书城传记特殊材料铸人生
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第21章 归来哟,与祖国共奋进(5)

1959年,沈阳航空发动机修理厂按照冶金部有关单位提供的苏联图样,制造了6台25千克真空自耗电极电弧炉。北京航空材料研究所钛合金研究室(18室)争取到了其中的两台,并通过了对坩埚设计的改进,坩埚直径由100毫米提高到145毫米。

有了25千克真空自耗电极电弧炉,熔炼组组长傅作义就组织大家全身心投入到钛合金铸锭的熔炼中,以便能快速掌握钛合金铸锭的自耗熔炼方法。

钛合金实验室在苏联专家卢日尼科夫的指导下,开展了仿制苏联钛合金的试验工作。

试验工作刚刚开始的一天,在25千克真空自耗电极电弧炉上操作的是一位20岁出头的年轻人,名字叫刘振瀛。

刘振瀛刚刚关掉电源,就急于想看到铸锭熔炼的结果。可是,通过电弧炉边的有机玻璃观察口往里看,却黑乎乎的什么也看不到。

刘振瀛耐着性子等了一小会儿,觉得炉子冷却得差不多了,索性就直接动手打开炉门,可不知为什么,却一时打不开。

刘振瀛有点着急,就用一个改锥直接撬开了观察口的有机玻璃。当他弯下腰,把脸凑过去,打算往里看时,一个意想不到的情况发生了,电弧熔炼炉的真空负压把他的整个脸吸在了观察口上。由于吸力太大太猛,他的鼻梁和眼帘骨都被打伤了,鲜血直流。

苏联专家卢日尼科夫当时也在场,却被这意外吓懵了,呆呆地站在那里,摊着双手不知所措。

傅作义也很紧张,一边用手捂着小刘脸上的伤口,一边对身边的一位同事喊道:

“快,快去叫颜先生!”

颜鸣皋闻讯跑了过来。他一边组织人员护送受伤人员到卫生所包扎治疗,一边与傅作义等现场人员一起马上查明事故真相,以防止类似事件再次发生。

问题的症结在哪里?为什么有这么大的真空负压?

颜鸣皋百思不得其解。他对傅作义说:

“把设计图样找来,看能不能发现问题?”

图样摊开了,人们的目光集中在上面。

他们终于发现:原来,沈阳航空发动机修理厂在照搬苏联图样设计加工25千克真空自耗电极电弧炉时,一时疏忽,没有加工熔炼炉的放气孔。如果在平时,熔炼完成经彻底冷却后,真空度不会太高,操作人员可以在有机玻璃观察口随便观看。但是,还没完全冷却的电弧炉观察口,真空度就相对较高,负压也较大。操作人员要是不小心,急着观看,就会发生类似的伤人事故。

原因找到后,颜鸣皋马上组织人员对熔炼炉进行了改进,安装了一个小小的放气阀门装置。这样,熔炼炉冷却到接近室温后,打开阀门,放入空气,电弧炉观察口可以很容易安全打开了。从而确保了熔炼炉的安全,也打消了操作人员的顾虑。

就这样,颜鸣皋带领钛合金实验室的科研技术人员,在当时极其艰苦而简陋的实验室环境条件下,凭着坚定的信念,付出常人难以想象的艰辛,用百倍的顽强和执著,终于掌握了钛合金真空自耗熔炼方法。

从此,北京航空材料研究所的钛合金研究室也一跃成为全国研究钛合金的排头兵,走在了全国的前列!它标志着中国可以自己采用真空自耗电极熔炼出可以开展小棒材和发动机叶片等研制的钛合金材料了,为我国航空钛合金材料的研制和应用奠定了坚实的基础。

他们采用25千克自耗电极真空电弧炉,钛合金研究室的科研人员开展了纯钛、TC6(BT3-1)、Ti6Al4V、TiNb(超导材料)、TiFe(储氢材料)等一系列钛合金材料的试制加工工作,同时也培养出了全国第一批掌握从中间合金制备、合金元素布放、自耗电极压制,到工艺参数选择、熔炼过程控制等实际操作熟练的钛合金研制技术队伍。

颜鸣皋深知:要想出成果,关键在人才,有队伍。他在培养人才的同时还四处招兵买马,并为此费了不少心思。

有一天,颜鸣皋遇到当时的北京航空材料研究所第一所长黄若暾,没有寒暄就直接切入主题,请求道:

“黄所长,我现在什么都不缺,就缺钛合金专业的专门人才。你手头有没有,给我调几个来?”

“哈哈!颜先生你口气真不小。现在到处都在要人才。别说调几个,我现在一个也没有。”

“黄所长,你再仔细想想。”

看到颜鸣皋求才若渴的样子,黄若暾所长不得不把有关这方面的人才信息认真地在头脑中过滤了一番。他突然想起一个人来,就脱口说道:

“唉,有一个叫周彦邦的,是苏联留学生。他倒是这方面的最佳人选。你们和他联系一下,看能不能调到咱们所来?”

颜鸣皋闻听非常高兴,连声说:

“谢谢黄所长!你帮了我们的大忙了。”

没等黄若暾所长再说什么,颜鸣皋就急着离开了,边走还边琢磨:

“如何与周彦邦取得联系呢?”

颜鸣皋想到了本室的棒材合金组组长王金友。

王金友是位留苏的大学生,毕业后来到北京航空材料研究所工作,被分配到钛合金研究室任棒材合金组组长。后来,他成长为钛合金专家,并从1964年到1985年的20余年期间,一直担任钛合金研究室主任。

颜鸣皋回到研究室,立即把王金友找来,张口就问:

“金友,你认识周彦邦吗?”

王金友冷不丁被问愣了,就说:

“认识。颜先生,你问他干什么?”

“这下就好了。你马上和他联系,问他愿不愿意调到咱们所工作。”

王金友一听是这事,也非常兴奋,连声答应:

“好,好。我这就去写信。”

从此,王金友就担当起了介绍周彦邦来所工作的联络人。

经过几番联系,颜鸣皋如愿把周彦邦调到了麾下。

周彦邦调来后,在他的努力下,钛合金研究室发展了铸造钛合金专业,并在25千克自耗熔炼电弧炉的基础上,进行了在当时中国的首次钛合金底柱式铸造工艺试验,成功熔铸出了“梅花”试样,从而具备开展铸造钛合金的组织和性能测试分析,为下一步开展铸造钛合金研究和航空铸件试制奠定了一定的基础。

颜鸣皋领导的这支队伍,在不断学习中一天天成长,在不断的实践中逐渐成熟,并开始在我国真空自耗电极电弧炉的设计和制造方面崭露头角。

1960—1961年,研究所就派出了王金友、薛志庠、傅作义等同志参加了由国家科委组织,在湖南湘潭机车车辆厂制造的全国第一台500千克工业化规模的真空自耗电极电弧炉的设计和验收工作。

有了钛合金研究室这一研发基地,颜鸣皋为我国航空钛合金材料领域培养了大量的专门人才的同时,也取得了一个又一个的科研硕果。

在此期间,他们先期开展了苏联钛合金的仿制工作,包括工业纯钛BT1和钛合金BT3-1、BT4、BT5-1等,很快就掌握了含有难熔元素钼、铬的BT3-1钛合金的熔炼工艺,熔炼出了成分符合技术标准要求的铸锭,锻造出了国内第一批组织和性能合格的BT3-1棒材,在沈阳航空发动机修理厂试制出了814发动机用国内第一批钛合金叶片。该项目由王金友负责,主要参加人有张体信、王小娥、王定华、齐树芝等,该研究成果于1960年初获得了所级和部级奖励,并颁发了奖状。

20世纪50年代末、60年代初,正值我国三年自然灾害最严重的时期,连毛主席都自减口粮,带头不吃肉。国家虽然对科研人员有所照顾,但有时也要饿肚子。

颜鸣皋和他所率领的团队并没有被困难所吓倒,咬牙坚持,科研的热情不减,攻关的干劲不减。他们乘胜前进,在进一步突破和完善真空密封、起弧控制、冷却系统等关键技术后,熔炼出了我国第一个含有易挥发元素锰的BT4(当时称为T4)、重量达到40千克的钛合金铸锭。

在颜鸣皋的指导下,科研人员带着这块钛合金铸锭,来到了鞍山钢铁公司,利用第二薄板厂的平整机,轧出我国第一块1毫米×800毫米×1200毫米较大规格的钛合金板材。

随后,他们又来到沈阳飞机制造厂,将其冲压成我国自行研制的“东风113”新飞机的减速板整流罩零件。该项课题的负责人是薛志庠,主要参加人有张逸群、谢瀛珠、刘振秋、吴冰等。当时钛合金研究室(18室)几乎全体科技人员都参加了上述合金的熔炼、锻造和组织性能分析工作。

这个零件设计有一个深度较大的鼓包,把它冲压成形可真不容易,工人们想了不少办法,费了不少劲儿。

颜鸣皋望着自己研制的材料就要使用到我国自行设计研制的新型飞机上,高兴万分。

可是,好景不长,刚刚过去了大约半个月。当课题负责人薛志庠等人又一次来到车间查看时,发现放在零件架上的制件沿着鼓包边缘自行崩裂,正呲牙咧嘴地看着他们。于是,薛志庠带着满腹疑问马上向颜鸣皋汇报了这一情况。

颜鸣皋一听,似乎被当头浇了一盆冷水,愣在那里。

怎么回事儿?怎么回事儿?

颜鸣皋拧眉凝思,是材料本身的问题?不会。是工人在冲压中的问题?也不是。他马上组织研究室技术骨干王金友、课题负责人薛志庠等年轻人,寻找零件开裂的原因。

分析来分析去,他们认为问题可能是由于鼓包较深,边缘的圆角半径又小,冲压引起的残余应力很大,又没有及时退火消除,板材内含量偏高的氢气逐渐扩散到内应力大的部位而形成合金延滞性的氢脆现象造成的。

科学是容不得“可能”这个疑问词的。颜鸣皋对这帮年轻人说:

“我们必须马上拿出方案,重新进行试验。”

这时,棒材合金组组长王金友自告奋勇地表态:

“颜先生,这个方案我来拿。”

“好。”颜鸣皋点了点头。他十分欣赏王金友勇挑重担的勇气,并相信他能够解决这个问题。

王金友可谓是临危受命。他与薛志庠、傅作义等同志讨论,迅速制定出了解决问题的初步试验方案,并做了具体分工:王金友负责寻找应力集中与开裂的关系;薛志庠、傅作义两组人马分别负责真空熔炼控制和查阅相关资料文献。

王金友带领大家设计了一个模拟氢脆至裂的三点弯曲试验装置,通过加载达到不同应力集中程度来研究对试片开裂的影响关系。

初步试验发现:开裂与应力集中程度并没有直接关系,有时应力集中较大的T4钛合金板材试片先开裂,有时应力集中小的试片先开裂。

这令大家一筹莫展,问题出在哪里呢?

他们继续探寻:按试验方案,下一步开展了固定加载应力,测试不同试片的开裂与加载时间的关系,结果发现,固定应力条件下,有的试片先开裂,有的后开裂,这难道与试片吸气或污染有关吗?经化学成分测试分析证实了这一想法。

此时,资料查阅组也理出了头绪。有资料报道,在美国也发现钛合金对吸氢较为敏感,会导致氢脆问题。这一报道也进一步印证了试验结果。

颜鸣皋对试验结果深感满意,并组织全室开展了如何减少钛合金吸氢和氢脆开裂的机理与方法研究。他们一致认为要减少钛合金材料本身的氢含量。

为此,薛志庠负责的人马迅速开展了钛合金真空自耗熔炼时真空度对吸氢的影响关系研究。通过试验发现:原先设计的通过扩散泵获得高真空在自耗熔炼时因熔池反应导致真空度下降而失去了作用,结果导致钛合金熔炼的吸气或氢含量偏高。必须把扩散泵改为增压泵,从而避免在熔炼时出现真空度下降到10-3帕量级扩散泵无法起作用的问题。找到了问题的症结,他们马上进一步熔炼,得到的钛合金氢等气体杂质含量大大降低。这次试验成功,为后续钛合金研究,特别是钛合金氢脆问题的避免和安全可靠使用,奠定了基础。

颜鸣皋是一个不满足现状的人,在钛合金氢脆问题得到较圆满解决的情况下,仍继续鼓励和激励研究室人员深入探索氢脆现象的机理,在钛合金熔炼的各个环节上加强质量控制,积累更多数据,为下一步编制钛合金熔炼工艺和加工工艺规范提供翔实的依据。

他们没有停步,他们继续探索。

在颜鸣皋的带领和指导下,又一项成果诞生了:海绵钛是钛合金熔炼的原料,海绵钛的多孔状态增加了表面积,在储存或运输以及使用过程中极易吸收大气中的水蒸气,吸收了水蒸气的海绵钛,在真空自耗熔炼过程中,氢含量自然会超标。有了这一试验成果,大家在早期就开始重视海绵钛在熔炼前必须经过烘干这一工序,目的就是减少产生氢脆的概率。

另外,他们在钛合金板材加工环节中还发现,碱酸洗是必须经过的又一工序,在碱酸洗过程中,如何控制化学反应或采用吹砂代替碱洗,是控制吸氢的重要工艺措施。

这些研究成果,为制订钛合金熔炼和半成品加工工艺规范提供了重要的依据。

依据这些研究成果,他们采取针对性措施,改进了薄板轧制工艺。

问题迎刃而解,经过再次试验,获得成功。

很可惜,由于“东风113”新飞机是“大跃进”的产物,很快下马了。他们为此付出的努力,被暂时搁置在了一边。

颜鸣皋在担任钛合金研究室(18室)室主任期间还指导开展了高熔点合金研究工作,建立了630吨测压机、氢气保护熔炼炉,以及ДВП-1000自耗炉等,主要开展钼合金的研制,少量开展了铌合金的研制。中国第一个3千克自耗熔炼高熔点合金钼铸锭就诞生在这里。

中国航空钛合金研究应用的奠基者

心血不会白费,努力终究有用。

20世纪60年代初,我国的航空工业正处于由修理走向制造和自行设计研制的新阶段。

中国人要有自己的飞机,这是中央和部队共同的心声。

可是,苏联“老大哥”已经翻脸,撤走专家,撕毁合同。刚刚起步的中国航空工业似乎要夭折在摇篮中。