Magas szilárdságú nikkelötvözetű kovácsolmányok európai légiipari alkalmazásra

Projekt áttekintése

Egy vezető német repülőgép-gyártó vállalat szigorú követelményeket támasztott a futómű alkatrészeivel szemben – kiváló szilárdság-tömeg arányt, 650 °C feletti hőmérsékleti stabilitást és ellenállást a feszültségkorrodíciós repedésekkel szemben nagy ciklusszámú fáradási környezetben. Az űrkutatási minőségi előírások teljesítése érdekében a gyártó egy megfelelően minősített Tier-2 beszállítót keresett, amely képes volt pontos, közel-végforma kovácsolásokat szállítani nikkelalapú szuperszövetségekből. Kovácsüzemünket, amely a Sangtung tartományban található, az AS9100 Rev D szigorú auditja és az anyag nyomon követhetőségének ellenőrzése után választották ki. A projekt során évente 42–68 kg egységsúlyú Inconel 718 kovácsolásokat szállítottunk három kritikus futómű-alkatrész-csoportba, a teljes program éves mennyisége meghaladta a 12 tonnát.

Kihívás elemzése

A fő műszaki kihívások a fémmegmunkálási integritásra és a méretbeli pontosságra irányultak. Az Inconel 718 ötvözet magas keményedési sebessége és szűk forrázható hőmérséklet-tartománya (950–1050 °C) miatt a hagyományos nyitott szerszámos kovácsolás hajlamos volt felületi repedésekre és egyenetlen szemcseáramlásra. Emellett a alkatrész geometriája vékony falú szakaszokat (akár 8,2 mm-ig), mély belső üregeket és szigorú ±0,15 mm-es tűréseket tartalmazott a kritikus csapágyfelületeken – ezek a követelmények messze meghaladták a szokásos ISO 8062 CT4-osztályú tűrések engedélyezett értékeit. A megoldáshőkezelés során fellépő hőmérsékleti torzulás további veszélyt jelentett a végleges alkatrész méretbeli megfelelőségére. A beszerzési lánc rugalmassága is kulcsfontosságú volt: a gyártó megbízója kétforrásos ellátási képességet, teljes tételszintű PMI-azonosítást (pozitív anyagazonosítás) és valós idejű NDT-jelentést követelt meg az EN 462-2 szabványnak megfelelő röntgen- és ultrahangos vizsgálatok alapján.

Megvalósított megoldás

Egy függőlegesen integrált folyamatot vezettünk be, amely ötvözi a zárt szerszámos izotermikus kovácsolást, a kovácsolás utáni szabályozott hűtéses hőkezelést és a CNC végzett megmunkálást az eljárás közbeni mérnöki ellenőrzéssel. Egy speciálisan tervezett, nikkelt tartalmazó szerszámanyag (H13 + 5% molibdén bevonat) biztosította a szerszám élettartamának stabilitását 1200 ciklus felett, miközben fenntartotta a szerszám üregének pontosságát. A kovácsolást 985 °C ±5 °C-on végeztük 12 500 tonnás hidraulikus sajtón, valós idejű alakváltozási sebesség-méréssel, hogy elkerüljük a dinamikus újraszemcsésedés anomáliáit. Minden nyersdarabot háromszoros olvasztással (VIM-ESR-VAR) kezeltünk, hogy biztosítsuk az ultraalacsony kéntartalmat (<0,002%) és hidrogéntartalmat (<1,5 ppm). A kovácsolás után a alkatrészeket vákuumban oldottunk 980 °C-on, majd gyors vízhűtéssel és kétszeres öregítéssel (720 °C/8 óra + 620 °C/8 óra) kezeltük, hogy optimalizáljuk a γ' kiválások eloszlását. Az összes kovácsolt darab megfelelt az AMS 5662 és az EN 10269 szabványoknak, és teljes nyomon követhetőség biztosított az öntvény hőszáma kezdete és a végső ellenőrzési jelentés között.

Bevezetési folyamat

A projekt végrehajtása egy fázisokra osztott APQP-keretrendszer szerint történt: Az 1. fázisban FEA-szimulációt végeztünk a szerszám kitöltésére és hőfeszültség-eloszlásra a DEFORM-3D szoftver segítségével; a 2. fázisban próbagyártásokat hajtottunk végre, amelyek során 100%-os ultrahangos (UT) vizsgálatot és fémeszeti keresztmetszeti elemzést alkalmaztunk a szemcseorientáció érvényesítésére (ASTM E112). A 3. fázisban teljes gyártási kapacitásra léptünk át, és automatizált optikai CMM-méréssel ellenőriztük minden alkatrész 28 GD&T-jellemzőjét. Bevezettünk egy ERP-integrált minőségirányítási modult, amely lehetővé teszi a keménység (32–36 HRC), szakítószilárdság (≥1300 MPa) és nyúlás (≥12%) valós idejű statisztikai folyamatszabályozási (SPC) diagramozását. A logisztikát az OEM JIT ütemtervéhez szinkronizáltuk az EDI 856 ASN üzenetformátum segítségével, miközben a klímavezérelt légi szállításhoz használt csomagolás megfelelt az IATA 950. csomagolási utasításának.

Projekt eredményei

A partnerség mérhető teljesítményjavulást eredményezett: a hibamentes első átmenet aránya hat hónap alatt 71%-ról 96,4%-ra javult; az átlagos előállítási idő 14-ről 8,5 hétre csökkent; és a selejtarány 0,8%-ra esett vissza, jelentősen az OEM 2,5%-os szerződéses küszöbértéke alá. Legfontosabb, hogy az összes, 1842 darab szállított kovácsmű termék 100%-os nem romboló vizsgálaton ment keresztül, és 36 hónapos üzemelés során – az A320neo és az A350 XWB platformokon – nem volt egyetlen mezőbeli meghibásodás sem. A megrendelő 17%-os csökkenést jelentett a feldolgozás utáni gépi megmunkálási időben a kiváló, közel-végtermék geometria miatt, ami közvetlenül hozzájárult a leszállórendszer-összeszerelő soruk hatékonyságához. Ez a sikertörténet lehetővé tette, hogy létesítményünket a Rolls-Royce és a Safran is minősített beszállítóként ismerje el az Európai Űrkutatási és Légiközlekedési Minősítési Rendszer (EAQS) keretében.

Ügyfélvisszajelzés és stratégiai hatás

„Az Inconel 718 termomechanikai feldolgozásában való jártasságuk – összekapcsolva a lemondhatatlan dokumentációs diszciplínával – az egyetlen nem uniós szállítót tette velük, akinek biztonsági szempontból kritikus leszállórendszer-űrítéseket engedélyeztünk,” nyilatkozta az OEM Szállítói Műszaki Fejlesztési Igazgatója. A közvetlen szállításon túl ez a projekt hosszú távú együttműködést indított el a következő generációs GH4169 változatok fejlesztésében hiperszonikus járművek alkalmazására. Emellett igazolta képességünket arra, hogy az európai légiipari piacot szolgáljuk a szigorú EASA Part 21G és az EU rendelet (EU) 2018/1139 megfelelőségi keretrendszerek szerint – megerősítve pozíciójunkat, mint megbízható nikkelötvözetű űrítési partnerünk az európai légiközlekedési ipar vezető beszállítói számára Németországban, Franciaországban és az Egyesült Királyságban.