岳母走后,两口子又要忙着上班或是出差,又要照顾两个刚上小学的孩子,整天忙得晕头转向。现在,妻子又下放去干校劳动,曹春晓一个人又当爸又当妈,科研工作还得照样紧张地进行,同时,在那个非常时代,晚上还经常要开会学习,“斗私批修”,“在灵魂深处爆发革命”。一有毛主席的最高指示发布,半夜三更也要起来敲锣打鼓地游行宣传,当时这叫做“宣传贯彻最高指示不过夜”。加上“革命”所消耗的时间和精力,曹春晓更是被弄得焦头烂额。在此期间,曹春晓十分挂念在干校劳动的妻子,那里生活条件苦、卫生条件差,妻子习惯不习惯,会不会生病呢?而张琲联更是牵挂着丈夫和两个孩子:他只知道一心扑在工作上,会注意自己的身体吗?能管好家里吗?能照顾好两个孩子吗?于是,他们在紧张的工作、劳动之余,就用一封封书信来交流、寄托相思眷恋之情。由于信件往来频繁,在“五七”干校被传为佳话。一些校友感叹,曹春晓夫妇确是相亲相爱、情深意长啊!但张琲联从干校回来后,一看到家里乱七八糟,被子床单脏成那样也没拆洗,不免要埋怨几句。曹春晓歉疚地说:“是的,家庭的整洁度、环境的卫生等级肯定是大大下降了,可是你不知道我每天只睡五六个小时呀!能够把两个孩子糊弄好,平平安安地没出什么事就不错了。”
妻子想想也是,一个大男人,又要忙工作又要管家看孩子,确实不容易,心里便从埋怨转为理解、同情了。
“开后门”搞科研
文化大革命的烈火熊熊燃烧,武斗之风漫延全国,学校停课、工厂停工或半停工、机关瘫痪或半瘫痪。大多数人都被卷入到文革风暴之中。北京航空材料研究所虽属军工科研单位,却也不能幸免。曹春晓在文革中始终保持着清醒和冷静,不参与那些所谓的“革命行动”。但科研搞不成了,闲着无事,便感到这样下去是青春和生命的极大浪费。
怎么办呢?想来想去,突然眼前一亮:本单位搞不成了,就到外单位“开后门”搞去。他想起上海交通大学的同班同学江国屏,当时江国屏在机械部机械研究院开展高速锤挤压工艺的研究。如果用这种新工艺来加工涡扇6发动机的钛合金压气机叶片和较大的风扇叶片,既可以简化工序,缩短周期,又可以提高质量、降低成本。江国屏不仅设计和工艺水平高,还可以实际操作高速锤进行试验。如果找到他开个“后门”,与他合作搞钛合金叶片高速挤压的研制工作,也无需惊动该院的其他同志(在此动乱时期是不易办到的),定能又好又快又省地取得成果。于是,曹春晓就找到江国屏说了这一想法,两人一拍即合,各自向本单位领导汇报并取得了同意。曹春晓来回奔跑于环山村和位于白石桥的机械研究院之间,劳累被成绩所消解,他再次领略到“辛而不苦,劳而有乐”的滋味,品尝到了“开后门”搞科研的甜头。采用高速锤,在不同温度下挤压成功的TC4钛合金叶片,后来在沈阳606所分别进行了大量的振动疲劳试验,并选其性能优异者正式用于涡扇6发动机上。可惜的是,该自主研制的发动机后来却中途下马了。
舍小家 顾大家
1970年上半年,妻子出差去上海,曹春晓一人带着两个七八岁刚上小学的孩子。一天,接到军宣队通知,让他即刻出差。南方一个工厂设计制造的发动机,突然发生严重的压气机转子零件破断故障,上级领导点名要他去参加故障分析。曹春晓深知事关重大,二话没说,马上准备,连夜赶往出事地点。可是孩子怎么办呢?情急之下,他请邻居唐金荣同志帮助做饭,请专业组的鞠静敏同志帮助照顾小孩睡觉,刘立治同志负责白天包括星期天的照管。为了工作,困难再大也要克服,舍小家,顾大家,这是曹春晓一贯的原则。分析结果表明故障与钛合金材料无关。10天后,曹春晓完成了任务才回到家,两个孩子一见到他就一左一右抱着他的腰说:“爸爸,我可想你了。”曹春晓高兴地摸着两个孩子的头说:“爸爸也想你们呀!”曹春晓连连感谢邻居和专业组同志们几天来的精心照顾,使两个孩子平安、快乐地生活在温暖的友情之中。
参加运10飞机研制
1970年8月,国家决定自行研制大型干线客机运10,当时称为“708工程”。从1973年开始,正式启动运10用的涡扇8发动机的研制,由上海长征机械厂牵头。根据长征机械厂的委托,由上海钢铁研究所、上海钢铁五厂、北京航空材料研究所、3035厂、长征机械厂等单位组成“钛合金在长寿命航空发动机上的应用研究”课题组,并与上海重型机械厂、马鞍山钢铁厂等单位紧密协作,共同研制该发动机的59种钛合金零件。北京航空材料研究所派出曹春晓和唐龙章等同志参加。1976年,由北京航空材料研究所、420厂、长征机械厂、3035厂、上海钢铁五厂、上海钢研所组成“TC4钛合金挑选使用小组”。1977年由上海钢铁五厂、上海钢研所、北京航空材料研究所和长征机械厂等单位组成了“TC4大锻件质量攻关组”。经过几年的协同作战,紧张攻关,终于研制出了10多台涡扇8发动机,并经受了试车考验。单台试车最长时间达1148小时,还通过了150小时的适航性试车。1982年又装在波音707上,通过了21小时46分、8个起落的试飞考核。
该发动机的第一至第八级低压压气机盘和叶片,第一、第二级隔套,第一号轴承前支承,第二级封严圈等多种零部件都是用TC4合金制成的。单台发动机的TC4合金用量为230千克,占发动机总重的11.7%。每台发动机需用TC4合金坯料1吨多。仅就上海钢铁五厂而言,1974~1979年,生产交付的各种规格的TC4合金盘件和隔套的坯料共41个炉号,500多件,达20多吨;各种规格叶片用的棒材共32个炉号,30多吨。如果再加上其他厂家生产的钛合金料,那就更多了,盘件和隔套的坯料共85个炉号,叶片用棒材共95个炉号。由此可知,涡扇8发动机的研制,使我国航空工业的钛用量和冶金工业的钛产量达到了空前的规模,这是TC4钛合金在涡扇8发动机上应用的第一个特点。
第二个特点是规格大。这是因为大型飞机所用的发动机也较大。例如,第一级风扇盘模锻件的重量高达110千克,其坯料约130千克;第二级隔套坯料重量也高达110千克,像这样大的盘模锻件及隔套坯料,国内还是第一次应用。
第三个特点是使用寿命长,这是民用客机的设计要求所决定的。涡扇8发动机的研制把钛合金的应用推进到“长寿命、大规格、高用量”的新阶段。
曹春晓等对钛已付出了多年的“爱”,为了钛的进一步成长,这些“钛迷”们义不容辞地呵护着,精心地照料着。
有一天,一位工人半开玩笑地对曹春晓说:“嗨!原来你的父母、兄弟和妹妹都在上海。怪不得上海对你这么有吸引力,隔三岔五就往上海跑,一泡就是好多天。”
曹春晓也半开玩笑地回答说:“如果换成你,老婆孩子都在北京,你愿意老往上海跑吗?”
“愿意呀!”这位上海工人拍着胸脯说。
曹春晓索性和他开起玩笑:“别吹了,除非你在上海有情人。”
“噢!我知道了。原来你在上海有情人?是不是?”工人也和他开起了玩笑。
“是啊,我的情人这些日子一直在上海。”曹春晓回答得干脆利索。
这位工人大吃一惊:“真的吗?能告诉我她是谁吗?”
“当然可以。远在天边,近在眼前。她的名字就叫钛合金。”
这位工人不禁捧腹大笑,继而似有所悟地自言自语:“有道理,有道理。”
1980年9月,经过10年的艰苦努力,运10飞机首航成功。之后又顺利通过了从上海到北京、哈尔滨、乌鲁木齐、广州、昆明、成都、拉萨等地的驻场飞行。
可惜的是,运10飞机及其涡扇8发动机也像涡扇6等发动机的命运一样,又下马了。对曹春晓这样的“航迷”们来说,他们以航空报国为已任,把自己的整个青春和生命都融入到了祖国的航空事业中,他们希望自己不辞辛劳的努力,殚精竭虑的思索,呕心沥血的劳作能变成看得见的成效——中国航空工业的崛起,他们盼望自己培育的蓝天骄子能早日畅游长空。然而,许多事情不是凭良好的愿望和努力就能实现的。这对于日夜拼搏、历尽艰辛,希望早一天能坐上我们自己设计和制造的大型客运飞机的航空科研者们来说是多么大的遗憾啊!
获全国科学大会奖
1977年9月18日,中共中央发出通知,决定在1978年春天召开全国科学大会,会议的主旨是批判“左”的指导思想,制定科技发展规划,动员全国人民向科学技术现代化进军。
1978年3月18日,全国科学大会在人民大会堂举行。全国各地共组成了32个代表团,有5586名代表参加。邓小平作了报告,明确提出“科学技术是生产力”,“四个现代化,关键是科学技术的现代化”,“科技知识分子是工人阶级的一部分”。这个振奋人心的报告,极大地鼓舞了全国的知识分子。
春天来了,这不仅仅是大自然的春天,也是科学的春天,我们整个中华民族的春天。经历了“文革”的10年劫难,我们的科学技术,我们的民族又要走上腾飞复兴的道路了!我们经历了那么长久的冬天,“风刀霜剑严相逼”,但是冬天终究不能阻止春天的来临,正如唐代大诗人白居易描写的那样:日出江花红胜火,春来江水绿如蓝。全国的知识分子,全国的广大人民群众,欢欣鼓舞地迎接春天,跃跃欲试地创造更加绚丽的春天。
在拨乱反正,恢复了党对科学技术的重视,对知识分子的信任、支持和鼓励的政治氛围下,曹春晓等人10多年来呕心沥血的结晶——“TC4钛合金在航空发动机上的应用研究”课题,也得到了国家的认可,获得全国科学大会奖。这使曹春晓及课题组全体成员受到很大鼓舞,他们决心再接再厉、乘胜前进,为航空工业的现代化做出更大的贡献。
AHLT工艺的诞生
1965~1975年期间,用于航空发动机压气机盘和风扇盘的以TC4为主的钛合金大型锻件,存在一个长期未解决的“老大难”问题,这就是金相组织的不均匀性。即便是采取反复镦、拔(例如三镦两拔、四镦三拔甚至是五镦四拔)的制坯工艺,获得的饼坯或环坯仍经常出现含有粗大晶粒的很不均匀的宏观金相组织(低倍组织),俗称“大花脸”。其粗大低倍组织相应的高倍组织都属于细小的等轴组织,大家常称其为“伪大晶粒”。具有此种金相组织的钛合金材料,其疲劳强度明显低于宏观金相组织均匀细小者,从而影响材料的使用寿命和可靠性。
曹春晓在国外资料中看到钛合金锻造过程中不允许有空烧现象(即加热后不锻造)后,曾怀疑锻件的粗大晶粒可能与“空烧”有关。这是因为我国当时的锻造设备,在开坯拔长的过程中,不可避免地要出现夹钳端那一段坯料的“空烧”。为了搞清楚这一问题,曹春晓在一次铸锭开坯锻造时,特意检验了锻件两端的金相组织,却意外地发现,在β相区高温“空烧”的那一端的宏观晶粒组织反而比未经“空烧”的另一端均匀、细小得多。他怀疑会不会是把两端的金相试样弄颠倒了?他苦苦地思考着。进餐时他的心思常常神游到科学迷宫中去而不知饭菜是何味道。妻子和他讲话,他也没有反应,等对他大喊一声时,他才“醒”过来说:“你刚才说什么我没听见。”数学家陈景润在苦思如何解开“哥德巴赫猜想”时,走在路上撞到电线杆都不知道,曹春晓这时也进入到了这种痴迷状态。
他又查阅了相关文献,结合以往所学的专业知识,分析这一试验结果,最后得出了“金相试样并未混号,这一重要现象符合科学原理”的初步判断。为了进一步证实他“行而三思”的这一“灵感”,曹春晓把那个宏观金相组织粗大、不均匀的试样重新放入高温炉内“空烧”一次,结果宏观金相组织也变成了小而均匀的晶粒。曹春晓高兴得跳了起来。啊!消除“伪大晶粒”有希望了!至此,曹春晓对这一重要发现以及随之而来的工艺改变和质量提高已深信不疑。喜悦的心情进一步激发了他“行而三思”的积极性。他联想到过去科研实践中发现的另一现象:有些钛合金盘模锻件或锻坯内部的大变形区,呈更加细小均匀的宏观晶粒。再联想到文献中指出的钛合金变形热大和导热性差等特性,曹春晓顿时冒出“二次灵感”:原来盘模锻件或锻坯内部宏观晶粒的细化和均匀化,是由于变形热导致经较低温度(α+β区)大变形的金属迅速升温至β区的结果。这与铸锭开坯锻造的“空烧”有相似之处,但两者之间也存在着差异:铸锭开坯是β区热变形后再在β区“空烧”,而盘模锻件或锻坯内部的大变形区是较低温度(α+β区)热变形后再靠“变形热”升温至β区。