上周，一則中式菜刀在拍蒜時斷裂的新聞登上了新聞熱搜榜，引發了大眾熱議。
對冶金技術和機械加工有所了解的人並不難理解這種事故發生的原因：
主流的現代中式菜刀，其主結構是一塊整體式的異形鋼板，只是一側開有刃口，整體經過熱處理以調節硬度和韌性。在原料、工藝、受力結構上，它屬於簡單、成熟，且最為基礎性的產品。
但是從安全原則和常識認知來說，菜刀在揮砍和拍擊食物的過程中斷裂，確實是難以容忍的，說明產品質量存在問題。如果排除了性能上硬度與韌性相互協調的設計錯誤，那麼根源問題只可能存在於原料和工藝的品質控制方面，尤其是一致性控制方面。
而這樣的品質控制問題，也同樣可能出現在涉及大量金屬原料加工、生產和應用的航空航天工業領域。
2011年5月9日，澳航的一架波音747在新加坡附近發生事故。據調查，這是一起因航發葉片疲勞斷裂而導致的事故，圖為斷裂件。一般來說，航空發動機在材料和工藝一致性上的瑕疵是此類事故的主要原因。
從原因上講，拍蒜斷刀事件最主要的誘發因素有兩個：原材料一致性和熱處理工藝一致性問題，而且兩者之間存在關聯性關係。
如果同樣的問題延展到航空產品中，會以怎樣的形式出現？
原料一致性
對於作為原材料的鋼板，化學成分的不同和組織形態的不同都會導致其力學性能存在重大差異。
理想的金屬原料應該是化學成分與對應牌號標準高度符合，而且整個材料內的組織分布均勻一致。但在實際生產過程中，這一點並沒有那麼容易做到。
鋼板的原材料鐵主要來自礦石或回收的廢舊金屬，每批鐵金屬的成分其實是大不相同的。
在工業體系不甚完備、管理和生產設備不先進、而具體生產人員技藝經驗又不豐富的情況下，如果沒有針對每一批原料的差異進行精確的工藝方案調整，是難以生產出成分與組織形態的高度一致的鋼板材料的。
這種成分與組織形態上的不一致，最終就會成為刀具在硬度/韌性等力學性能上的缺陷根源，並在後續的熱處理等加工工藝中被急劇放大。
如鋼板材料中含鎳過少、含碳過多，組織成分還不均勻，那麼做成刀具後，低鎳高碳最嚴重的局部區域，其韌性和強度就會特別差——一旦遭受強烈衝擊，這個部位就會成為斷裂的源頭。
藍色腐蝕後，鈦合金樣件表面呈現藍色，金屬組織的不同區域會形成色澤深淺不一的表面氧化膜。黑圈中就是典型的夾渣缺陷，帶有此種缺陷的原料不能用於鈦合金航發葉片製造。
上圖中缺陷部位被放大一百倍後的顯微成像。
藍色腐蝕下，鈦合金的α相偏析（一類內部化學成分和組織分布不均勻的現象）也暴露得非常明顯。傳統的硝酸/氫氟酸缺陷檢查工藝，很難檢測此類缺陷。
在航空產品中，尤其是作為飛機動力核心產品的航空發動機中，這樣的問題也是設計與生產體系需要高度重視的領域。
比如航空發動機的葉片、軸等高速旋轉的鈦合金部件，對於原料的成分和組織一致性就有著非常高的要求。
諸如氧、氮、碳等化學成分含量不符標準、分布不均帶來的偏析，足以使第三代渦扇發動機的壓氣機葉片的振動疲勞壽命降低到正常標準的幾百分之一乃至幾千分之一。
工藝一致性
從拍蒜斷刀的新聞來說，能不能得到合格的菜刀，熱處理環節的重要性不亞於材料本身的工藝處理環節。
比如鋼材在高溫狀態下驟然冷卻就能有效改變內部的金屬組織形態，可以極大提升硬度。但是高溫狀態具體溫度是多少度？該用多少度的油或水來冷卻？冷卻多久？……這些環節就很考驗工藝水平了。
在理解工藝一致性問題後，就可以輕易看穿一些街頭把戲的真相。如「徒手斷鋼」表演，其核心原理就是通過熱處理使鋼鐵變得極易脆斷，可以被拳腳直接打斷。
熱處理工藝做得好，刀具就能夠在硬度和韌性之間能取得較好的平衡，耐用還好打磨。
而要做好熱處理工藝，不但設備狀態要好，要能夠準確地探測和調節溫度，也要求一線操作工人經驗豐富、耐心負責——對每一個批次的原材料，都要仔細測定實際成分，然後通過試驗調整出熱處理方案。
在刀具製造領域應該注意的這些問題，也同樣存在於航空發動機核心部件的製造過程中。
以航空發動機的鈦合金旋轉部件為例：
鈦合金本身導熱性很差，內部的組織形態對於熱處理過程極為敏感。不僅單次熱處理中經常要進行複雜和耗時漫長的保溫、降溫流程，而且往往需要進行多次熱處理——比如葉片和葉盤這樣的鍛件，通常需要兩次退火。
氫脆的機理。
由於氫脆而失效的自鎖螺母。
特別是鈦合金件，在調整尺寸、檢驗並消除表面缺陷的過程中，需要使用氫氟酸等材料進行化學腐蝕，這個過程中鈦合金容易在酸性環境下吸氫，容易發生會導致危險的「氫脆」隱患。
為避免氫脆的發生，製造商需要讓鈦合金件在壓力極低的真空狀態下保持高溫狀態，才能讓氫從金屬件中逸出。而一旦真空退火的過程中，退火環境不能保證應有的真空度和溫度控制，那麼製造出來的航空發動機成品在實際使用中就會變得極為短壽，而且存在較大的猝發性斷裂風險。
結 語
航空製造業之所以能成為人類工業體系的頂點之一，根本原因就在於它對於產品性能的苛刻要求——高性能、高可靠性，這是所有高端工業製造領域的共性。
如果不具備其他工業產品所難以企及的性能和可靠性優勢，那麼從市場角度來說，消費者就不會為航空產品支付更高的價格——這樣的「買單」，是航空產業鏈形成良性循環、不斷實現產業升級的主要基礎。
相對於航空發動機完整產品的所有設計和生產工作量來說，製造原料的一致性控制這一環節，耗費成本僅占整體工作的5%至10%。
但是這5%至10%恰恰是決定航空產品邊際效用價值的關鍵所在——對於基礎材料和工藝的把控，能夠決定最終的航空發動機產品是只能在壟斷保護下生存的「溫室花朵」，還是能獲得更高溢價且供不應求的市場贏家。
排版：藍風
文案：候知健
編審 | 監製：武晨、王蘭
看航空融媒體工作室出品
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