آهنگرد فورجی با استحکام بالا از آلیاژ نیکل برای segu صنعت هوانوردی اروپا

بازبینی پروژه

یک تولیدکننده اصلی تجهیزات هواپیما (OEM) آلمانی با الزامات بسیار سخت‌گیرانه‌ای برای قطعات چرخ‌های فرود مواجه شده بود—که نیازمند نسبت استحکام به وزن استثنایی، پایداری حرارتی بالاتر از ۶۵۰ درجه سانتی‌گراد و مقاومت در برابر ترک‌خوردگی خستگی ناشی از تنش در محیط‌های دارای چرخه‌های بالا بود. برای تأمین این مشخصات در سطح هوافضا، این OEM به دنبال تأمین‌کننده سطح دوم (Tier-2) معتبری بود که قادر به تحویل آهنگری‌های دقیق تقریباً نزدیک به شکل نهایی (near-net-shape) از سوپرآلیاژهای پایه نیکل باشد. واحد آهنگری ما در استان شاندونگ پس از انجام بازرسی دقیق مطابق استاندارد AS9100 Rev D و اعتبارسنجی قابلیت ردیابی مواد انتخاب شد. این پروژه شامل تأمین سالانه ۴۲ تا ۶۸ کیلوگرم آهنگری‌های اینکونل ۷۱۸ برای هر واحد، در سه زیرمجموعه حیاتی چرخ‌های فرود بود؛ که حجم کلی برنامه از ۱۲ تن در سال فراتر می‌رفت.

تحلیل چالش

چالش‌های فنی اصلی بر روی یکپارچگی متالورژیکی و وفاداری ابعادی متمرکز بود. نرخ بالای سخت‌شدن توسط کار در آلیاژ اینکونل ۷۱۸ و پنجرهٔ باریک دمایی برای شکل‌دهی گرم (۹۵۰ تا ۱۰۵۰ درجه سانتی‌گراد) باعث شد که روش مرسوم کُوبش آزاد (open-die forging) مستعد ترک‌خوردگی سطحی و جریان دانه‌های نامنظم شود. علاوه بر این، هندسهٔ قطعه شامل بخش‌های نازک‌دیواره (تا حداقل ۸٫۲ میلی‌متر)، حفره‌های داخلی عمیق و تلرانس‌های بسیار دقیق ±۰٫۱۵ میلی‌متر بر روی سطوح یاتاقان‌های حیاتی بود — الزاماتی که به‌مراتب فراتر از مجازات استاندارد ISO 8062 کلاس CT4 هستند. اعوجاج حرارتی در طول عملیات عملیات حرارتی محلول‌سازی (solution heat treatment) نیز انطباق نهایی قطعه را تهدید می‌کرد. مقاومت زنجیرهٔ تأمین نیز از اهمیت حیاتی برخوردار بود: سازندهٔ اصلی خودرو (OEM) توانایی تأمین از دو منبع مستقل را الزامی دانست، شناسایی مثبت مواد (PMI) در سطح هر دستهٔ تولیدی را خواستار شد و گزارش‌دهی بلادرنگ آزمون‌های غیرمخرب (NDT) را از طریق رادیوگرافی و آزمون‌های اولتراسونیک مطابق با استاندارد EN 462-2 اجباری کرد.

راه‌حل ارائه‌شده

ما فرآیندی یکپارچه‌شده به‌صورت عمودی را اجرا کردیم که شامل شکل‌دهی حجمی ایزوترمال با قالب بسته، عملیات حرارتی پس‌از شکل‌دهی با سرمایش کنترل‌شده و ماشین‌کاری نهایی توسط دستگاه‌های CNC همراه با اندازه‌گیری درون‌فرآیندی می‌شود. جنس ویژه‌طراحی‌شده قالب بر پایه نیکل (H13 با پوشش ۵٪ مولیبدن) امکان دستیابی به عمر ابزار پایداری بالا را فراهم کرد که بیش از ۱۲۰۰ سیکل طول کشید و در عین حال دقت ابعادی حفره قالب حفظ شد. عملیات شکل‌دهی در دمای ۹۸۵ درجه سانتی‌گراد ±۵ درجه سانتی‌گراد و تحت فشار ۱۲۵۰۰ تنی در پرس هیدرولیک انجام شد و نرخ کرنش در زمان واقعی پایش می‌گردید تا ناهنجاری‌های ناشی از بازبلورشدن پویا کنترل شوند. هر قطعه بلت از فرآیند ذوب سه‌مرحله‌ای VIM-ESR-VAR عبور کرد تا محتوای گوگرد بسیار پایین (<۰٫۰۰۲٪) و هیدروژن بسیار پایین (<۱٫۵ قسمت در میلیون) تضمین گردد. پس از شکل‌دهی، قطعات تحت عملیات آنیل محلول‌سازی در خلاء در دمای ۹۸۰ درجه سانتی‌گراد قرار گرفتند، سپس سریعاً در آب خنک شدند و در نهایت دو مرتبه پیرسازی شدند (۷۲۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۸ ساعت + ۶۲۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۸ ساعت) تا توزیع رسوبات γ' بهینه‌سازی شود. تمامی قطعات شکل‌داده‌شده مطابق استانداردهای AMS 5662 و EN 10269 تأیید صلاحیت شدند و ردیابی کاملی از شماره دمای آهنگ مذاب تا گزارش نهایی بازرسی فراهم است.

فرآیند اجرا

اجراي پروژه با چارچوب APQP فازي انجام شد: فاز ۱ شامل شبیه‌سازی تحلیل المان محدود (FEA) از پر شدن قالب و نقشه‌برداری تنش‌های حرارتی با استفاده از نرم‌افزار DEFORM-3D بود؛ فاز ۲ شامل اجرای آزمایشی با بررسی کامل با اولتراسونیک (UT) و برش‌های متالوگرافی برای اعتبارسنجی جهت‌گیری دانه‌ها (استاندارد ASTM E112) بود. فاز ۳ به مقیاس تولید کامل افزایش یافت و با استفاده از سیستم اندازه‌گیری هندسی نوری خودکار (CMM)، صحت ۲۸ ویژگی GD&T در هر قطعه تأیید شد. ما یک ماژول کیفیت یکپارچه‌شده با سیستم ERP پیاده‌سازی کردیم که امکان رسم بلادرنگ نمودارهای کنترل آماری فرآیند (SPC) برای سختی (۳۲ تا ۳۶ HRC)، استحکام کششی (≥۱۳۰۰ مگاپاسکال) و ازدیاد طول (≥۱۲٪) را فراهم می‌کند. لجستیک‌ها از طریق پیام‌رسانی الکترونیکی EDI 856 ASN با برنامهٔ تأمین دقیق در زمان (JIT) سازنده اصلی تجهیزات (OEM) هماهنگ شد و بسته‌بندی حمل‌ونقل هوایی با کنترل دمایی مطابق با دستورالعمل بسته‌بندی IATA شماره ۹۵۰ انجام گرفت.

نتایج پروژه

این مشارکت به بهبودهای قابل اندازه‌گیری در عملکرد منجر شد: نرخ بازده اولیه (first-pass yield) در عرض شش ماه از ۷۱٪ به ۹۶٫۴٪ افزایش یافت؛ میانگین زمان تحویل (lead time) از ۱۴ هفته به ۸٫۵ هفته کاهش پیدا کرد؛ و نرخ ضایعات (scrap rate) به زیر ۰٫۸٪ رسید که به‌طور قابل توجهی از آستانه قراردادی سازنده اصلی تجهیزات (OEM) معادل ۲٫۵٪ پایین‌تر بود. مهم‌تر از همه، تمامی ۱۸۴۲ قطعه ریخته‌گری تحویل‌شده با موفقیت ۱۰۰٪ تحت ارزیابی غیرمخرب (non-destructive evaluation) قرار گرفتند و در طول ۳۶ ماه خدمات ارائه‌شده روی پلتفرم‌های A320neo و A350 XWB هیچ خرابی‌ای در محل (field failure) گزارش نشد. مشتری کاهش ۱۷٪ی زمان ماشین‌کاری در مراحل بعدی را به دلیل هندسه بسیار نزدیک به نهایی (superior near-net geometry) گزارش کرد که مستقیماً به افزایش کارایی خط مونتاژ چرخ‌های فرود (landing gear assembly line) کمک نمود. این موفقیت، واحد تولیدی ما را به‌عنوان تأمین‌کننده‌ای مورد تأیید برای شرکت‌های Rolls-Royce و Safran در چارچوب سیستم صلاحیت هوافضای اروپا (EAQS) معرفی نمود.

بازخورد مشتری و تأثیر استراتژیک

«تسلط آن‌ها بر فرآیند ترمومکانیکی اینکونل ۷۱۸ — همراه با انضباط بی‌نظیر در مستندسازی — آن‌ها را به تنها تأمین‌کننده‌ای غیر از اتحادیه اروپا تبدیل کرد که ما برای ساخت قطعات شکل‌داده‌شده سیستم فرود حیاتی از نظر ایمنی تأیید کردیم»، سرپرست توسعه فنی تأمین‌کنندگان سازنده اصلی تجهیزات (OEM) اعلام کرد. این پروژه علاوه بر تأمین فوری، همکاری بلندمدتی را برای توسعه نسخه‌های نسل بعدی GH4169 در کاربردهای وسایل نقلیه فراصوت رقم زد. همچنین این پروژه توانایی ما در ارائه خدمات به بازار هوایی اروپا را در چارچوب‌های سخت‌گیرانه انطباقی EASA Part 21G و مقررات اتحادیه اروپا (EU) 2018/1139 تأیید کرد و جایگاه ما را به‌عنوان یک شریک قابل اعتماد در زمینه شکل‌دادن آلیاژهای نیکل برای تأمین‌کنندگان سطح اول صنعت هوافضا در آلمان، فرانسه و بریتانیا تثبیت نمود.