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      2. 鈦及鈦合金行業

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        他用煉出了我國首塊鈦合金鑄錠,讓中國航空工業“如虎添翼”

           2021-09-28 1820

          20世紀五十年代,鈦合金以其密度低、比強度高、耐腐蝕性好等優點,被廣泛用于航空航天領域,特別是航空發動機中。常言道:“一代材料,一代裝備”,當時,如果能研制出高性能的合金,中國航空工業必將如虎添翼。

          新中國成立后,在美國航空材料學領域已經有所成就的顏鳴皋無視美國當局的誘惑和威脅,沖破重重阻撓,毅然回到祖國。他主持籌建了我國第一個鈦合金研究室,還自行設計制造了第一臺用于鈦合金真空熔煉的7.5千克真空自耗電極電弧爐,并成功熔煉出我國第一塊3千克鈦合金鑄錠。

          也就是從這一刻起,中國人有了自己的鈦合金!

        顏鳴皋在研究室

          流動的生活,鐵打的學習

          顏鳴皋出生于河北省定興縣。他的父親顏余慶由于在火車站工作導致流動性非常大,基本上父親到哪里工作,他們一家就會搬到哪里,這種生活一直持續到他6歲時,父母將其送回寧波老家上小學才結束。

          顏鳴皋非常聰慧,讀書也十分刻苦,1931年還沒念完五年級時,他就考取了武漢博文中學實驗班,跨級升入初中。

          1934年春,顏鳴皋獨自遠行,考入匯文中學來到北平。一個學期之后,轉學到了潞河中學。這時,日寇的鐵蹄已經踏進華北平原,北平城內已不再太平。無奈之下,顏鳴皋又返回武漢博文中學,插班讀高二。

        1937年秋,高中二年級的顏鳴皋

          “盧溝橋事變”爆發后,由于時局緊張,學校不得不提前放假,顏鳴皋就只得在家中復習,為報考大學做準備。他填報的第一志愿是中央大學機械系,同時報考了成都華西大學,不久就接到了華西大學農業化學系的錄取通知,卻一直沒有等到中央大學消息。

          當時戰亂已波及武漢,顏鳴皋的父母希望他趕緊去大后方讀書。正在他準備乘船入川去成都華西大學報到時,卻意外看到了碼頭上張貼的中央大學放榜海報,上面有他的名字。顏鳴皋十分激動,轉而直接前往重慶中央大學報到。

          不甘平凡,赴美求學

          當時,中央大學的宿舍是搭建的竹棚,四面透風,一到冬天,同學們常常被凍得難以入眠,更為糟糕的是,他們還要時常躲避日寇的飛機轟炸。在這樣艱難的環境下,顏鳴皋以優異的成績從中央大學機械系畢業,取得了工學學士學位。

          大學畢業不久后,顏鳴皋接到消息,未婚妻和三妹到了湘西辰溪,他前往尋找,并在那里結婚安家,找了一個材料技師的工作謀生。

          然而,顏鳴皋并不想安于現狀,同學來信告知國民政府公開招考公費留美深造實習生,他決定前往報考。1945年3月,他在考試中脫穎而出,獲得了留學名額,于當年4月前往美國進修精密機制造專業。

          來到美國后,顏鳴皋被分配到哈特福城的普惠航空發動機公司工具樣板廠做實習工程師,從此與航空結緣。為了多學點知識和技術,他在實習的同時,周末還會前往耶魯大學冶金系聽課。1946年春,顏鳴皋聽說實習生可以申請入校,便報考了該校物理冶金專業,僅用一年,就獲得了物理冶金科學碩士學位。

          1947年,顏鳴皋依托在切斯銅合金加工廠的工作經歷,結合課堂學到的理論知識,完成了他的第一篇論文《金屬加工織構的研究》,并發表在美國礦冶工程師學會的學報上。在這篇論文中,他提出了富有創見性的見解,第一次同時對3種常見晶系的滑移系與加工織構作了推算,受到不少國家冶金界學者的重視,并被英、美、德等國學者在織構專著中列為較完整和成功的織構形成理論之一。

          1948年,他又在鋁單晶橫斷彎曲試驗研究工作上取得新的進展。他提出著名的“顯微彎曲假說”,解釋了金屬在拉伸、壓縮和軋制下的一系列塑性變形現象。此外,在銅織構研究中,他創造性地把X射線掠射法用于織構測定,對微量雜質磷在固溶和化合物狀態對再結晶織構的影響,提出了獨到的見解,并運用于實踐。

          1949年春,顏鳴皋被破格選為美國“希格瑪一塞”科學學會榮譽會員。同年7月,他以“鋁單晶體的橫斷彎曲研究”為題,完成了自己的博士論文,獲得耶魯大學物理冶金學博士學位。

          艱難回國,投身科研

          盡管在國外有著優厚的待遇,但顏鳴皋一直心向祖國??姑涝瘧馉幈l后,顏鳴皋經過慎重考慮決定回國效力。

          “我的祖國一窮二白,需要我們這些人回去。報效國家,是一個知識分子的良心和責任?!鳖侙Q皋這樣和紐約大學工學院研究部主任尼爾森教授解釋自己的選擇。

          正當顏鳴皋買好船票準備回國時,美國聯邦調查局卻以“非法居留”的理由將他關押了起來。為了留住顏鳴皋,提審官許諾,只要顏鳴皋愿意留下,便可以提供優越的生活待遇,并幫助他把家眷都接過來。這些并沒有撼動他回國的決心,并以絕食進行抗爭,最終經過學校和朋友的鼎力相助,顏鳴皋終于在1951年2月回到了祖國的懷抱。

        1950年,顏鳴皋在美國辦理證件照片

          歸國后,顏鳴皋受聘于華北大學工學院,任冶金工程學系教授。1956年,響應黨中央號召,他參與編制了我國歷史上第一部科學技術發展規劃《1956-1967年國家科學技術發展遠景規劃綱要》。他倡議的鈦合金研究被列為重中之重的72個項目之一,為我國鈦合金的研究和發展開辟了一條嶄新道路。

          同年6月,毛澤東、劉少奇、朱德、周恩來等黨和國家領導人在中南海懷仁堂接見了參加全國科學規劃工作的數百名科學家。之后,顏鳴皋帶著黨的重托,來到組建的第二機械工業部北京航空材料研究所(現中國航發北京航空材料研究院),主持籌建我國第一個鈦合金研究室。

        顏鳴皋與十八室(鈦合金)同志在頤和園合影

          籌備組成員大多是剛走出校門的大學生,他們完全沒有鈦合金的概念,有的都沒有聽說過這個名詞。顏鳴皋不得不組織大家“惡補”基礎知識,“打好地基”后才正式開展工作。

          顏鳴皋帶領這批青年技術人員在一窮二白的條件下艱苦奮斗,克服了無材料、無設備、科技人才缺乏等重重困難,先后自行設計制造出3公斤非自耗電弧爐和7.5公斤自耗電弧爐,經過無數次的“實踐—失敗—再實踐”的過程,終于熔煉出我國第一塊3公斤鈦合金鑄錠,中國從此有了自己的鈦合金。

          1957年10月,顏鳴皋光榮加入中國共產黨。

          此后,他又帶隊設計制造出我國第一臺鈦合金鑄造專用爐——鑄造凝殼爐,不僅為開展鑄造鈦合金及其成形工藝創造了條件,還為以后設計制造50千克生產用鈦合金鑄造爐打下堅實基礎。

          1964年,顏鳴皋與陳學印合著發表了論文《基合金的強化》,這是我國高溫合金研究與應用的重要理論成果。

        顏鳴皋(左一)在科研一線

          獻力航空,無私無畏

          20世紀70年代初,我軍正在服役的國產殲6飛機多次出現起落架開裂問題,嚴重威脅了飛機的飛行訓練和起降安全。武漢軍區為此找到北京航空材料研究所,邀請了正在病休中的顏鳴皋參與指導研究。

          這是顏鳴皋科研道路上一個新的航標燈,實際上,他早已注意到斷裂力學和新型檢測技術在世界航空界的迅猛發展。當時,疲勞和斷裂力學理論、參數測定的研究在我國尚處于早期研究階段,實際應用相對落后。在顏鳴皋指導下,科研團隊對斷口形貌進行了系統研究,并提出了一套能夠簡便而快速準確使用的裂紋檢測方法。為了對付內孔裂紋,他們還研究出了內孔噴丸強化板帶,通過試飛和損傷容限評估,證明了補焊方法的可行性、安全性和實用性,有效解決了飛行訓練的燃眉之急。

          1978年,顏鳴皋開始深入研究材料疲勞和斷裂問題。他完成了疲勞裂紋萌生與初期擴展的力學行為與微觀機制的研究,為我國新機種選材、服役機種故障分析和延壽作出了重要貢獻。他還應用斷裂力學分析與錯位模型,首次推導出預測疲勞裂紋擴展門檻值的理論計算方程,并在世界引起廣泛關注。他的研究成果《金屬疲勞斷裂微觀機制》,被中國航空研究院選為航空科技文獻資料,以單行本出版發行。這是我國首次發表的一篇有分析、有獨立見解、系統地闡明有關疲勞與斷裂微觀機制的論文報告。

          除此之外,顏鳴皋還配合飛機設計部門進行損傷容限設計,對大量國產材料進行斷裂數據與成活率測定,出版了多種手冊與數據匯編,為飛機安全設計、合理選材提供了大量數據和理論依據。他還建立了完整的試驗裝備,培養了一大批技術骨干,使北京航空材料研究所在材料疲勞與斷裂應用研究方面在國際上享有盛譽。

          “科研作風體現一個人的品格。只有無私無畏,勇于獻身,才能獲得真知,激勵后輩。祖國的未來,科學的未來,在年輕人身上?!弊鳛閲沂着┦可鷮?,顏鳴皋把育人視作自己后半生的神圣使命。他在北京航空材料研究所創建了材料學博士點和博士后工作站,親自培養了15名碩士、22名博士、9名博士后,他們均在科研和管理工作中嶄露頭角,成長為本專業的技術骨干、學科帶頭人。顏鳴皋還帶出了一支中青年導師隊伍,培養航空材料創新型高端人才,他知道,只有不斷的創新和突破,才能讓我國航空材料技術不斷取得進展。

          顏鳴皋晚年時病重在床,但依然密切關注著世界航空材料科學研究、國內外時事發展和國家戰略政策。后來,他的病房時常成為專題學術討論的場所,甚至成為了他和院內外專家,以及各級領導研討重大事項的“會議室”。

          2014年12月24日,95歲的顏鳴皋與世長辭。

          擇一事、終一生,從金屬織構理論到航空鈦合金研究,從航空高溫合金應用基礎研究到航空金屬材料疲勞與斷裂研究,顏鳴皋院士用一生心血研制材料。在為中國航空事業不斷作出卓越貢獻的同時,也把自己鑄造成了一塊特殊的材料,鑄成了中國材料事業的奠基石。

          參考文獻:

          [1]曉鐘.航空材料研究的開山者——記中國科學院士、著名航空材料專家顏鳴皋[J].航空世界.2012.07

          https://kreader.cnki.net/Kreader/CatalogViewPage.aspx?dbCode=CJFD&filename=HKSJ201207011&tablename=CJFDN1214&compose=&first=1&uid=

          [2]沙志亮 李政.顏鳴皋院士:特殊材料鑄人生[N].中國航空報.2012.11.13

          https://kns.cnki.net/KXReader/Detail?TIMESTAMP=637617828429765625&DBCODE=CCND&TABLEName=CCNDLAST2013&FileName=CHQB20121113T033&RESULT=1&SIGN=E4Ewi6vFXLTqWqSARcsRuBKOArE%3d

          [3]蔣才虎.航空材料專家顏鳴皋[J].瞭望周刊.1993.10

          https://kreader.cnki.net/Kreader/CatalogViewPage.aspx?dbCode=CJFD&filename=LWZZ199310015&tablename=CJFD9093&compose=&first=1&uid=

          [4]張志國郎小兵朱知壽.顏鳴皋:鶴鳴九皋鷹擊長空[N].中國科學報.2016.03.22

          http://www.mmcs.org.cn/gz/1224/2509/2514/2016-03/133571.shtml

          [5]彭科峰.顏鳴皋:歸國前曾被美國拘禁[N].中國科學報.2016.03.22

          http://www.mmcs.org.cn/gz/1224/2509/2514/2016-03/133572.shtml

          [6]本文圖片來源于老科學家學術成長資料采集工程

         
        標簽: 鈦合金鑄錠
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