颜鸣皋:撑起中国航空的“特殊合金”

作者:朱磊来源:蝌蚪五线谱发布时间:2019-10-09

颜鸣皋将一生献给了中国的航空事业,他研制出一系列先进的特殊合金,更把自己炼成了一块撑起中国航空工业的“特殊合金”。

中国第一批钛合金

1959年,北京航空材料研究所钛合金研究室里一片热火朝天,大家都全身心地投入到研制钛合金的工作中。

钛合金是上世纪四五十年代发展起来的轻金属,由于它具有密度低、比强度高、耐腐蚀性好等优点,迅速成为航空界的宠儿,被广泛用于制造飞机、火箭和导弹等装备。常言道:一代材料,一代装备。在当时,如果能研制出高性能的钛合金,必定能使中国的航空工业如虎添翼。

歼20采用了大量钛合金(视频来源:腾讯)

一天,年轻的实验员小刘准备像往常一样查看电弧炉内铸锭熔炼的结果。可意外的是,观察口处的玻璃却黑乎乎的,压根看不到炉内的情况。小刘是个急性子,没等炉子完全冷却就撬开了观察口的玻璃。不料,电弧炉竟猛然将小刘的脸吸了进去。刹那间,他就成了血人。同事见状,立刻高声喊道:“快!快叫颜先生过来!”

颜先生正是颜鸣皋,钛合金研究室的主任。在那个年代,称呼人为先生可不多见,不过由于颜鸣皋十分平易近人,从不摆主任的架子,大家都习惯称他“颜先生”,很少叫他“颜主任”。

图2 - 任钛合金研究室主任时的颜鸣皋(图片来源:xyw.bit.edu.cn)

任钛合金研究室主任时的颜鸣皋(图片来源:xyw.bit.edu.cn)

颜鸣皋火速赶到现场,在组织救治伤员后,便在电弧炉旁踱起步来。他百思不得其解:一个小小的炉子,为何会有如此大的真空负压,竟能将人吸进去?他找来图纸,经过仔细比对,很快发现了问题的症结。原来,电弧炉是仿制苏联的,工厂在照葫芦画瓢时居然没有加工放气孔。如此一来,一旦炉内温度较高,真空度就会增大,负压随之增加。

在颜鸣皋的带领下,科研人员设计出一种简单有效的放气阀,从而使国产电弧炉的安全性大为提高。有道是“工欲善其事,必先利其器”,设备安全性提高了,工作效率也就上去了。经过数百次的反复试验,钛合金研究室成功发展出钛合金真空自耗熔炼的方法,中国人终于可以用自己的设备生产出航空钛合金了!随后几年,钛合金研究室先后研制出一系列优异的钛合金材料,为我国航空装备的制造立下了汗马功劳。

图3 - 颜鸣皋与科研人员讨论问题(图片来源:www.cannews.com.cn)

颜鸣皋与科研人员讨论问题(图片来源:www.cannews.com.cn)

从旁听生到耶鲁博士

筹建于1957年的钛合金研究室,在短短几年就取得丰硕的成果,这一切都与主任颜鸣皋的努力密不可分。网上曾流传一份新中国成立后美国禁止归国的35位中国学者名单,其中就包括颜鸣皋,他可是第一位研究钛合金的中国人。

1942年,颜鸣皋从国立中央大学机械系毕业,进入中央工业实验所任助理工程师。三年后,他被派往美国普惠公司进修精密机械制造。普惠公司是举世闻名的飞机发动机制造商,就是在这里,颜鸣皋开始对航空产生了浓厚兴趣。为了充分利用进修时间,他白天跟随工人师傅学习具体操作,晚上则手不释卷,如饥似渴地阅读关于飞机制造的资料。到了周末,他还要前往附近的耶鲁大学旁听机械和冶金课程。

图4 - 大学时期的颜鸣皋(图片来源:www.cas.cn)

大学时期的颜鸣皋(图片来源:www.cas.cn)

颜鸣皋在课堂上表现甚为活跃,面对教授的提问,他总能应答如流。一天下课后,系主任叫住了他:“颜,你愿不愿意留在耶鲁读书?”颜鸣皋先是一愣,继而肯定地说:“当然愿意!”系主任笑道:“好,这就行了!我喜欢刻苦用功又善于思考的学生,我马上给你们的使馆写信,请他们让你留下来。”

1946年夏天,颜鸣皋正式成为耶鲁大学的一员。仅仅一年后,他就发表了第一篇论文《金属加工织构的研究》,第一次对三种晶系的滑移系和加工织构进行了理论推算,在世界冶金领域引起极大关注。他的导师激动地称赞道:“颜,你的这篇论文足可使你获得硕士学位,你的刻苦钻研和独特思维真令我感动!”

在世界冶金界崭露头角的颜鸣皋并未自我陶醉,而是继续过着单调又紧张的研究生活。他的活动范围非常简单,除了工厂就是学校,不是在实验室就是在图书馆。功夫不负有心人,不久他便在铝单晶横断弯曲试验研究中取得突破,提出了著名的“显微弯曲假说”,成功解释了金属在拉伸、压缩和轧制下的一系列塑性变形现象。凭借惊人的毅力和敏锐的思维,颜鸣皋仅用三年就完成了从旁听生到博士的转变。毕业后,他进入纽约大学从事与美国军方有关的钛合金研制工作,成为第一个研究钛合金的中国学者,填补了许多世界空白。

图5 - 颜鸣皋在国际学术会议上致开幕词(图片来源:www.cannews.com.cn)

颜鸣皋在国际学术会议上致开幕词(图片来源:www.cannews.com.cn)

妙手巧治飞机病症

新中国成立后,颜鸣皋同钱学森一样,冲破了美国重重阻碍回到祖国怀抱。在他的倡议下,新中国成立了第一个钛合金研究室,于是就有了文章开头的一幕。

1974年的一个深夜,刚刚躺下休息的颜鸣皋被一阵急促的敲门声惊醒。他打开门后,一个熟悉的身影迫不及待地说:“颜总,时间紧急,我是来请您这位老将出马的!”说话者名叫刘才穆,后来担任过直9、直11两型直升机的副总设计师,见颜鸣皋满脸疑惑,他赶紧说明了原委。

原来,当时我军装备的歼6飞机经常出现起落架材料开裂的现象,尤其当飞机完成70至120个起降时,这种现象特别明显。要知道,起落架犹如战机的大腿,一旦出了毛病,会直接威胁飞机的飞行训练和起降安全。雪上加霜的是,当时我国还不具备生产起落架的能力,备件稀缺,损毁的起落架大多无法更换。无奈之下,部队只好让大量的歼6飞机暂时停飞。

图6 - 歼6的起落架(网络图)

 歼6的起落架(网络图)

听完刘才穆的说明,时任航空材料研究所总工程师的颜鸣皋当即答应道:“没问题,咱们一起把这块硬骨头啃下来!”次日一早,颜鸣皋就请来材料、工艺和测试等多个学科领域的专家,成立了针对歼6起落架开裂问题的攻坚组。由于事关国防安全,颜鸣皋特别叮嘱大家一定要十分慎重,必须将宏观研究与微观研究相结合,做到知其然,更知其所以然。

生活中我们常可见到将金属焊接起来的例子,但由于焊接结构难以承受高载荷冲击,因而在飞机部件上很少用到。然而,面对起落架备件不足的事实,不少人都提出,能否对开裂的起落架进行补焊以解燃眉之急呢?颜鸣皋对此颇为谨慎,要求大家首先对焊接断裂参数进行测定,并建立一套合理检测裂纹的方法。

在颜鸣皋的领导下,北京航空材料研究所、北航、西工大、中科院金属所等单位分工协作,很快研究出一套对起落架进行补焊和强化的方法,使飞机的起降寿命提高近十倍,不但让上百架歼6重回蓝天,还为后来歼7、强5等飞机的定寿与维修提供了许多先进经验。

由于对我国航空材料的研制做出了杰出贡献,颜鸣皋于1991年被选为中科院院士。他将自己的一生都献给了祖国的航空事业,研制出一系列先进的特殊合金,他更是把自己炼成了一块撑起中国航空工业的“特殊合金”!

图7 - 颜鸣皋(图片来源:www.guancha.cn)

颜鸣皋(图片来源:www.guancha.cn)

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人物小档案:

颜鸣皋(1920.6.12 – 2014.12.24),材料科学家、金属物理学家。他是我国航空钛合金研究的开创者,航空材料研究的先驱,在航空钛合金、高温合金及疲劳断裂与寿命预测等研究领域做出了杰出贡献。

名言:

科研作风体现一个人的品格。只有无私无畏,勇于献身,才能获得真知,激励后辈。祖国的未来,科学的未来,在年轻人身上。

参考文献:

[1] 沙志亮. 特殊材料铸人生:记中国科学院院士颜鸣皋[M]. 北京:航空工业出版社,2011.

[2] 张志国,郎小兵,朱知寿. 颜鸣皋:鹤鸣九皋 鹰击长空[N]. 中国科学报, 2015-05-08(3).

[3] 曹春晓. 我心中的颜鸣皋恩师[N]. 中国航空报, 2014-12-27(A4).

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