關(guān)于作者
中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
空心渦輪葉片攻關(guān)記
材料新視野
2014年11月06日|
師昌緒 金屬學(xué)及材料科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士。1920年11月出生于河北徐水。1945年獲西北工學(xué)院學(xué)士學(xué)位。1948年留學(xué)美國(guó)，先后在密蘇里礦冶學(xué)院和歐特丹大學(xué)獲碩士學(xué)位和博士學(xué)位。先后擔(dān)任中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員、名譽(yù)所長(zhǎng)，中國(guó)科學(xué)院技術(shù)科學(xué)部主任、中國(guó)工程院副院長(zhǎng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)特邀顧問(wèn)。中國(guó)高溫合金開(kāi)拓者之一。在他領(lǐng)導(dǎo)下，發(fā)展了中國(guó)第一個(gè)鐵基高溫合金，研制出中國(guó)第一代空心氣冷鑄造鎳基高溫合金渦輪葉片，所研制的鐵錳鋁系奧氏體鋼，適用于耐熱、無(wú)磁與低溫材料，具有開(kāi)創(chuàng)性。多次參加或主持制定中國(guó)有關(guān)冶金材料、材料科學(xué)、新材料科技發(fā)展規(guī)劃；主持國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及國(guó)家工程中心的立項(xiàng)及評(píng)估工作。
1964年初，我國(guó)自行設(shè)計(jì)新殲擊機(jī)的方案進(jìn)入最終決策階段，而新殲擊機(jī)的動(dòng)力問(wèn)題是決策的重大關(guān)鍵。一年后，我國(guó)第一代鑄造空心渦輪葉片研制成功。空心渦輪葉片從研制成功到工業(yè)生產(chǎn)的全過(guò)程，始終體現(xiàn)了一種不屈不撓的科學(xué)精神。
航空研究院榮總鑒于金屬所在50年代末已研制成功渦輪葉片鑄造合金(916)，1962年又研制成功國(guó)際上久經(jīng)考驗(yàn)的渦輪葉片鑄造鎳基高溫合金M17(相當(dāng)于IN100)，并鑄成增壓器用于飛往西藏的飛機(jī)，提出了由金屬所承擔(dān)研制空心渦輪葉片。我當(dāng)即答應(yīng)：“既然已有答案，我們也一定能做出來(lái)?！苯?jīng)幾次協(xié)調(diào)后，組成了以金屬所、606所、410廠為主的三結(jié)合攻關(guān)小組，金屬所動(dòng)員了上百名科技人員，成立了我為組長(zhǎng)、胡壯麒為副組長(zhǎng)、陸炳昌為政委的攻關(guān)小組。設(shè)計(jì)所(606所)及410廠的技術(shù)人員在金屬所共同攻關(guān)。這種組織形式有很大的優(yōu)越性：設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要隨時(shí)修改設(shè)計(jì)方案以適應(yīng)制造工藝的簡(jiǎn)化；廠里的同志在模具設(shè)計(jì)及制造上做出了創(chuàng)造性的貢獻(xiàn)，沒(méi)有他們的參與，空心葉片是不可能完成的。
空心葉片的特點(diǎn)是葉身長(zhǎng)，而且從葉根旁邊進(jìn)氣，這樣給空心葉片的制造帶來(lái)很大困難。首先是選用什么材料做型芯，芯子的直徑從0.8-1.2毫米，長(zhǎng)數(shù)十毫米，下邊還有一個(gè)拐角。其難度在于如何定位，在脫蠟以后又如何確保型芯不變位，在操作及澆鑄過(guò)程中型芯如何才能不彎不斷。為此，我們查閱了很多文獻(xiàn)，均不得要領(lǐng)，因?yàn)檫@是高度保密的技術(shù)。于是試了好幾個(gè)方案：如鉬絲、磷酸鹽、石英管，還請(qǐng)上海冶金所研制成功硫化鈰型芯，但是不是因型芯彎曲而露芯，就是因太脆而折斷，還有的是無(wú)法脫芯。最后還是從一本雜志上看到一個(gè)出售不同規(guī)格的細(xì)石英管的廣告得到啟發(fā)。我們認(rèn)定這是制作空心葉片型芯的石英管，于是下定決心，集中精力在石英管上狠下功夫。此時(shí)正好金屬所為開(kāi)展定氫定氧裝置的制造培養(yǎng)出一名技藝高超的玻璃工任師傅，這位任師傅能做出所需要的任何規(guī)格和形狀的石英管。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，并有設(shè)計(jì)及模具的配合，不到一個(gè)月就攻下了型芯這一難關(guān)。下一步就是用氟氫酸脫芯和超聲波測(cè)壁厚及型芯位置的探索。用了不到一年的時(shí)間，終于用金屬所研制的M17合金在金屬所簡(jiǎn)陋的鑄造實(shí)驗(yàn)室里誕生了我國(guó)第一片9孔鑄造空芯渦輪葉片。葉片經(jīng)過(guò)606所的吹風(fēng)試驗(yàn)，葉片表面完全達(dá)到降低100 的要求，并于1966年11月在410廠生產(chǎn)出一臺(tái)份鑄造空心葉片，12月裝機(jī)試車成功。這樣，使中國(guó)的渦輪葉片一步上了兩個(gè)臺(tái)階，一個(gè)是鍛造合金改為真空鑄造合金，二是由實(shí)心葉片變?yōu)榭招娜~片。這是繼美國(guó)之后，第二個(gè)采用鑄造空心葉片的國(guó)家，比美國(guó)(1961年)只晚了5年。記得1963年吳峰橋、周惠久、孫國(guó)英與我到英國(guó)ROLLS-ROYCE發(fā)動(dòng)機(jī)公司參觀時(shí)，公司負(fù)責(zé)人說(shuō)他們的鍛造合金如何可靠，鑄造合金如何不可靠，而今在這方面我們走在他們的前面。難怪80年代初，ROLLS-ROYCE公司總設(shè)計(jì)師胡克教授在410廠看到我國(guó)自行創(chuàng)新研制的鑄造空心渦輪葉片時(shí)，不無(wú)感慨地說(shuō)：“單憑看到這一實(shí)際成就，就沒(méi)有白來(lái)中國(guó)一趟?！?見(jiàn)《中國(guó)航空四十年》，156頁(yè)榮科所寫(xiě)的“空心渦輪葉片攻關(guān)記”一文)因?yàn)樗麄冇昧?年時(shí)間才研制成功，而我們只用了一年，這不能不歸功于科研、設(shè)計(jì)與生產(chǎn)三結(jié)合的科研體制，另一方面也顯示各級(jí)人員的愛(ài)國(guó)主義精神和工作能力。
完成實(shí)驗(yàn)室試制和試生產(chǎn)之后，在正式投產(chǎn)過(guò)程中還有不少問(wèn)題需要解決，如收得率的提高，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的不斷調(diào)整等等。我有一個(gè)理念，就是所研制的新材料必須得到實(shí)際應(yīng)用，否則便是最大的浪費(fèi)。在這一理念下，我堅(jiān)持把我所領(lǐng)導(dǎo)的研究集體取得的研究成果千方百計(jì)地進(jìn)行推廣，在國(guó)防或國(guó)民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮作用?？招臏u輪葉片在生產(chǎn)過(guò)程中每出現(xiàn)一個(gè)比較大的問(wèn)題時(shí)，就有人發(fā)生動(dòng)搖，想回到鍛造合金上去。為此，我們題目組的科技人員經(jīng)常下廠，一方面努力設(shè)法解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，另一方面還要做說(shuō)服工作，使我們已前進(jìn)了的一步不再后退。到了70年代中，航空工業(yè)部要把空心葉片的生產(chǎn)轉(zhuǎn)到貴州，按慣例，這是部?jī)?nèi)廠際間的轉(zhuǎn)產(chǎn)，410廠既然已達(dá)到批量生產(chǎn)的程度，而且已生產(chǎn)了幾年，理應(yīng)由他們到貴州協(xié)助生產(chǎn)，可是航空部卻要求金屬所派一個(gè)小分隊(duì)，并指定由我?guī)ш?duì)，會(huì)同410廠的胡四新高工一起到貴州。當(dāng)時(shí)貴州是生活最艱苦的省份之一，住的是簡(jiǎn)易招待所，吃的是發(fā)了霉的大米加白薯干，就這樣我們與廠里的科技人員和工人幾個(gè)月的朝夕相處，共同攻關(guān)。從原料準(zhǔn)備、合金冶煉、模殼制造、澆鑄制度、一直到檢測(cè)方法與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的制訂，這個(gè)小分隊(duì)都負(fù)責(zé)到底，最后使空心葉片的成品率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了他們正在生產(chǎn)的實(shí)心葉片的水平，我們才離開(kāi)了貴州。
點(diǎn)評(píng)：
面對(duì)時(shí)限緊迫的空心渦輪葉片研制任務(wù)，由研究、設(shè)計(jì)和制造單位抽調(diào)得力人員組成聯(lián)合攻關(guān)小組，同心同德，通力合作，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，終于在一年內(nèi)攻克了難關(guān)。師昌緒先生急國(guó)家之所急，勇挑重?fù)?dān)，圓滿完成了任務(wù)?？招臏u輪葉片轉(zhuǎn)產(chǎn)貴州，他以善始善終的精神負(fù)責(zé)到底。這個(gè)案例告訴我們，遇到問(wèn)題總有人想回到老路上去，突破舊的傳統(tǒng)絕非易事；說(shuō)明技藝高超的技工，在研制中的作用是他人無(wú)法替代的，必須重視培養(yǎng)高級(jí)技工。 |