李薰:研究小原子解决大问题的无名英雄

——中国人民解放军建军90周年纪念专题(二)
作者:朱磊来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-08-08

李薰是二战中的无名英雄,更是新中国国防建设的无名英雄。

       2017年是中国人民解放军成立90周年。在这风雨兼程的90年中,无数中华儿女作为中国人民解放军的一分子,披荆斩棘、舍生忘死,书写了无数传奇。这其中,我国科研领域的大批专家、学者作为一个特殊的群体也发挥了独特而重要的作用。本专题就聚焦这一群体,为您讲述他们的故事......

        1、 小原子,大麻烦

  1971年初秋,数百架战机停满了沈阳周边大大小小的机场。一般人看到这种壮观的场面,都会感到兴奋,可是,穿梭在机群间的研制人员和空军驻厂代表却个个眉头紧锁,有些头大。

  原来,军方代表在验收飞机时,发现一个严重的问题:飞机的一个部件存在大范围的裂缝。在检查了50架飞机后,居然发现其中22架都有这一问题!军方代表格外恼火,当即表示拒收。进一步调查显示,工厂在制造飞机部件时用了一种新钢材,要命的是,除了已检查的50架,还有几百架已经交付部队的飞机也使用了新钢材。没办法,只好让这些飞机停飞。几百架飞机可不是小数目,几乎占当时中国空军战机的一半,而那个年代又恰逢中苏关系紧张,就这样让飞机闲置在沈阳,从军方到研制单位,所有人都心急如焚。

  事件非同小可,周恩来和叶剑英也高度重视,要求火速查明新钢材开裂的原因。然而,尽管研制人员连日加班加点地对新钢材做探测分析,却始终无法揭开谜团。当众人一筹莫展之时,有人提议:“送到金属所,让李薰看看吧!”金属所是位于沈阳的中国科学院金属研究所,而李薰正是它的创建者。 

图1 - 李薰

李薰

  9月1日,人们带着开裂的飞机部件找到李薰,说:“李所长,大家都弄不明白新钢材为什么会开裂,请您给我们指导指导。”

  李薰接过开裂的部件,仔细端详了半晌,说:“咱们还是先去生产车间看看吧!”

  到车间后,李薰一边走一边观察生产流程,还不时停下来向工人询问情况。忽然,他看到几位老工人师傅用锤子猛敲钢板,旁边的几个学徒工也照着做,便立刻停下来问道:“是不是老工人出的废品要多些?”在得到肯定的回答后,李薰又观察了一会儿,然后说道:“问题就在这儿了,是氢脆的原因!”  

图2 - 李薰与工人讨论问题

李薰与工人讨论问题

  氢脆,这是什么鬼?

  原来,氢原子非常淘气,凭着自己半径小的优势,在钢的晶格间横冲直撞,如入无人之境。金属总是存在缺陷的,内部往往含有细小的孔洞,这些孔洞可谓氢原子的安乐窝,它们一旦进入孔洞就会两两结合为氢气,很难再出来。于是,孔洞中的氢气越来越多,内压也越来越大,当压力超过金属自身的强度,自然就开裂了。李薰与金属打了几十年交道,对氢在钢中耍的小花招再熟悉不过,他看到老工人干活儿最卖力,便知道钢中的缺陷更多,氢脆也更严重。

图3 - 显微镜下观测到的材料因氢脆而开裂(图片来源:中国腐蚀与防护网)

图3 - 显微镜下观测到的材料因氢脆而开裂(图片来源:中国腐蚀与防护网)

  李薰只是到车间走了一圈,就神速地找到了新钢材开裂的原因,随行人员个个都惊叹不已。工厂很快改进了生产方法,换下有问题的部件,数百架飞机终于得以起飞。叶剑英元帅听闻此事后,连连称赞李薰“为维护我国空军作战实力做出了贡献”。

  其实,这并不是李薰第一次给飞机把脉问诊,早在二战时,他就曾给飞机看过病,也是在那时,他第一次认识了氢脆。

图4 - 李薰与研究人员讨论飞机部件开裂的问题

李薰与研究人员讨论飞机部件开裂的问题

        2、 二战中的无名英雄

  上世纪三十年代,二战前的欧洲阴云密布,为应对纳粹的步步紧逼,英国不得不扩军备战。不久,英国的飞机设计师就研制出一款名为“喷火”(Spitfire)的战斗机。由于其采用了大功率活塞式发动机和良好的气动外形,性能十分优异,刚试飞成功便被英军预定了三百余架。

图5 - “喷火”战斗机(图片来源:Wikipedia)

图5 - “喷火”战斗机(图片来源:Wikipedia)

  正当“喷火”战机在英军中的地位如日中天时,意外却发生了,1937年,一架“喷火”战机在训练时发生了机毁人亡的惨剧。调查发现,飞机主轴含有大量的细小裂纹,正是这些裂纹导致了主轴断裂,酿成了事故。不少钢厂都试图找到主轴产生裂纹的原因,可两三年下来,谁也不能给出定论。于是,问题被送到了谢菲尔德大学,在该校冶金学院任职的李薰便接下了这个烫手山芋。

图6 - 谢菲尔德大学冶金学院

 谢菲尔德大学冶金学院

图7 - 谢菲尔德大学冶金学院教职工合影,前排左四为李薰

谢菲尔德大学冶金学院教职工合影,前排左四为李薰

  李薰先是走访了多家钢厂,然后回到实验室反复实验,一番分析后,他猜测氢气是造成飞机主轴开裂的罪魁祸首。不过,李薰的观点并不新鲜,此前就有不少研究者对氢在钢中的作用做过猜测,但却只局限于对氢脆现象的描述,由于缺乏定量分析氢的技术,没人知道钢中含有多少氢,也就无从知晓现象背后的本质和规律。

  科学研究中从不缺乏猜测,可唯有实证才能揭示真理,李薰深知这个道理,决定亲自研制一套定氢设备,做第一个吃螃蟹的人。

图8 - 李薰在谢菲尔德大学实验室

李薰在谢菲尔德大学实验室

  说起来容易做起来难,李薰带领几名研究生用了近一年时间才制造出一台实用精确的定氢仪。俗话说“工欲善其事,必先利其器”,有了别人没有的先进设备,李薰率先在世界上第一次测定了钢中的含氢量,准确摸清了钢和氢的复杂纠葛。他发现,一旦每100克钢中的含氢量超过2毫升,钢的强度就会下降,而在当时的生产条件下,100克钢中的含氢量却往往高达4~6毫升,飞机主轴断裂也就不足为奇了。 

图9 - 李薰研制的定氢仪

李薰研制的定氢仪

  氢脆现象背后的规律找到了,李薰还没来得及兴奋就开始思考如何去氢的问题。经过几年的艰苦努力,他终于找到了一种去氢方法。可别小看这种方法,虽说它只是除掉了钢中含量微少的氢,但却大幅提高了“喷火”战机的可靠性,要知道“喷火”战机可是英国在二战中的主力战机,足有两万多架!李薰发明的去氢方法还被用在无数的火炮、坦克、舰艇等武器装备的制造中,为盟军的胜利做了很大贡献。

  李薰,无疑是二战中的无名英雄!

       3、 冶金大师回中国

  李薰的成就在国际上获得广泛称赞,他被公认为钢中氢研究的开创者。为表彰李薰的贡献,谢菲尔德大学特地授予他冶金学博士学位,并将他的照片悬挂在实验室中。一些英国同行劝他加入英国国籍,还有人劝他前往富裕的美国。然而,李薰却自有想法,他要回到朝思暮想的祖国。

图10 - 谢菲尔德大学授予李薰的冶金学博士学位证书

谢菲尔德大学授予李薰的冶金学博士学位证书

  众所周知,上世纪中叶,钱学森从美国返回中国时历尽了波折。李薰也有相似遭遇,英国政府为了不让这位杰出的冶金学家返回红色中国,迟迟不发签证。直到1951年秋,他才得以取道香港,回归阔别十多年的祖国。回国当年,李薰便着手创建中国科学院金属研究所。此后三十年里,他既将目光放在国际金属研究的前沿,又始终坚持科学研究要符合国家建设,为我国的国防和科技事业做出了很大贡献。

图11 - 中国科学院金属研究所全景

中国科学院金属研究所全景

  李薰不仅是二战中的无名英雄,更是新中国国防建设的无名英雄。当提到我国第一颗原子弹、第一颗返回式人造卫星、第一艘核潜艇时,人们往往会想到钱三强、赵九章等人,却很少有人知道,制造这些装备的很多关键材料都是李薰领导研制的!

  1983年3月,为了探索中科院面向经济建设的新路子,李薰决定到攀枝花钢厂考察。然而,长期的冶金实验让他患上了严重的心肺疾病,在前往攀枝花途中,他不幸旧疾突发去世。为了热爱的祖国和科技事业,李薰真正做到了“鞠躬尽瘁,死而后已”!

图12 - 中国科学院金属研究所内的李薰塑像

中国科学院金属研究所内的李薰塑像  

专题回顾:《这位院士原是小八路》

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  人物小档案:

  李薰(1913.11.20 – 1983.3.20),我国著名金属物理学家,国际冶金学领域的一代宗师,中科院院士,曾任中科院副院长兼技术科学部主任。于20世纪40年代发现了钢中氢导致发裂及去氢规律,成为该领域的创始人,轰动了世界科技界。创建了中科院金属研究所并担任所长近30年,为我国第一颗原子弹、第一颗返回式人造卫星、第一架超音速喷气飞机及第一艘核潜艇提供了关键材料,为我国的科技和国防事业做出了卓越贡献。

  名言:

  科研工作是要为国家织出整匹锦缎,而不是在一条破裤子上绣出一朵花。

       备注:文中图片除特殊说明外,均来自中国科学院金属研究所网站。

  参考文献:

  [1] 李望平,冼爱平. 李薰传[M]. 北京:科学出版社, 2013.

  [2] 张保成. 丹心百炼钢——记著名物理冶金学家李薰[J]. 自然辩证法通讯, 1981(5): 66-76.

  [3] 张谦生. 杰出的物理冶金学家李薰[J]. 湖南党史, 1995(2): 24-26.

  [4] 师昌绪,谭丙煜. 深切怀念李薰同志[J]. 金属学报, 1985(2): 3-8.

 

 

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