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空心涡轮叶片攻关记
2010-05-10 | 供稿: 】【打印】【关闭

  师昌绪 金属学及材料科学家、中国科学院院士。1920年11月出生于河北徐水。1945年获西北工学院学士学位。1948年留学美国,先后在密苏里矿冶学院和欧特丹大学获硕士学位和博士学位。先后担任中国科学院金属研究所研究员、名誉所长,中国科学院技术科学部主任、中国工程院副院长、国家自然科学基金委员会特邀顾问。中国高温合金开拓者之一。在他领导下,发展了中国第一个铁基高温合金,研制出中国第一代空心气冷铸造镍基高温合金涡轮叶片,所研制的铁锰铝系奥氏体钢,适用于耐热、无磁与低温材料,具有开创性。多次参加或主持制定中国有关冶金材料、材料科学、新材料科技发展规划;主持国家重点实验室及国家工程中心的立项及评估工作。

  1964年初,我国自行设计新歼击机的方案进入最终决策阶段,而新歼击机的动力问题是决策的重大关键。一年后,我国第一代铸造空心涡轮叶片研制成功。空心涡轮叶片从研制成功到工业生产的全过程,始终体现了一种不屈不挠的科学精神。

  航空研究院荣总鉴于金属所在50年代末已研制成功涡轮叶片铸造合金(916),1962年又研制成功国际上久经考验的涡轮叶片铸造镍基高温合金M17(相当于IN100),并铸成增压器用于飞往西藏的飞机,提出了由金属所承担研制空心涡轮叶片。我当即答应:“既然已有答案,我们也一定能做出来。”经几次协调后,组成了以金属所、606所、410厂为主的三结合攻关小组,金属所动员了上百名科技人员,成立了我为组长、胡壮麒为副组长、陆炳昌为政委的攻关小组。设计所(606所)及410厂的技术人员在金属所共同攻关。这种组织形式有很大的优越性:设计人员可以根据需要随时修改设计方案以适应制造工艺的简化;厂里的同志在模具设计及制造上做出了创造性的贡献,没有他们的参与,空心叶片是不可能完成的。

  空心叶片的特点是叶身长,而且从叶根旁边进气,这样给空心叶片的制造带来很大困难。首先是选用什么材料做型芯,芯子的直径从0.8-1.2毫米,长数十毫米,下边还有一个拐角。其难度在于如何定位,在脱蜡以后又如何确保型芯不变位,在操作及浇铸过程中型芯如何才能不弯不断。为此,我们查阅了很多文献,均不得要领,因为这是高度保密的技术。于是试了好几个方案:如钼丝、磷酸盐、石英管,还请上海冶金所研制成功硫化铈型芯,但是不是因型芯弯曲而露芯,就是因太脆而折断,还有的是无法脱芯。最后还是从一本杂志上看到一个出售不同规格的细石英管的广告得到启发。我们认定这是制作空心叶片型芯的石英管,于是下定决心,集中精力在石英管上狠下功夫。此时正好金属所为开展定氢定氧装置的制造培养出一名技艺高超的玻璃工任师傅,这位任师傅能做出所需要的任何规格和形状的石英管。经过反复试验,并有设计及模具的配合,不到一个月就攻下了型芯这一难关。下一步就是用氟氢酸脱芯和超声波测壁厚及型芯位置的探索。用了不到一年的时间,终于用金属所研制的M17合金在金属所简陋的铸造实验室里诞生了我国第一片9孔铸造空芯涡轮叶片。叶片经过606所的吹风试验,叶片表面完全达到降低100℃的要求,并于1966年11月在410厂生产出一台份铸造空心叶片,12月装机试车成功。这样,使中国的涡轮叶片一步上了两个台阶,一个是锻造合金改为真空铸造合金,二是由实心叶片变为空心叶片。这是继美国之后,第二个采用铸造空心叶片的国家,比美国(1961年)只晚了5年。记得1963年吴峰桥、周惠久、孙国英与我到英国ROLLS-ROYCE发动机公司参观时,公司负责人说他们的锻造合金如何可靠,铸造合金如何不可靠,而今在这方面我们走在他们的前面。难怪80年代初,ROLLS-ROYCE公司总设计师胡克教授在410厂看到我国自行创新研制的铸造空心涡轮叶片时,不无感慨地说:“单凭看到这一实际成就,就没有白来中国一趟。”(见《中国航空四十年》,156页荣科所写的“空心涡轮叶片攻关记”一文)因为他们用了8年时间才研制成功,而我们只用了一年,这不能不归功于科研、设计与生产三结合的科研体制,另一方面也显示各级人员的爱国主义精神和工作能力。

  完成实验室试制和试生产之后,在正式投产过程中还有不少问题需要解决,如收得率的提高,验收标准的不断调整等等。我有一个理念,就是所研制的新材料必须得到实际应用,否则便是最大的浪费。在这一理念下,我坚持把我所领导的研究集体取得的研究成果千方百计地进行推广,在国防或国民经济中发挥作用。空心涡轮叶片在生产过程中每出现一个比较大的问题时,就有人发生动摇,想回到锻造合金上去。为此,我们题目组的科技人员经常下厂,一方面努力设法解决生产中出现的问题,另一方面还要做说服工作,使我们已前进了的一步不再后退。到了70年代中,航空工业部要把空心叶片的生产转到贵州,按惯例,这是部内厂际间的转产,410厂既然已达到批量生产的程度,而且已生产了几年,理应由他们到贵州协助生产,可是航空部却要求金属所派一个小分队,并指定由我带队,会同410厂的胡四新高工一起到贵州。当时贵州是生活最艰苦的省份之一,住的是简易招待所,吃的是发了霉的大米加白薯干,就这样我们与厂里的科技人员和工人几个月的朝夕相处,共同攻关。从原料准备、合金冶炼、模壳制造、浇铸制度、一直到检测方法与验收标准的制订,这个小分队都负责到底,最后使空心叶片的成品率远远超过了他们正在生产的实心叶片的水平,我们才离开了贵州。

  点评: 

  面对时限紧迫的空心涡轮叶片研制任务,由研究、设计和制造单位抽调得力人员组成联合攻关小组,同心同德,通力合作,发挥各自优势,终于在一年内攻克了难关。师昌绪先生急国家之所急,勇挑重担,圆满完成了任务。空心涡轮叶片转产贵州,他以善始善终的精神负责到底。这个案例告诉我们,遇到问题总有人想回到老路上去,突破旧的传统绝非易事;说明技艺高超的技工,在研制中的作用是他人无法替代的,必须重视培养高级技工。

 

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