师昌绪《铸造空心涡轮叶片攻关回忆录》手稿 “老科学家学术成长资料采集工程”供图
11月10日，是我国高温合金研究的奠基人、材料腐蚀领域的开拓者，被誉为“中国材料学之父”的两院院士师昌绪先生逝世8周年纪念日。先生虽已逝去，但翻开他留下的《铸造空心涡轮叶片攻关回忆录》手稿，看着那清隽有力的字迹，我们仿佛又看到了他的音容笑貌，又回到了那个十分艰苦又极为光荣的岁月……
1955年6月，沐浴在初夏日渐明艳阳光中的古都北京，像极了正处于“一五计划”中期的新中国，一切都生气蓬勃、欣欣向荣。
此时，师昌绪正坐在北上沈阳的列车中。在中国科学院领导面前，他表示不去上海，而要去条件更艰苦的沈阳，到中国科学院金属所（以下简称金属所），从事金属材料的研究与开发。并且在那里一干就是30年。
为了新中国的需要，师昌绪从擅长的物理冶金理论研究转向炼铁、炼钢、轧钢的工艺开发，包括航空发动机核心材料高温合金的研究。他走遍了全国特殊钢厂和航空发动机厂，解决生产中出现的问题，被人们称为“材料医生”。
1964年10月的一个深夜，师昌绪家走进来一位重量级的“求诊者”，带来了一个世界级的“疑难病”。
当时，我国自行设计的歼8战斗机方案已进入最终决策阶段，动力问题成为制约新型飞机自主设计的关键。新型飞机要求增加推动力20%，这意味着要提高发动机涡轮的工作温度。因此，解决涡轮叶片耐高温的问题迫在眉睫。讨论了几个月，大家终于想出了一个“不是办法的办法”：把发动机的实心涡轮叶片改进为空心叶片并进行强制冷却。
理论上，这当然是个好办法。美国刚刚在1961年研制成功铸造空心涡轮叶片技术并投入使用。这条路子走得通，而且很先进。但回到现实，美国将技术对全世界严格保密，要研发空心涡轮叶片相当于一步跨越十几年，一些专家认为，这好似一步登天，不可能成功。
时任航空材料研究所副总工程师的荣科毅然立下军令状：“如果不能在1年内研制并提供空心涡轮叶片和新的高温合金，我甘愿把自己的脑袋挂在研究所大门口示众。”
当晚，荣科就去拜访师昌绪，请他挂帅研制空心涡轮叶片。
“我没见过，也不知道怎么做。”师昌绪最开始也有点儿懵。但是“为祖国作贡献是第一要义！”很快，他以高超的学识和胆识，手持唯一的资料——荣科凭在国外观展时的印象画给他的一张产品草图，接下了任务。“中国人不比美国人笨，只要肯做，就一定能做出来。”
为啃下这块“硬骨头”，师昌绪挂帅，挑选出科研人员“一百单八将”组成项目组，采取荣科“设计—材料—制造”一体化的建议，金属所、发动机设计和制造厂等部门协同攻关。
第一个难关是选择制作空心叶片型芯的材料，这是当时国际上高度保密的技术。科研人员尝试了钼丝、磷酸盐等，却一一失败。正在众人一筹莫展之际，师昌绪偶然从一本外国杂志上看到一个出售细石英管的广告，他敏锐地意识到，石英管在耐火性、强度、化学稳定性、尺寸精度和表面光洁度五个方面性能优异，他带领团队集中攻关，不到一个月就攻克了型芯的技术难关。
第二个难关是制模，这是铸造空心叶片工艺的第一道工序，经过不断地试验与摸索，研究团队设计出一套组合制模方法并制造出高精度的模具，既简化了工序，又稳定了工艺。
合金选用是第三个难关。当时国际流行的IN100合金是首选，但这种合金的生产过程十分复杂，国内极难仿制。师昌绪决定采用金属所1962年研发出的具有国际水平的铸造镍基高温合金——M17合金。通过开发新的冶炼工艺，研究团队又进一步提高了M17合金的组织和性能稳定性。
由“锻造加工”改为“真空精密铸造”，由“实心”改为“空心”，仅用1年时间，我国第一片九孔铸造镍基高温合金空心涡轮叶片就诞生在金属所的实验室中。中国成为世界上第二个采用铸造空心叶片的国家，而英国后来完成这一研究成果足足用了15年。人们称赞师昌绪“用百米冲刺的速度完成了一次马拉松长跑”。
1966年12月，由我国自主研制的第一片铸造九孔空心涡轮叶片装机试车成功，我国歼8战斗机换上了新技术“心脏”。1967年，装配空心涡轮叶片的新型战鹰高空飞行时速超过苏联样机10%以上，我国航空发动机性能上了一个新台阶。此后，这种叶片又装备在我国20世纪60至90年代生产的大部分先进发动机上。多年来从未因为该叶片的问题出过任何事故。
“有胆识，敢担当，空心涡轮叶片，是你送给祖国的翅膀”。在“感动中国2014年度人物”颁奖典礼上，一尊献给师昌绪的奖杯被放置在空心涡轮叶片和白玫瑰花旁。祖国和人民永远不会忘记为新中国发展作出贡献的每一位奋斗者。
作者：高文静 中国科协创新战略研究院
本文首发于《科技日报》2022年11月11日 第06版
原标题：《让祖国战鹰“内心”更强大——忆师昌绪攻关铸造空心涡轮叶片》
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