靜水流深 大師風(fēng)范——記中國工程院院士傅恒志教授
2011年03月04日 14:4 10486次瀏覽 來源: 中國有色金屬報 中國有色網(wǎng) 分類: 重點新聞 作者: 曹祥漢
大膽創(chuàng)新 想前人之未想
高溫合金,一直是全球關(guān)注的領(lǐng)域,也是航空航天的寵兒。若是把“高溫合金”當做引子,那么在其構(gòu)筑的當代航空材料的舞臺上,傅恒志正是以此演繹了他精彩的學(xué)術(shù)人生。
建國初期,相對國際先進水平而言,中國鑄造業(yè)的水平非常落后。為了迅速提高我國鑄造業(yè)的水平,1958年,傅恒志作為當時全國鑄造學(xué)科惟一考取的留蘇研究生,赴蘇聯(lián)列寧格勒工學(xué)院,師從蘇聯(lián)鑄造界最有聲望的權(quán)威聶亨齊教授,進行耐熱合金的研究工作。
那時,用于航空航天尖端技術(shù)領(lǐng)域的鎳基高溫合金,性能優(yōu)良。但在世界上,此種合金都以高含量的鋁、鈦作為主要強化元素,必須在真空下熔鑄,否則極易氧化。而在20世紀60年代初,國內(nèi)這樣的真空冶煉設(shè)備幾乎沒有。針對這一實際情況,傅恒志想:能不能搞出一種既不含鋁、鈦,又不需真空熔煉,而其性能又與含鋁、鈦的鎳基高溫合金相當?shù)母邷睾辖鹉??如果有了這種高溫合金,不就解決了國內(nèi)對這一高溫材料的急迫需求嗎?這可是一個破天荒的大膽設(shè)想!
傅恒志小心翼翼地把這一設(shè)想告訴了自己的導(dǎo)師聶亨齊,沒想到不但得到了導(dǎo)師的首肯,而且還得到了導(dǎo)師的大加贊賞:“敢想前人之未想,敢做前人之未做,具有創(chuàng)新思維。好!”
所謂高溫合金,是指工作溫度能適應(yīng)700℃以上的一些合金,其中就包括鎳基高溫合金。今天人們知道,鎳基高溫合金是加入鋁、鈦、鉻、鎢、鉬、鉭、鈮、釩、鋯、硼等元素及適量的稀土元素,制成適應(yīng)于在700~900℃范圍工作的一種高溫合金??墒窃诋敃r世界上,鎳基高溫合金通常是利用鈦、鋁在鎳基奧氏體中形成細小而呈彌散狀的金屬間化合物作強化基體。
不用鋁、鈦這一鎳基合金中最重要的合金元素來強化未知的高溫合金的基體,那么用什么元素來強化它的基體呢?傅恒志為此進行了艱難的探索,先后設(shè)計了60余種合金方案,每一種方案的性能測試都要在800℃的高溫下持續(xù)做6000小時的實驗。經(jīng)過兩年多時間的不懈努力和反復(fù)篩選,在對鎳鉻鉬鎢鈮合金系列進行系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上,終于研制出了“無鋁、鈦的鎳鉻基”這一新型高溫合金系列。
該類合金雖然不含鋁、鈦,不需真空熔煉,但卻達到了當時世界上含鋁、鈦的鎳基高溫合金的優(yōu)良性能,即不但具有較好的力學(xué)性能,而且具有優(yōu)異的鑄造性能。這在當時被認為是填補了國際高溫合金研究領(lǐng)域的一項空白,當之無愧地居于國際領(lǐng)先水平,受到了國內(nèi)外專家的高度贊譽。也正因為如此,他的這項研究成果獲得了蘇聯(lián)科學(xué)技術(shù)發(fā)明專利。1962年,他從列寧格勒工學(xué)院物理冶金系研究生畢業(yè)時,又因此而獲得蘇聯(lián)科學(xué)技術(shù)副博士學(xué)位。
對此,傅恒志院士置之一笑:“不含鈦、鋁的鎳基高溫合金的研究,其實在當時,是因為真空熔煉爐的缺乏而采取的一個無奈之舉,其實,含鈦、鋁的合金性能更好。”多么美妙的“無奈之舉”啊,不但成就了傅恒志,也開創(chuàng)了中國高溫合金的新紀元。
勇攀高溫合金新高峰
坐在82歲高齡的傅老面前,我們傾聽著他的述說。“成長是向更高層次的飛躍,從原點出發(fā),到終點結(jié)束,再把終點做起點,向更高的終點奮進。”
在不含鋁、鈦的高溫合金的研究上所取得的成功,對傅恒志院士是一個極大的鼓舞。1962年從蘇聯(lián)學(xué)成歸國后,他繼續(xù)致力于高溫合金的成份、組織、鑄造性能與力學(xué)性能關(guān)系的研究。高溫合金是廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船等工業(yè)中的耐高溫材料,在航空發(fā)動機上主要用于制作熱端部件??梢哉f,高溫合金完全是受航空渦輪發(fā)動機發(fā)展的催動,是為適應(yīng)航空渦輪發(fā)動機的設(shè)計研制而出現(xiàn)的。
根據(jù)高溫合金的性能要求,結(jié)合航空事業(yè)的不斷發(fā)展,傅恒志教授始終站在冶金材料科學(xué)研究的最前沿。他針對新型發(fā)動機發(fā)展的需要,開展了對渦輪葉片定向凝固和單晶技術(shù)的研究,在國內(nèi)首創(chuàng)了以控制液固界面位置為基準的定向凝固穩(wěn)態(tài)及非穩(wěn)態(tài)過程的計算機模擬和晶向三維控制技術(shù),顯著改善了定向和單晶葉片的組織及性能,為我國葉片的定向凝固和單晶技術(shù)的發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。此后,針對現(xiàn)行定向凝固溫度梯度低、冷速小、組織粗大的缺點,他又提出了超高梯度定向凝固和組織超細化的新構(gòu)思,成功地獲得定向超細柱晶組織。由于在高梯度晶體生長和超高梯度定向凝固裝置的研究上達到了國際領(lǐng)先水平,所以這兩項技術(shù)分獲航空航天部一、二等獎和國家科技進步及國家發(fā)明二、四等獎。
隨著研究的深入,傅恒志的思維觸角不停地向新領(lǐng)域延伸。20世紀90年代中期以來,傅恒志院士承擔了“單晶與定向葉片組織超細化與自約束成形綜合技術(shù)”的課題研究。這一課題研究試圖解決材料冶金技術(shù)上的兩個重大難題:一是如何提高單晶及定向凝固技術(shù)裝置的溫度梯度;二是如何消除液態(tài)合金在成形過程中的污染。
傅恒志院士的不同凡響之處就在于:他把超高梯度定向凝固方法與電磁自約束成形技術(shù)相結(jié)合,構(gòu)成一種超高梯度電磁自約束成形,并具有超高冷卻能力的新型定向及單晶技術(shù)。
1994年,航空工業(yè)總公司組織了對“超高梯度電磁自約束定向技術(shù)和超細單晶及定向渦輪葉片研究”項目的立項論證會。由院士和專家組成的專家組對項目進行了鑒定,認為此項技術(shù)“構(gòu)思新穎,立論正確,技術(shù)上有獨到之處,成功后將帶來可觀的技術(shù)經(jīng)濟效益”。
該項目從立項至今,傅恒志教授帶領(lǐng)課題組因陋就簡,進行了一系列的探索性試驗與研究,初步實現(xiàn)了無坩堝、無鑄型的合金熔煉與定向凝固成形。
這個難度很大的課題,就是傅老在開始說的“10年沒有研究成功”的項目。傅老說,目前,該項目最大的困境在于資金和設(shè)備,資金短缺,設(shè)備全靠自己制造。面對困難,耄耋之年的傅恒志院士卻壯心不已,滿懷必勝的信心。他期望能夠引入企業(yè)參與機制,完成資金和設(shè)備方面的條件,讓這項研究達到中試的要求,不再局限于實驗室里。他充滿激情地說:“盡管我們在這個課題上已經(jīng)取得了不少進展,但無論在理論上還是在實際應(yīng)用上,都還有很長、很艱難的路程要走。因此,我們決不辜負國家和人民的殷切期望,將再接再厲,盡心竭智,開拓創(chuàng)新,奮力攻關(guān),盡快實現(xiàn)這一課題的重大突破,推動我國的材料冶金技術(shù)向更高更新的水平發(fā)展。”
在傅老輕緩的話音中,幾十年的努力與生命會聚,幾十年的坎坷與時光交融,這一切在此刻凝滯、積淀,生命如水,清澈而柔和,寧靜而安詳。這一刻,記者感受到了一種靜水流深的境界,那是平凡的人生,也是無聲的交響……
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