GJB 904A《锻造工艺质量控制要求》问题分析与建议

于 雷 李 凯 张中正 袁文明 王淑云

（1. 北京航空材料研究院，北京 100095；2. 中国船舶工业机关服务中心，北京 100861）

GJB 904A《锻造工艺质量控制要求》问题分析与建议

于 雷1李 凯1张中正2袁文明1王淑云1

（1. 北京航空材料研究院，北京 100095；2. 中国船舶工业机关服务中心，北京 100861）

介绍了GJB 904A-1999在军工武器装备用锻件研制、生产过程中的工艺质量控制应用实施情况，重点分析了该标准在近20年的应用过程中暴露的问题，并针对问题提出该标准的修订建议。

锻造工艺；质量控制；标准

塑性成形是人类发明的最古老的生产技术之一，千百年来，塑性成形技术在推进制造技术进步、支持科学技术发展乃至人类社会文明等方面做出了极其重要的贡献[1]。而锻造是金属材料塑性成形的重要技术，目前已遍布全国各个领域，尤其在航空、航天、兵器和船舶等国防军工行业作用更加显著。GJB 904A-1999《锻造工艺质量控制要求》是金属材料热工艺5大质量控制国家军用标准之一，在其应用十几年来对于指导军工行业锻件的研制、生产发挥了重要的作用，已成为军工锻造行业最重要的工艺质量控制依据。近年来，在新一代飞机、大型运输机、舰载机及其相应发动机等新型号和其他军工行业型号研制需求的推动下，对锻造工艺的质量控制在材料、人员、工艺、设备和环境等方面都有很大程度的进步，在新的要求下生产的锻件在军工行业得到了广泛应用，GJB 904A-1999难以满足武器装备高性能和高可靠性锻件的要求。

本文将简要介绍GJB 904A-1999的应用情况及在使用过程中出现的问题，并对其提出相应的修订建议。

1 GJB 904A-1999应用情况简介

目前，尚未查到与锻造工艺质量控制相关的国外标准，国内相关的标准有GB/T 23135-2010《锻造工艺质量控制规范》、GJB 904A-1999《锻造工艺质量控制要求》和HB 5355-2014《锻造工艺质量控制》。GB/T 25135-2010《锻造工艺质量控制规范》是近年来新修订的标准，部分吸收了行业发展中的新事物，也提出了部分工艺质量控制方面的新要求，如人力资源控制、新产品开发控制、统计技术和持续改进等，但作为国家标准，更注重标准的通用性和普适性，对军工锻造行业缺乏针对性，不能满足军品锻件的质量控制要求；最新修订的HB 5355-2014《锻造工艺质量控制》，内容新颖，细化了对原材料入厂、复验、入库、出库和对材料生产厂的质量控制要求，增加了选择设备的范围、工装的保存和关键过程识别等要求，能基本满足航空锻件的工艺质量控制要求，但其作为航空行业标准，适用范围较窄，对其他军工行业适用性较差。GJB 904A-1999由行业标准HB 5355-1994转化升级而来，发布实施后在军工行业内起到了对锻造工艺管理的规范作用。GJB 904A-1999对军工产品锻造的环境、设备、工装、原材料、工艺、技术文件和人员等方面均做了质量控制要求。目前在我国军工锻造行业应用最广泛，已经成为军工锻造产品研制、生产的质量控制依据。并以此为基线转化到各单位的质量文件和相关工艺文件中。

2 存在的问题

GJB 904A-1999是国防工业锻造专业基础性、综合性和通用性标准，覆盖面广，它规定了军工产品锻造的人员、环境、设备、工装、原材料、工艺和技术文件等方面的质量控制要求，即要求军工锻件产品，除按产品技术要求进行最终检验外，还应对整个生产过程按人、机、料、法、环5大要素进行全过程控制。该标准是国防工业各部门锻造工艺的行业标准、企业标准、工艺文件、设计图样中直接配套使用的质量控制标准，军工产品锻造技术文件编制、生产过程质量控制、技术改造和规划设计的重要技术依据，国防工业各单位进行ISO 9000质量认证和军方监督检查的主要内容。GJB 904A-1999《锻造工艺质量控制》经过近20年的应用，在军工行业研究所、工厂及修理厂锻件的研制和生产中发挥了重要作用。但随着时间的推移，在新一代飞机、大型运输机、舰载机及其相应发动机等新型号和其他军工行业型号研制需求的推动下，新的锻造方法、新锻造设备和新的管理思想的不断涌现，对锻造过程控制要求和锻件质量要求不断提高，GJB 904A-1999已经不能完全满足当前军工武器装备对锻造工艺质量控制的要求。

2.1 技术内容已不能满足当前技术发展的需要

随着武器装备的不断进步，新锻造技术也不断涌现，以满足新型军工武器装备对锻件性能的要求，GJB 904A-1999由于其编制年代较早，缺少对近些年出现的新技术的规定，如等温锻造技术和钛合金准β锻造技术。

2.1.1 等温锻造

等温锻造是指把模具加热到与坯料变形温度相同或相近的温度，在较低速度变形过程中，使热毛坯和模具温度基本保持不变的锻造方法[2]。在我国军工行业应用广泛，尤其在航空行业，如航空发动机涡轮叶片、机匣，飞机机身承力框梁、机翼框梁等构件上。建议增加对等温锻造技术的规定要求，主要有以下几个方面：

1）定义：GJB 904A-1999不包括等温锻造技术相关内容，也就不会对等温锻造进行定义，但目前等温锻造技术已经发展成为一个主要的锻造方法，因此需在对其进行定义，参考相关标准和书籍建议定义为“分别将模具和坯料加热到基本相同的温度，并采用相对较慢的变形速度（或应变速率）实现锻件成形的一种锻造工艺”。

2）设备：随着等温锻造技术的不断发展，应对其设备要求进行规定。等温锻造设备与传统锻造设备在速率和温度控制上都有所不同，如坯料恒应变速率变形的功能。当采用数字化控制液压机进行等温锻造时，也要注意数据采集和采集时间间隔，如压机动横梁位置—时间、速度—时间、载荷压力—时间等数据或曲线。

3）工装：等温锻造过程中，模具温度是影响锻件组织、性能的重要参数，因此增加模具加热装置的控温要求，以更好保证等温锻件的质量。如等温锻造模具加热装置的设计和制造需保证具备足够的加热功率。模具加热装置是否需要配备自动控温、记录、超温报警等装置，建议控温区至少配备两支热电偶，用于实现控温、记录和报警。控温仪表、记录仪表、报警仪表等建议不低于Ⅳ类加热炉的技术要求。

4）工艺过程：等温锻造工艺过程控制是锻造行业公认的难点，而模具温度和变形速度又是等温锻造的技术要点，需要对等温锻造生产实施过程中模具温度控制、速度控制、工艺参数记录与存档要求进行规定。

2.1.2 钛合金准β锻造

钛合金准β锻造工艺比常规的α+β锻造加热温度高、变形抗力小、容易成形、成品率高，可以获得细小的低倍组织和高塑性的网篮组织，是先进的钛合金锻造工艺之一。在航空、航天等领域均有广泛的应用。对钛合金准β锻造内容建议规定要求，主要有以下几个方面：

1）定义：GJB 904A-1999不包括钛合金准β锻造技术相关内容，自然不会对钛合金准β锻造进行定义，参考相关资料建议定义为“在α+β区上部温度预热后随炉升温至Tβ-5℃～Tβ+30℃，短时间加热后进行锻造，获得初生α相含量不大于5%的网篮组织”。

2）加热炉要求：钛合金准β锻造工艺对控温精度要求高，因此一般推荐采用Ⅱ类炉进行加热比较合理，但由于我国工厂的实际情况，存在很多工厂用Ⅲ类炉从事钛合金锻造的生产，因此也可以推荐规定采用Ⅲ类炉加热坯料时应在锻造前检测加热炉温度均匀性的规定，主要是为满足钛合金准β锻造工艺要求的加热“合格区”，保证加热区炉温均匀性满足工艺要求。

2.2 数字化控制锻造设备对设备控制提出新要求

关于“数字化锻造设备”在之前没有明确定义，而目前数字化锻造设备应用越来越多，需要对其进行定义，参考相关资料并询问行业有关专家建议定义为“借助计算机、数据处理模块、传感器等技术手段，采用数字化输入方法实现锻造过程设备动横梁位移、角度、速度以及载荷等的自动或半自动控制，并具备对锻造过程关键工艺参数自动采集、存储功能的锻造设备”。建议在标准中增加对数字化控制锻造设备传感器、数据处理模块的检验和维护要求并明确其操作控制系统的环境要求，以提高设备的可靠性、稳定性，减少工作过程中因设备模块故障、系统失效而引发的质量事故。

2.3 加热设备及工艺仪表

加热设备及工艺仪表是锻造生产中影响产品质量的重要因素，加热炉有效工作区的温度均匀性、工艺仪表系统的精度与可靠性等因素直接影响着工艺的实施效果，进而影响锻件的组织和性能，有必要予以重视，对其进行明确和规范。

GJB 904A-1999规定电炉和油炉可作为锻造加热设备。油炉作为液体燃料炉，燃料虽经过预先雾化处理，但燃烧过程仍不易控制，致使炉温均匀性控制较难实现，炉温可控性相对较差；而感应炉通过感应加热的特点也使得常规的自动控温手段不易实施。因此，在采用上述两种炉进行加热时，需加强其控制，建议在加热时对坯料温度进行辅助测量监控的要求，如光学高温计等。

GJB 904A-1999规定“炉膛超过1.2m或功率超过75k W的锻造电加热炉应分区控温。对于油炉或燃气炉炉膛任一尺寸超过2m时，也应分区控温”。然随着炉体保温隔热技术的进步，较大功率的电炉也能较好的实现炉温均匀性，现在的炉温均匀性与功率无必然关系，而油炉自身较难控温的特点，生产中油炉无必须配置控温装置的硬性规定。因此建议删除GJB 904A-1999中功率超过75kW的电炉和大炉膛尺寸的油炉分区控温的要求。

针对控温区热电偶接线要求，GJB 904A-1999规定“控温区最少要有两个热电偶，分别用于炉温显示和炉温控制，必要时还应配有控制报警装置”。GJB 509B-2008规定“加热炉的每个加热区应至少配备两支热电偶，安放在有效工作区内，一支热电偶接记录仪表，另一支热电偶接控温仪表（需要时对该热电偶指示的温度进行记录），其中至少应有一块仪表具有报警功能并接报警保护装置”，目前一些航空锻造厂的热电偶接法为“控温区至少应有两个热电偶，一个接自动控温仪表和温度指示自动记录仪表装置；另一个接报警装置”，一些航空锻造厂按GJB 509B-2008方法执行，另在各单位外贸产品生产中依据不同的技术要求对热电偶与工艺仪表接线的规定不尽相同。本作者认为，将接自动控温仪表和温度指示自动记录仪表装置接在一个热电偶上，另一个接报警装置，保证了记录和控温的一致性，该接线方法更可取，且国内在做转包生产时，已按此接线方法进行热处理。因此，GJB 904A-1999的规定不尽合理，建议经调研和分析后对其进行修改。

2.4 材料

GJB 904A-1999规定“锻件用原材料应经过鉴定”，而原材料鉴定通常包含锻件制备和锻件性能考核方面的内容，即锻件用原材料的鉴定是一个依据其产品性能得出的后验结论，若要求锻造用原材料必须经过鉴定，将不便于过程操作，建议删除此条。现代质量管理对过程管控更加严格，需增加当生产过程发生主导工艺更改时，最好经采购方的同意或经评审的要求，这样才能把控原材料的重要生产过程。

2.5 工装

GJB 904A-1999对工装规定偏简单，为便于工装管理，建议依据用途分类为成形工装、装配定位辅助模块和模具加热装置。由于等温锻造、热模锻等工艺需要对模具进行加热，需要对模具的加热装置进行管理。现阶段国内锻造企业对模具加热装置的使用、检定、维护缺乏系统的管控，且有些模具加热装置不同于坯料加热炉，不便于采用加热设备类管控规范对其进行技术管控。国内从事等温锻造生产的621所、148厂、3007厂目前也确实按照工装管理方式对模具加热装置进行现场管理，因此，将模具加热装置放入到工装管理中更为合适。

2.6 其他

由于GJB 904A-1999实施发布已经近20年，其内容还有很多方面不尽完善，如对人员、环境的要求已不符合现代的规定，缺少冷态锻件及半成品坯料转移及防护要求、合格供应商管理要求、新工艺、新材料、新技术、新设备和主导工艺更改评审要求，关键过程的控制要求等。

3 修订建议

鉴于GJB 904A-1999对军工行业锻件质量控制起着非常重要的作用，应结合GJB 904A-1999发布实施以来暴露出的问题进行修订，以保持标准的先进性，提高标准的可操作性。具体修订建议如下：

收集、分析“等温锻造”、“钛合金准β锻造”和“数字化控制锻造设备”的相关标准和资料，调研军工厂、所对上述内容的应用实施的具体情况，增加其术语和定义、设备、工装及工艺等要求。

在工艺过程控制方面，明确了新工艺、新材料、新技术、新设备和锻件生产主导工艺更改的评审要求，增加了锻件试制及批产前首件（批）鉴定的要求，明确了关键过程的工艺质量控制要求。

对材料管理方面，取消了锻件用原材料应经过鉴定的要求，增加原材料生产过程主导工艺更改的评审要求，细化原材料入厂管理要求；补充工艺材料的质量管理要求，明确重要工艺材料采购及控制要求。

在工装与设备管理方面，需完善设备、仪表、测具与工装的使用、维护、检定、管理要求；增加锻造用工装的类别划分规定。

根据当前对环境的要求，参考GBZ 1-2010《工业企业设计卫生标准》、GB 13318-2003《锻造生产安全与环保通则》和相关资料对锻造厂房设计，温度和照明，业污水排放等要求进行规定。

4 结论

GJB 904A-1999在军工行业研究所、工厂及修理厂锻件的研制和生产中发挥了重要作用。近年来，随着我国军工锻造行业迅速发展，其锻造技术、工艺、设备等方面都取得了巨大的进步，对锻造生产过程中涉及的人员、环境、材料、设备、仪表、工装、工艺、检验等方面的质量控制提出了新要求。GJB 904A-1999已经不能够满足当前军工武器装备对锻件的研制和生产的过程控制和质量验收，需要对其进行修订。修订后的GJB 904将适用于军工产品锻件生产过程的工艺质量控制，更好的指导军工锻造工艺的过程控制与质量管理。

[1] 郭灵，王淑云，林海. 先进航空材料及构件锻压成形技术 [M]. 北京：国防工业出版社，2001，3.

[2] 张钰成，赖周艺，刘仲文等. 等温锻造技术的发展[J]. 第九届全国塑性工程学术年会论文摘要集，2005.■

T-65

C

1003-6660（2017）03-0008-04

10.13237/j.cnki.asq.2017.03.002

[收修订稿日期] 2017-03-22

（编辑：雨晴）