讓理想在藍天飛翔
——走近曹春曉院士和他的鈦合金人生

讓理想在藍天飛翔
——走近曹春曉院士和他的鈦合金人生

中國科學院院士 曹春曉

不久前,當殲20隱形飛機試飛成功,舉國上下歡欣鼓舞彈冠相慶的時候;國慶閱兵大典上,當編隊的銀鷹以絕世的風姿掠過天安門廣場上空,我們?yōu)樽鎳哲姷牟粩鄰姶蠖幼院赖臅r候;出差、旅行,當我們沿著四通八達的空中航線,悠閑寫意的遨游藍天的時候,你是否知道,在這所有的飛機中,有一種至關重要的航空材料——鈦合金,它的應用比例,代表著一個國家現(xiàn)代航空業(yè)的發(fā)展水平;你是否想到,有一位老人,為鈦合金的研制和中國航空事業(yè)的發(fā)展,貢獻了自己的全部青春和畢生精力。

為了迎接世界鈦會在中國召開,新年伊始,記者來到了北京航空材料研究院,找到了這位可敬的老人——中國航空工業(yè)鈦合金研究和應用的創(chuàng)始人之一、中國航空領域的最高獎項“航空報國金獎”獲得者、中國科學院院士曹春曉。

1 半世紀情緣鈦合金

“我的工齡可以用我的‘鈦齡’來度量。”在辦公室里坐定,曹春曉院士用一句話概括了他自己的一生。是的,如果說誰的一生可以用一個詞來描述,曹春曉無疑就是其中的一個,這個詞就是鈦合金。

1956年,曹春曉從上海交通大學金屬壓力加工專業(yè)本科畢業(yè),由于突出的學習成績,系主任決定挽留他在學校任教,然而,曹春曉放棄了當時很多人夢寐以求的留在上海的機遇,在個人的努力爭取和學校的理解支持下,通過統(tǒng)一分配來到了北京航空材料研究院前身——剛剛成立的第二機械工業(yè)部第六研究所?！盀槭裁磿@樣選擇呢?”面對記者的疑問,曹春曉陷入了兒時的回憶。1934年 6月 25日(農歷),曹春曉出生于一個歷代都輩出人才的地方——浙江紹興!3歲時,因父親工作關系舉家遷到了上海,住在了法租界內。上小學了,認識字了,每當他看到當時的“法國公園”門口立的一塊“華人與狗不得入內”的牌子時,憤怒充滿了他幼小的心靈!那時候,正是帝國主義列強蹂躪中國的歲月,曹春曉經常能看到敵人的飛機從上空掠過!從那時候開始,他就想:“我長大了,一定要去造飛機,造出比他們更好的飛機。”

就這樣,曹春曉帶著自己“科技強國”的夢想來到了北京。于是,航空材料研究所成為了曹春曉夢想開始的地方?！澳菚r,這里還一片荒涼,夜里還能聽到狼嚎的聲音”曹春曉院士指著窗外說,“當時,從美國剛剛回國的青年科學家顏鳴皋,深感鈦合金材料的重要性,于是領著一批年輕人,成立中國第一個鈦合金實驗室,立志要盡快搞出中國人自己的鈦合金?！弊鳛轭侙Q皋的學生和助手,曹春曉參與了實驗室的籌建工作。從此,曹春曉與鈦合金結緣,開始了自己的鈦合金人生。這一開始,就是整整55年。

“鈦合金,這三個字我們今天說起來很容易,可是在當時,我們連聽都沒聽說過,我本人也對鈦合金一無所知?！辈艽簳哉f,“很少有人知道,鈦合金廣泛應用的背后,隱藏著科研人員怎樣艱辛奮斗的歲月。面對一種全新的材料,當時實驗室的人都知道很難。但是,我們也知道,這項材料的研究對于新中國的軍事、經濟和社會發(fā)展,具有重要的戰(zhàn)略意義。我們沒有選擇,只能迎難而上?！痹谶x擇研究鈦合金的那一霎那,曹春曉他們就已經把自己的意志打造得和鈦合金一樣的堅硬?！爱敃r我們研究鈦合金幾乎是一窮二白,可供參考的國外資料幾乎都沒有,核心的技術只能自力更生!但是沒有條件也要創(chuàng)造條件,在顏鳴皋老師的帶領下,我們邊學習相關理論和專業(yè)知識,邊在摸索中進行研究。在經歷過連續(xù)幾個月的失敗后,我們終于熔煉出了一個3 kg重、銀光閃閃的鈦合金鑄錠,中國從此有了自己的鈦合金!”由于工作出色,曹春曉很快就成為鈦合金實驗室的主要技術骨干。1965年,剛剛 30歲出頭的曹春曉肩負重任,出任 TC4鈦合金課題負責人。當時,TC4鈦合金是世界上技術最為成熟的鈦合金材料,有關領導和曹春曉都認為中國的鈦合金研發(fā)應以此為突破口,迅速拓展到航空工業(yè)的實際應用。在曹春曉課題組的努力下,TC4鈦合金研發(fā)、應用中的重重難關被逐一打破,圓滿完成任務。

1965年的冬天,由曹春曉率領的科研組終于研制成功 TC4鈦合金發(fā)動機葉片。在四川成都航空發(fā)動機廠,他們把鈦合金葉片裝在航空發(fā)動機上準備試車。事到臨頭廠里有些同志卻猶豫了,怕一旦試車失敗,破碎的鈦合金葉片會把后面的一系列葉片及其他零部件打壞,近百萬元的發(fā)動機將會毀于一旦?！苯涍^科研組成員和有關領導的反復討論,統(tǒng)一了認識:這次試車并不是蠻干而是有充分的科學依據(jù)的,已把風險降到很低的程度。科學試驗總是要承擔一定風險的,為了我國航空事業(yè)的發(fā)展,為了航空發(fā)動機用鈦的零的突破,冒些風險是值得的,于是工廠領導終于下了決心:試!一分鐘、一小時、一天過去了……,一百多個小時過去了,發(fā)動機運轉正常,各項測試數(shù)據(jù)完全符合設計要求!看著眼前的情景,曹春曉是喜極而泣——它的成功將掀開中國航空發(fā)動機用鈦史的第一頁。

此后,曹春曉等人又繼續(xù)努力,將 TC4鈦合金葉片的應用擴展到五六種機型中,大大推動了我國空軍裝備現(xiàn)代化的步伐。

2 披荊斬棘圓航空報國夢

“一代材料,一代飛機,這是航空工業(yè)發(fā)展的生動寫照,也是材料在科學技術發(fā)展歷程中一直扮演著先導和基礎作用的真實描述?！闭f起鈦合金和航空事業(yè),曹春曉院士眉飛色舞,一點也看不出這是一個年過古稀的老人。

“中國的鈦合金材料研究起步較晚,上世紀 50年代,美國已開始將其使用在飛機上,并實現(xiàn)了工業(yè)化生產。”曹春曉回憶說。“此后,具有優(yōu)異特性的鈦合金在各種航空材料中的使用比率不斷上升,并逐步成為現(xiàn)代航空器不可或缺的材料。因此,盡快將鈦合金應用到飛機制造業(yè),也是我國航空發(fā)展史中必不可少的環(huán)節(jié)?！?0世紀 70年代末 80年代初,世界格局扔持續(xù)著“東—西爭霸”的局面,冷戰(zhàn)的陰霾持續(xù)籠罩著整個世界。經歷了十年動蕩后的中國,急需增強自己的國力。國家將研發(fā)高溫鈦合金 TC11列入“六五”科技攻關項目?！癟C11鈦合金是一種重要的航空材料,具有耐熱性好、屈服強度高、疲勞強度大等特點,可在 500℃以下的環(huán)境中長期使用。當時,中國正在制造的兩種新型殲擊機必須要用到它。但考慮到時間緊、研發(fā)難度較大,當時國家計委已經批準用 500萬美元進口這種鈦件。”但曹春曉覺得:不能就這樣輕易放棄。外國人能干的事情,咱們中國人也能干!于是,他再一次發(fā)揮了“鈦合金”堅韌的毅力,主動要求帶隊組成聯(lián)合課題組,研制新一代鈦合金材料。記不清在多少個寢食難安的日日夜夜之后,曹春曉創(chuàng)造性的提出了一種高低溫交替的新型鍛造工藝,顯著改善了大鍛件內部組織性能的均勻性和穩(wěn)定性,使 TC11鈦合金材料和模盤鍛件的組織性能不僅與國外同類產品相當,而且其中的一些關鍵性能顯著高于國外同類產品的水平。這一重大突破,為空軍裝備更新?lián)Q代做出了重要貢獻,還為國家節(jié)省了原已批準用于進口的 500萬美元外匯和用于新建一條鈦鍛件生產線的 621萬元投資,僅航空部內鍛造廠的產值在1980～1984年就增加了 3000萬元,并推動了航空鈦鍛件向國外的出口。1987年,曹春曉因在 TC11鈦合金項目研究中的巨大貢獻,作為第一完成人獲得了國家科學技術進步一等獎。目前,TC11已成為我國軍事工業(yè)中用量最大的一種鈦合金,而高低溫交替熱變形技術則已廣泛應用于各種鈦合金的生產。

此后,曹春曉率領課題組,研究開發(fā)了 Ti-55, TD2(Ti3A l)等一系列的鈦合金,進一步提高了飛機發(fā)動機的推重比。

2001年,鑒于他長期來對我國航空材料領域的突出貢獻,曹春曉被授予了我國航空領域的最高獎項——航空報國金獎。

3 愿望:看到自己的大飛機飛上藍天

目前,鈦合金主要應用在航空發(fā)動機的葉片、盤、機匣和飛機的框架、機翼、起落架等一些地方。由于鈦合金的密度比鋼小得多,而強度又和鋼接近,因此它可以大大減輕飛機的重量?！拔覀儸F(xiàn)在判斷一種飛機先進不先進,結構重量是一個重要的考慮因素?！辈艽簳哉f。此外,由于鈦合金的耐腐蝕性很強,適應溫度范圍廣 (從 -269℃到 600℃),也擴大了鈦合金在飛機上的應用。

時至今日,鈦合金已不僅僅局限于制造飛機,在人造衛(wèi)星、導彈、核潛艇、核電、石油化工、海洋開發(fā)、設備制造等尖端科技領域,都有廣泛應用。在我們的日常生活中,鈦合金自行車架、鈦合金高爾夫球頭、鈦合金鏡架等也隨處可見。曹春曉說,“此外,一些汽車的關鍵部位也在使用鈦合金;醫(yī)院手術使用的心臟起搏器外殼,也是由鈦合金制造的;有些患者進行接肢手術時,也需要用到鈦合金針和鈦合金骨;在各大牙科醫(yī)院,鈦合金烤瓷牙也受到很多牙病患者的青睞?！?/p>

如今,年事已高的曹春曉始終站在鈦合金研究的前沿。他告訴記者,自己希望能夠給國家培養(yǎng)出鈦合金等航空材料研究的后備人才。“只有這樣,中國的航空材料研究才會在世界范圍內立于不敗之地?！辈艽簳哉f,自己很想長壽,因為那樣會擁有更多的時間,對中國的航空事業(yè)也會看得更遠。他對記者透露了兩個愿望:第一個是看到我國航空材料事業(yè)進一步發(fā)展,看到鈦合金在飛機、發(fā)動機上的用量有更大的突破;第二個愿望是看到我國兩種飛機飛上藍天,一是我國自行研制的大飛機,二是下一代更加先進的戰(zhàn)斗機。

“這次世界鈦會在中國召開,對我們來說是一次機遇。”曹春曉說,“是讓世界了解我們,也是我們了解世界鈦工業(yè)發(fā)展的一次盛會,對促進我國鈦工業(yè)的發(fā)展,提高我國鈦工業(yè)的國際地位具有重要的作用。”

“隨著鈦合金制造工藝的日益成熟,未來它一定會越來越普遍地應用于生活的各個領域。但居高不下的制造成本會滯緩這種步伐。現(xiàn)在,如何改進工藝,降低鈦合金的制造成本已成為下一個重要的研究方向。”采訪結束后,在送我們離開北京航空材料研究院的路上,曹春曉說出了他另外一個心愿?！澳壳笆澜绺鲊荚谂档外伜辖甬a品的成本,我相信,要不了多久,我們也會找到比較科學可行的辦法?！?/p>

這一天,北京的天氣很冷,西北風刺骨的吹著?？墒沁@一刻,我們卻感覺有一股熱流在心底涌動。

(記者 曹祥漢)