1951A–2011”又升版了，假如变成了“GJB 1951B–2015”，如果原先的相关图样或者文件仍然有效，同样的工作又需要重复。

2.2 材料中技术要求规定的相关内容过于复杂，不利于设计选材和标注

GJB 1951–1994中对每个牌号的钢棒都有状态、冶炼方法、内部组织、超声波检验、订货内容等方面的规定。但这些相应规定中可供选择的余地较多，如果材料选用者对所选的材料的这些要求不进行详细规定，就很有可能造成设计意图与实际采购或者使用材料之间出现偏差。就此我们不妨从以下几个方面分别说明。

2.2.1 状态

GJB 1951–1994中对钢棒状态的描述是在“1.3分类”中描述的。该条款的内容如下：

1.3 分类

1.3.1 钢棒按交货状态分为：

a. 镀制、轧制和冷拉；

b. 锻树，轧制和冷拉后热处理（正火，退火，回火或正火+回火）。

钢棒的交货状态应在合同中注明。

1.3.2 钢棒接使用加工方法分为：

a. 压力加工用钢；

b. 切削加工用钢。

钢棒的使用加工方法必须在合同中注明，未注明者按切削加工用钢。

1.3.3 钢棒按表面状态分为：

a. 锻制或轧制表面；

b. 玲拉表面；

c. 酸洗或喷砂表面；

d. 剥皮表面；

e. 车光或银亮钢表面。

订货合同未注明时，热压力加工用锻轧制钢棒按酸洗或喷砂表面，切削加工用钢按锻制或轧制表面，其它要求必须在合同中注明。

分析以上条款内容，我们不难发现，材料选用者必须规定材料的交货状态、使用加工方法、表面状态，并且必须对标准中1.3条款规定的具体内容进行有效的选择。但到底怎样选择呢？1.3.1交货状态规定了“锻制、轧制和冷拉”或者“锻制、轧制和冷拉后热处理（正火、退火、回火或正火+回火）”两种情况，当然，这并不是说材料选用者只需要把其中一种情况直接标注在图样中就可以了。锻制、轧制和冷拉是不同的棒材加工方式，而正火、退火、回火或正火+回火又是不同的热处理方式，对同一个牌号、同一个规格的钢棒，采用不同的加工方式以及不同热处理或者不进行热处理，所花费的成本以及所得材料的内部组织、硬度、表面质量是截然不同的。因此，必须对所要求的钢棒指明具体的加工方式以及具体热处理方式，材料制造商才有可能提供给用户相应的材料。然而，简单排列组合计算就会发现，这些交货状态之间的组合结果会有15种之多，这么多组合对于一般材料选用者来说要想做出正确选择无疑相当困难。至于1.3.3中的表面状态要求、1.3.2零件的使用加工方法要求，这些都是在材料选用中必须明确的状态要求，但把这些要求都组合到一起并做出准确的状态选择对一般材料选用者来说实在是太难了。

2.2.2 冶炼方法

GJB 1951–1994中对钢棒冶炼方法这样规定：“钢应采用电炉、电炉加电渣重熔或真空冶炼方法冶炼。除电炉冶炼外，其它冶炼方法必须在订货合同中注明。”这样规定的目的很明显，不外乎就是尽可能满足不同用户对材料冶炼方法的需求。由于并没有相应的标准或文件另外规定飞机用钢必须采用哪种冶炼方法，只有认真研究不同冶炼方法对材料的性能会产生哪些影响，从而才能根据不同的影响去选择所需的冶炼方法。然而GJB 1951–1994中对这些影响并没有给出比较详细的信息，只是在化学成分、内部组织中提到了一些相关信息，这对一部分并不十分熟悉各种材料化学成分、内部组织的材料选用者来说，要搞清楚这些信息之间的差异可能并不容易。另外，该标准也没有明确冶炼方法如何在选用时标注，标准中只是要求在订货合同中注明冶炼方法。而采购合同中的冶炼方法只能由材料选用者来规定。这也就是说，如果材料选用者选择了GJB 1951–1994作为所选材料的材料标准，材料选用者就必须对冶炼方法做出选择并在图样或者文件中标注清楚。然而图纸中对冶炼方法几乎没有一个设计员去规定。

2.2.3 超声波检验

GJB 1951–1994中对钢棒的超声波检验要求规定如下：

3.7 超声波检验

3.7.1 钢棒(或坯)逐支进行纵波检验。

3.7.1.1 纵波检验的质量验收级别参照GB／T 4162表l中的从AA、A、B级，并在合同中注明，根据需方要求，双方协商可选择其它级别。

3.7.1.2 在规定的灵敏度内，如果出现杂乱信号或一次底帔反射与正常组织钢棒比较有大千6dB的降低时，应进行冶盘分析，以确定其原因，钢棒的台格与否，应以措金分析结果为依据。

3.7.2 根据需方要求，可按GB／T 4162的规定增加横渡检验。

分析以上条款要求，钢棒的超声波检验要求规定有3个级别，分别是AA、A、B级。这也就是说材料生产厂可以供应3个超声波级别的钢棒，具体需要哪个级别必须在合同中注明。这个要求与上述的冶炼方法类似，一般材料选用者（零件设计者）怎么可能对此给出准确选择呢？

综上所述，GJB 1951–1994中这些技术要求规定的过于复杂，给材料选用者的具体选用带来了很多不便。另外，对这些选用信息的标注也是一个不得不提的问题。如果需要材料选用者把GJB 1951–1994中要求明确的信息都在图样或者文件中标注出来，那么可以肯定，目前几乎没有一份图样或者文件能做到，GJB 1951–1994的编制者只要自己去设计一个简单的实例就可以明白此问题的严重程度，这些问题可能是标准编制者所没有料到的。

3 改进建议

3.1 材料标准是材料制造企业必须遵守的共同文件，由某一材料制造厂编制材料标准的模式不利于标准的使用，并且可能也不能真正代表产品设计者对材料的需求，必须研究基于行业协会和专家团队的标准开发、编制、管理模式。这一点我们不妨借鉴美国AMS标准、ASTM标准的编制模式，AMS标准、ASTM标准能在美国乃至欧洲发达国家顺利执行并被航空企业广泛采用是有目共睹的。

3.2 必须对材料标准的可持续性发展有一个清醒的认识，标准的编号、版次、编制规则和内容、出版、销售、维护必须考虑用户对其产品的可持续性发展需求，必须避免给材料标准使用者带来大量的额外工作或者意想不到的麻烦。材料标准是为用户产品服务的，不能为用户产品提供长期保障的材料标准是不可能被用户接受的。

3.3 材料标准应该具备被不同国家用户认可的基本条件并具有走向世界的发展性理念，只有标准走出国门，按标准生产的材料才有可能走出国门，由这些材料所制成的产品才可能走出国门。我们国家按GJB 1951–1994生产的钢棒为什么发达国家几乎不采用？我们的飞机为什么销往国外困难重重？我们为什么总是要大量采用发达国家的材料标准以及采用按这些标准生产的航空材料？这些问题充分说明，不被用户认可并采纳的材料标准永远是落后的，并且必将是要被淘汰的。

3.4 标准的作用不是仅停留在推荐意义上的，必须强化标准的强制性作用，不执行标准的材料在飞机产品上的应用必将受到很大限制，尤其是民用飞机所用的材料，没有一个统一、强大并被飞机制造企业、适航部门等所公认的标准体系，国内材料要想在国际认可的民用飞机上完全应用以及走向世界无疑是一句空话。