(7)采用了真空近β热处理技术。原来叶片采用的是真空β热处理技术,由于在真空炉内很难做到一炉批的所有叶片都具有合乎要求的冷却速度,因而出现了高周疲劳强度太低的技术难题。后来改用了近β热处理工艺,获得了具有优良综合性能的双态显微组织。在保持足够的高温持久性能的前提下,改善了拉伸性能,显著提高了高周疲劳强度。对于转子叶片来说,高周疲劳性能是非常关键的一项性能。
(8)加强了以超声波检验为重点的质控技术。由于Ti-55是一种自主创新的国内外第一个含钕的高温合金,因此,在整个研制和应用研究过程中,曹春晓特别重视以超声波检验为重点的质控技术。他始终关注钛合金中添加钕后会出现哪些特殊问题,例如是否会出现与钕相关的冶金缺陷以及钕化物颗粒的具体特征和状态会带来些什么新问题等。以盘和鼓筒为例,在饼(环)坯→模锻件→零件等阶段,都进行了100%的超声波检验。零件阶段还进行了100%的X光检验、表面腐蚀检验和萤光检验,并对盘的关键部位测定了表面残余应力。此外,在饼(环)坯和盘模锻件解剖件的金相组织检验中,特别关注了钕化物颗粒的状态和特征。上述严格的质控技术,保证了Ti-55合金盘件、鼓筒和叶片的质量和使用可靠性。
为了进一步保证安全性,在装机试车前,还认真地进行了多方面的试验研究。首先,针对这一含富钕稀土相的高温钛合金,开展了强化机制、疲劳断裂特性、稀土相在拉伸形变和疲劳试验过程中的行为等方面的基础研究工作,为Ti-55合金的使用可靠性提供了理论依据;其次,较全面地测定了盘件的低周疲劳、高周疲劳、断裂韧性、裂纹扩展速率、蠕变等与设计使用和安全性密切相关的应用性能;第三,按照昆仑发动机型号规范的要求,成功地通过了第六级盘和第五/六级鼓筒的超转、破裂和低循环疲劳等3项重要的考核试验;第四,第五级和第六级转子叶片分别通过了振动疲劳的考核试验,疲劳强度(大于107周)分别达到500MPa和527MPa的高水平。
通过以上多方位多层次的“组合拳”,一个个难题被破解,一道道难关被突破,课题任务圆满完成。1995年6月,通过了装机评审。1995~1996年期间,装在昆仑发动机上的第六级压气机盘,第五/六级鼓筒,第五和第六级转子叶片均成功地经受了长期试车的考验。
课题双双获奖
1996年1月22日,在中国科学院军工办及中国有色金属总公司军工办的主持下,组成了以师昌绪院士为主任的鉴定委员会,对“Ti-55高温钛合金研制”课题进行鉴定并获得通过。鉴定意见指出:“自行设计和研制的Ti-55高温钛合金,以电子浓度为热稳定性判据的合金设计理论及加稀土钕的合金体系的建立具有独创性,属国际领先水平。合金性能指标和实测性能等均优于国外IMI829合金。”
1996年12月17日,在中国航空工业总公司科技局主持下,组成以师昌绪院士为主任的鉴定委员会,对“550℃高温钛合金(Ti-55)应用研究”进行了鉴定并获得通过。鉴定意见指出:“研制成功的Ti-55合金盘、叶片和鼓筒的实测性能优于国外同类合金IMI829,在率先应用含钕新型钛合金以及急冷式β模锻、三重式α+β热处理关键技术方面具有创新性,与国外同类合金IMI829相比,属国际领先水平。”
由于该课题的重要意义、创新性和技术水平,“550℃高温钛合金(Ti-55)应用研究”和“Ti-55高温钛合金研制”于1997年分别获中国航空工业总公司科技进步一等奖和中国科学院科技进步一等奖,曹春晓分别为第一完成人和第五完成人。鉴于在Ti-55课题中做出的突出贡献,1997年,曹春晓受到了中国航空工业总公司的嘉奖,荣立二等功。1998年,由两部分成果合成的“Ti-55高温钛合金研制及应用研究”课题获得国家科技进步二等奖。中国科学院金属研究所的李东为第一完成人,曹春晓为第二完成人。
当李东获知已评上国家科技进步二等奖时,马上打电话把这一喜讯告知曹春晓。平时说话总是那么斯文、冷静而富于理性的李东,这次却在电话那端充满激动和感情色彩地说:“课题获奖,是我们多年来精诚合作、奋力拼搏的结晶!老曹啊,这些年来与你相处得很愉快。无论是做学问还是做人,你都是我学习的榜样。我真为拥有像你这样的知心朋友而感到荣幸!与北京航空材料研究所合作,这步棋是走对了。如果没有北京航空材料研究所的真诚相助,这个课题就不可能进行的这么顺利,就不可完成的这么好。非常感谢你和北京航空材料研究所的同志啊!”
通话之后,曹春晓的心久久不能平静。曹春晓一开始就深感李东研究员对合作的诚意,在其后整个合作过程中,不断加深彼此的相互了解,很快成了工作中并肩作战的好战友,生活中互相关心的好朋友。中国科学院金属研究所钛合金研究室副主任刘羽寅也是Ti-55合金课题的主要成员,她对单位之间的密切协作和课题工作的顺利开展也起到了很大的作用。他想到前不久中国航空工业总公司科技局的同志表扬该大型联合课题组是大协作的典范。在他看来,“典范”有些过奖,但不同城市、不同单位的课题组成员之间的关系甚为融洽,大家合作得很愉快这倒是事实,这也是他几十年来在所有课题中一直追求的。他觉得Ti-55课题组团结协作好的原因,首先应归功于合金研制牵头单位中国科学院金属研究所与应用研究牵头单位北京航空材料研究所之间的融洽关系。而中国科学院金属研究所的李东、刘羽寅等和北京航空材料研究所的曹春晓、马济民、高扬等,在彼此合作中的融洽关系更是起到了关键作用。当然,曹春晓也不会忘记始终主管该项目的航空部科技局的王俊杰同志,他在组织和协调该项目的科研活动中做出了重要贡献。
“真人”相助
1996年9月,曹春晓在庐山曾碰到一个算命的把他叫住说:“你这位先生气色很好,又有真人相助,最近会有喜事临门。要不要坐下来谈一谈呀?”曹春晓从来不信算命这一套,没有理会便走开了。不过,算命先生所说的“有真人相助”倒是引起了他的兴趣。他想,550℃高温钛合金课题之所以能圆满完成,不正是因为有着上上下下众多的“真人”相助吗?比如:航空部科技局的曾凡昌、王俊杰等,中国科学院金属研究所的李东、刘羽寅等,宝鸡有色金属加工厂的魏寿庸、贾栓孝等,606所的李晋年、张庆春等,安大厂的郭灵、钟天纺等, 430厂的黎纪瑞、夏中卿等。当然,还有本所的马济民、高扬、唐志今、郝树本、孙福生、韩波、杜娟、李兴明、尤德宣、郝孟一、史战旺、史亦韦等。是啊,没有这些能人好友同心同德、同甘共苦、奋勇拼搏,又怎能取得这一成果呢?他们不就是“真人”吗?然而,曹春晓对“真人”的确切含意还不十分清楚,于是,便产生了查一下“真人”的出处和含意的念头。原来,在《庄子·天下》中有一出处:关尹老聃乎,古之博大真人哉;《太平经》则把“真人”定位为“大神之下,神仙之上”;《楚辞·九思·哀岁》又用“随真人兮翱翔”这一妙句描述了真人助你翱翔的神力。曹春晓看了古人对“真人”的种种诠释后,浮想联翩,回忆起过去几十年的风风雨雨。先后3次组成的跨部内外的大型联合课题组,都是极具战斗力的非常可爱的团队。各路俊杰,各显其能。不少能人成了曹春晓的好友。曹春晓认为,如果说他有双隐形的翅膀——“耕耘钛业,献身航空,报效祖国”的理想和一系列自撰的人生格言——在带他展翅翱翔的话,那么,离开了这些能人好友的神力相助,他是无法翱翔得这么远、这么高的。感慨之余,他把“真人”的含义重新定位为“能人好友乎,今之博大真人哉”!