金屬材料工程師：我在60米高空“燒開水”

大家燒過開水嗎？聽說過瓦特改良蒸汽機的故事嗎？發(fā)電廠將水加熱到沸騰，產(chǎn)生高溫高壓的水蒸氣，推動幾十噸重的汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子切割磁感線發(fā)電，再通過輸電線路，將電力輸送到天南地北、萬戶千家。

推動幾十噸重的汽輪機轉(zhuǎn)子，需要燒多少“開水”？每小時2000 噸！

每小時加熱2000 噸水，需要多大的“鍋爐”？60 米高，20 米寬！

而我，就是一名在60 米高空“燒開水”的金屬材料工程師。

騰云駕霧的“火眼金睛”

60 米高的火電機組，一小時產(chǎn)生的電力，能供一個300 戶的小區(qū)用上十年。幾乎365 天都在燃燒的大鍋爐，無休止地吞吐煤與水，產(chǎn)生熱與電。誰來負責(zé)檢修、維護如此龐大的金屬鍋爐？誰來確保機組中金屬材料的安全穩(wěn)定？這時候就輪到我們金屬材料工程師出場了。

作為一名金屬材料工程師，我在火力發(fā)電機組上班。但我既不是傳統(tǒng)意義上的鐵匠，也不是一名鍋爐工。我負責(zé)診斷整個火力發(fā)電機組中金屬材料的狀態(tài)，大到上百噸的汽輪機，小到一個門把手，所有金屬設(shè)備都要接受我和同事們的排查。我們需要觀察火電機組材料的運行狀態(tài)，檢查整個機組的金屬設(shè)備是否有缺陷、損傷或失效的隱患。這可是攸關(guān)安全與經(jīng)濟的大事兒，在60 米高的鍋爐頂上工作，可沒想象中那么容易。

我第一次爬上鍋爐時，就被60 米的高空嚇得膽戰(zhàn)心驚。我的腳下是網(wǎng)狀格柵板，透過網(wǎng)格看向地面，視線所及的房子和人，鐵路和汽車，都變成了樂高模型般的迷你小塊。風(fēng)從四面八方吹來，我踏著晃晃悠悠的網(wǎng)狀格柵板，整個人仿佛走在摩天輪上。我只想用手捂住眼睛，哪還有心思去檢查鍋爐設(shè)備的問題。

當時，前輩見我臉色發(fā)白，便在我耳邊不停地叮囑：“不要往下看，往上看！”我控制住兩腿的顫抖，放下捂眼睛的雙手，不去想腳底下凌空的畫面，游離的魂魄這才勉強回到體內(nèi)。不過，時間是最好的陪練員，沒個把月，我就從“步步驚心”變成了“閑庭信步”。爬上鍋爐勘查作業(yè)，比走在自家樓道里還自然愜意。

“恐高”的障礙克服了，下一步就要檢查機組的每一處細節(jié)。孫悟空在煉丹爐里練出了一雙“火眼金睛”，我們也在鍋爐里苦練神功，成了發(fā)電機組的活體“照妖鏡”。記得我第一次進鍋爐內(nèi)部檢查，十幾米高的鋼管矗立在眼前，就像一片茂密的黑色竹林。我和同事在這片鋼鐵叢林中攀著臨時搭好的架子穿行，一處一處地檢查鋼管有沒有腐蝕痕跡、煙氣磨損或裂紋，每一處缺陷都要記錄在案，并提出處理意見。萬一有缺陷未被查出，造成管道泄漏，導(dǎo)致發(fā)電機組停止運作，會損失上千萬元。

光靠一雙肉眼還不夠，有些細微的問題并非目力所能及，給鍋爐做“體檢”還需要啟用專業(yè)超聲波、射線設(shè)備。很多時候，我們都戲稱自己是金屬材料的“醫(yī)生”：醫(yī)院里的醫(yī)生用B 超，我們用A 超；醫(yī)院用CT，我們用RT——都是使用超聲波或者射線去尋找“病人”身體里的病灶。當然，我們的“病人”是個龐然大物，有60 米高呢！

發(fā)電廠還建有一個暗室，專門拿來洗用射線拍出的照片。我的前輩說，這么多年歷練下來，他洗照片的手藝可不比專業(yè)照相師差。沒想到吧，成為一名金屬材料工程師，還得十八般武藝樣樣精通。

在顯微鏡下看清金屬“細胞”

離開60 米高空時，工程師還會從鍋爐上提取樣品，把樣品帶回實驗室進行更細致的檢查。為了排查材料的老化失效隱患，我和同事們會長時間地泡在實驗室里，利用光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、掃描電鏡、光譜儀、力學(xué)試驗機、高溫爐等更先進的設(shè)備，檢測樣品的宏觀形貌、金相組織和力學(xué)性能。

如果說射線照相是為了發(fā)現(xiàn)病灶，那么把金屬拿到顯微鏡下觀察，則是為了看清金屬的“細胞”和“血管”。我們都知道，動物和植物是由細胞組成的，在顯微鏡下，人們可以看到細胞緊密排列成組織。同樣地，金屬在顯微鏡下也呈現(xiàn)出“細胞”結(jié)構(gòu)，它們緊密排列，形成金屬的“組織”。工程師用不同級別的砂紙均勻打磨，然后用金剛石研磨液拋光，最后用硝酸酒精或者氯化鐵溶液腐蝕，得到的就是金相樣品了。

圖_朱大鳳

用顯微鏡觀察樣品，就能進入一個奇妙的微觀金屬世界。不同金屬有不同組織，有的是白色等軸多邊形，一個連著一個，像是不規(guī)則的棋盤；有的黑白相間，如同圍棋的棋子；有的像連綿不斷的柱子；有的像起舞的羽毛。不同組織也有自己的名字，比如45 鋼的金相組織是鐵素體，T91 鋼的金相組織是馬氏體，316L 不銹鋼的組織是奧氏體。通過顯微鏡觀察不同的金相組織，就可以判斷這個材料的性能，是否發(fā)生了老化，是否還能在鍋爐等設(shè)備中正常使用。

除此之外，掃描電鏡能帶你進入十萬倍放大的世界，我們用它對金屬進行成分掃描。通過發(fā)射電子擊打金屬表面，可以測得每一片區(qū)域的元素分布；通過掃描電鏡下的景深觀察，可以判斷斷裂面的形貌，酒杯狀花樣代表材料韌性好，而人字紋、河流狀花樣則代表材料發(fā)生解離脆性斷裂。通過人字紋的形態(tài)走向，我們可以尋找到裂紋的初始點，從而更好地診斷金屬的老廢問題。

學(xué)習(xí)金屬材料專業(yè)，你將會同時感受到大和小的魅力：既要在60 米的高空為巨型鍋爐做體檢，也要在10 萬倍的顯微鏡下仔細觀察。一名金屬材料工程師有時候也像一位“偵探”，對樣品做實驗就像“破案”——我們通過各種儀器檢測，發(fā)現(xiàn)種種線索，最終找到導(dǎo)致問題發(fā)生的“真兇”。

材料工程師的“職業(yè)病”

每個男孩在童年時，都愛盯著路邊的漂亮汽車看個不停。鋼水是如何凝固成鋼錠、軋制成鋼板，再被沖壓成流線型光亮車身的……千變?nèi)f化的材料工藝，是我對金屬材料專業(yè)的興趣由來，報考大學(xué)時，我也毫不猶豫地選擇了材料成型及控制工程專業(yè)，為的就是了解材料背后的神奇奧秘。

衣食住行、信息溝通、能源供應(yīng)，人類社會的發(fā)展借助于形形色色的材料載體來實現(xiàn)。人們從早期利用天然材料如泥土燒陶，伐木采石建屋，到后來創(chuàng)造金屬、水泥與混凝土等人工材料，材料的創(chuàng)新更迭也造就了更美好的現(xiàn)代生活。

就我個人的生活經(jīng)歷來看，在材料領(lǐng)域工作時間長了，會患上有趣的“職業(yè)病”。買個鍋，買個保溫杯，都要先看看牌號是304還是316L，這些數(shù)字代表了不銹鋼的精煉度。一般來說，日常使用的不銹鋼產(chǎn)品里，數(shù)字越大，精煉度也就越好，對于我們金屬專業(yè)人士來說，“顏值”抵不上“材料”重要。

我的一位同事在閑聊時說起她新買了一根玫瑰金項鏈，但仔細查看后發(fā)覺手感和光澤都不太對勁。我們拿來觀察一番，有人說是鍍金的，有人說根本不是貴金屬，最后我拿來手持式光譜儀檢測——90%的銅和10%的鋅。大家紛紛支持她把檢測結(jié)果拍下來去找賣家維權(quán)，這件事至今仍是我們實驗室的趣聞。

正是我們這樣一批年輕盡職的金屬材料工程師，在笑談間為城市電力保駕護航。璀璨的城市天際線、溫暖的萬家燈火，我知道，那里有一束光芒來自60 米高空之上的我們。

專業(yè)面對面

人類存在于物質(zhì)世界，我們目之所及、手之所觸，都是性能不同的各種材料。從挖泥燒陶、伐木采石，到大量使用金屬、混凝土等現(xiàn)代材料，社會的發(fā)展離不開對材料的探索與利用。關(guān)于材料成型及控制工程專業(yè)的更多內(nèi)容，讓我們來聽聽老師和學(xué)長學(xué)姐的分享吧。

材料成型及控制工程

本科專業(yè)代碼：080203

本專業(yè)學(xué)生需學(xué)習(xí)理論力學(xué)、材料力學(xué)、電工電子技術(shù)、自動控制原理、微機原理與接口、軟件語言程序設(shè)計等專業(yè)基礎(chǔ)課程，而后學(xué)習(xí)材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)、材料成型原理、機械原理與機械設(shè)計、測試技術(shù)、結(jié)構(gòu)有限元分析、機器人傳感視覺與控制等專業(yè)課程，以掌握各種材料性能，以及對加工設(shè)備的自動控制編程以及對成型模具的設(shè)計與改進的綜合能力。

本專業(yè)就業(yè)領(lǐng)域非常寬廣，有材料研發(fā)與制造的科研單位，有芯片制造、檢測與電子封裝行業(yè)，有汽車、飛機與船舶制造業(yè)，還有能源電力行業(yè)、機械加工制造與銷售業(yè)，學(xué)生亦可從事工業(yè)管理和公共管理工作。

專業(yè)基礎(chǔ)或核心課程（如理論力學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)等）為“不走班”模式，專業(yè)選修課程（如納米技術(shù)、復(fù)合材料等）為“走班制”模式。材料專業(yè)所涉知識面廣，方向眾多，一般由多名教授在線上和線下講解相關(guān)專業(yè)知識、理論及近期學(xué)術(shù)前沿進展概況。同時，該專業(yè)對實踐能力要求較高，需要學(xué)生到實驗室實操演練。如果選擇到老師的課題組學(xué)習(xí)，還能享有導(dǎo)師一對一輔導(dǎo)的福利。

現(xiàn)為武漢大學(xué)材料系書記、系副主任、副教授

碩士畢業(yè)于武漢大學(xué)材料系，現(xiàn)為武漢大學(xué)動力與機械學(xué)院教師