Phôi rèn Hợp kim Niken Độ bền Cao cho Ngành Hàng không Châu Âu

Tổng quan dự án

Một nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) máy bay hàng đầu của Đức đối mặt với các yêu cầu khắt khe đối với các bộ phận càng hạ cánh—đòi hỏi tỷ lệ độ bền trên trọng lượng vượt trội, ổn định nhiệt ở nhiệt độ trên 650°C và khả năng chống nứt ăn mòn do ứng suất trong môi trường mỏi chu kỳ cao. Để đáp ứng các thông số kỹ thuật cấp hàng không này, nhà OEM tìm kiếm một nhà cung cấp cấp hai (Tier-2) đủ điều kiện, có khả năng cung cấp các phôi rèn gần dạng hoàn chỉnh (near-net-shape) chính xác làm từ siêu hợp kim nền niken. Cơ sở rèn của chúng tôi tại tỉnh Sơn Đông đã được lựa chọn sau cuộc kiểm toán nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn AS9100 Rev D và xác minh khả năng truy xuất nguồn gốc vật liệu. Dự án bao gồm việc cung cấp hàng năm các phôi rèn Inconel 718 có trọng lượng đơn vị từ 42–68 kg cho ba cụm càng hạ cánh quan trọng, với tổng khối lượng chương trình vượt quá 12 tấn mỗi năm.

Phân tích thách thức

Những thách thức kỹ thuật chính tập trung vào độ nguyên vẹn về luyện kim và độ chính xác về kích thước. Tỷ lệ cứng hóa do biến dạng cao và dải nhiệt độ gia công nóng hẹp (950–1050°C) của hợp kim Inconel 718 khiến phương pháp rèn tự do truyền thống dễ dẫn đến nứt bề mặt và dòng cấu trúc hạt không đồng đều. Ngoài ra, hình dạng chi tiết bao gồm các phần thành mỏng (mỏng nhất chỉ 8,2 mm), các khoang bên trong sâu và dung sai chặt chẽ ±0,15 mm trên các bề mặt ổ trượt quan trọng — những yêu cầu này vượt xa mức cho phép tiêu chuẩn ISO 8062 cấp CT4. Biến dạng nhiệt trong quá trình tôi hòa tan còn làm đe dọa thêm sự phù hợp cuối cùng của chi tiết. Độ bền chuỗi cung ứng cũng rất quan trọng: nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) yêu cầu khả năng cung ứng từ hai nguồn độc lập, xác định vật liệu ở cấp lô đầy đủ (PMI – Positive Material Identification) và báo cáo kiểm tra không phá hủy (NDT) theo thời gian thực thông qua chụp X-quang và kiểm tra siêu âm tuân thủ tiêu chuẩn EN 462-2.

Giải pháp đã cung cấp

Chúng tôi đã triển khai một quy trình tích hợp theo chiều dọc, kết hợp rèn khuôn kín ở nhiệt độ không đổi, xử lý nhiệt sau khi rèn với chế độ làm nguội được kiểm soát và gia công tinh bằng máy CNC kèm đo lường trong quá trình gia công. Vật liệu làm khuôn dựa trên niken do chúng tôi tự thiết kế (thép H13 phủ lớp molypden 5%) cho phép duy trì tuổi thọ khuôn ổn định trên 1.200 chu kỳ đồng thời đảm bảo độ chính xác của lòng khuôn. Quá trình rèn được thực hiện ở nhiệt độ 985°C ±5°C trên máy ép thủy lực 12.500 tấn, có giám sát tốc độ biến dạng theo thời gian thực nhằm hạn chế các bất thường do tái kết tinh động. Mỗi phôi được xử lý qua ba lần luyện chảy liên tiếp theo phương pháp VIM-ESR-VAR để đảm bảo hàm lượng lưu huỳnh cực thấp (<0,002%) và hydro (<1,5 ppm). Sau khi rèn, các chi tiết được ủ hòa tan trong chân không ở 980°C, sau đó làm nguội nhanh bằng nước và tiến hành già hóa hai cấp (720°C/8 giờ + 620°C/8 giờ) nhằm tối ưu hóa sự phân bố của các hạt kết tủa γ'. Toàn bộ sản phẩm rèn đều được chứng nhận đạt tiêu chuẩn AMS 5662 và EN 10269, với khả năng truy xuất đầy đủ từ số lò luyện phôi đến báo cáo kiểm tra cuối cùng.

Quy trình thực hiện

Việc thực hiện dự án tuân theo khung APQP theo từng giai đoạn: Giai đoạn 1 bao gồm mô phỏng FEA về quá trình điền khuôn và bản đồ ứng suất nhiệt bằng phần mềm DEFORM-3D; Giai đoạn 2 thực hiện chạy thử nghiệm với kiểm tra siêu âm (UT) 100% và cắt mặt cắt kim tương để xác nhận hướng sắp xếp hạt (theo tiêu chuẩn ASTM E112). Giai đoạn 3 mở rộng quy mô lên sản xuất hàng loạt, sử dụng máy đo tọa độ quang học tự động (CMM) để kiểm tra độ chính xác hình học và dung sai (GD&T) của 28 đặc tính trên mỗi chi tiết. Chúng tôi triển khai một mô-đun chất lượng tích hợp với hệ thống ERP, cho phép lập biểu đồ kiểm soát thống kê quy trình (SPC) thời gian thực đối với độ cứng (32–36 HRC), độ bền kéo (≥1300 MPa) và độ giãn dài (≥12%). Hậu cần được đồng bộ với lịch giao hàng đúng lúc (JIT) của nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) thông qua thông báo gửi hàng điện tử (EDI 856 ASN), đồng thời bao bì vận chuyển đường hàng không có kiểm soát khí hậu đáp ứng Hướng dẫn đóng gói IATA số 950.

Kết quả dự án

Quan hệ đối tác đã mang lại những cải thiện đáng kể về hiệu suất: tỷ lệ sản phẩm đạt yêu cầu ngay lần kiểm tra đầu tiên tăng từ 71% lên 96,4% trong vòng sáu tháng; thời gian thực hiện trung bình giảm từ 14 xuống còn 8,5 tuần; và tỷ lệ phế phẩm giảm xuống dưới 0,8%, thấp hơn nhiều so với ngưỡng hợp đồng 2,5% do nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) quy định. Quan trọng nhất, toàn bộ 1.842 chi tiết rèn đã giao đều vượt qua 100% kiểm tra không phá hủy và không xảy ra sự cố nào trong thực tế vận hành suốt 36 tháng phục vụ trên các nền tảng A320neo và A350 XWB. Khách hàng báo cáo thời gian gia công cơ khí ở công đoạn sau giảm 17% nhờ hình dạng gần đúng với sản phẩm cuối (near-net geometry) vượt trội, góp phần trực tiếp vào hiệu quả của dây chuyền lắp ráp cụm bánh đáp. Thành công này đã giúp cơ sở của chúng tôi được công nhận là nhà cung cấp đủ điều kiện cho Rolls-Royce và Safran theo Hệ thống Đánh giá Chất lượng Hàng không Châu Âu (EAQS).

Phản hồi từ khách hàng & Tác động chiến lược

‘Sự thành thạo của họ trong xử lý nhiệt-cơ học hợp kim Inconel 718—kết hợp với kỷ luật ghi chép nghiêm ngặt—đã khiến họ trở thành nhà cung cấp duy nhất ngoài EU mà chúng tôi phê duyệt để sản xuất các bộ phận rèn khung gầm hạ cánh có tính chất an toàn quan trọng,’ ông Trưởng bộ Phát triển Kỹ thuật Nhà cung cấp của nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) phát biểu. Ngoài việc giao hàng ngay lập tức, dự án này còn thúc đẩy sự hợp tác dài hạn nhằm phát triển các biến thể thế hệ tiếp theo của hợp kim GH4169 cho ứng dụng trên phương tiện siêu thanh. Đồng thời, dự án cũng xác nhận năng lực của chúng tôi trong việc phục vụ thị trường hàng không châu Âu dưới các khuôn khổ tuân thủ nghiêm ngặt EASA Part 21G và Quy định Liên minh Châu Âu (EU) 2018/1139—từ đó củng cố vị thế của chúng tôi như một đối tác đáng tin cậy chuyên sản xuất các bộ phận rèn từ hợp kim niken dành cho các nhà cung cấp cấp 1 trong ngành hàng không tại Đức, Pháp và Vương quốc Anh.