曹春曉：讓中國發(fā)動機首次用上鈦合金
2012年11月23日 9:53 6782次瀏覽 來源： 中國航空報 分類： 鈦資訊
曹春曉，材料科學家、鈦合金專家，中國科學院院士。1956年畢業(yè)于上海交通大學機械制造系金屬壓力加工專業(yè)，分配到中航工業(yè)航材院從事鈦合金與應(yīng)用工作?，F(xiàn)為中航工業(yè)航材院研究員、博士生導(dǎo)師、學位評定委員會主席。他不斷開創(chuàng)新型鈦合金和鈦—鋁系金屬間化合物及其制備技術(shù)，并創(chuàng)立高低溫交替熱變形、BRCT熱處理等多項新工藝。1997年當選中國科學院院士。
鈦合金，是20世紀50年代才開始走向工業(yè)化生產(chǎn)的新材料。曹春曉及其科研團隊經(jīng)過半個多世紀的拼搏，先后譜寫了中國航空材料領(lǐng)域以TC4、TC11、TA12、TD2為標志的四個重要篇章，其性能水平、生產(chǎn)工藝、流程及標準目前均已達到世界先進水平，當前正在書寫以鈦鋁（TiAl）合金為標志的新篇章，并已取得重要進展。
TC4——艱難起步
1964年底，航材院鈦合金研究室的領(lǐng)導(dǎo)和專業(yè)組長曹春曉思考怎樣打開鈦合金在我國航空工業(yè)應(yīng)用的局面。曹春曉覺得，在發(fā)動機上應(yīng)用鈦合金可最大限度減輕結(jié)構(gòu)重量，從而能更有效地減輕發(fā)動機結(jié)構(gòu)重量和提高發(fā)動機的推重比。根據(jù)當時情況，航空用鈦的突破口應(yīng)該是采用最成熟的Ti-6Al-4V合金（我國牌號為TC4）取代鋼制成渦噴6發(fā)動機的壓氣機轉(zhuǎn)子葉片和盤。
1965年，項目組用真空自耗電弧爐熔煉了一個直徑140毫米的TC4合金鑄錠，并在研究鍛造和熱處理工藝的基礎(chǔ)上研制出組織和性能合格的棒材。接著，項目組研制成功首批渦噴6發(fā)動機第一級和第六級壓氣機轉(zhuǎn)子葉片，在擴大試驗階段，研制出較大規(guī)格的TC4合金鑄錠，鍛成棒材后制成全面合格的渦噴6發(fā)動機第一級壓氣機轉(zhuǎn)子葉片，裝到第一級不銹鋼壓氣機盤上，參加654號發(fā)動機長期試車。1966年，試車達到244小時，圓滿達標。
與此同時，TC4鈦合金盤件研制項目組也取得重大進展。1969年制成裝有TC4葉片和盤件的兩臺渦噴6A型發(fā)動機安裝在同一架飛機上，完成了我國第一架有發(fā)動機用鈦合金盤、葉片的飛機試飛任務(wù)。
從1970年開始，渦噴6B型發(fā)動機在制造中選用TC4，并進行了小批量生產(chǎn)。之后，五六種航空發(fā)動機先后應(yīng)用了TC4合金壓氣機葉片、盤。TC4合金產(chǎn)品的研制成功為我國鈦工業(yè)的發(fā)展和在航空工業(yè)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，起到了開路先鋒的作用。
TC11——大步前行
1979年，國防部決定用殲8Ⅱ等新型殲擊機裝備空軍，新型機所用渦噴13系列發(fā)動機需要一種耐熱溫度、拉伸強度比TC4高的TC11鈦合金，用以制造第三至第八級壓氣機盤、轉(zhuǎn)子葉片和第一至第七級靜子葉片。在航空部領(lǐng)導(dǎo)的協(xié)調(diào)下，曹春曉很快成立了TC11材料、盤模鍛件研制的聯(lián)合課題組。
曹春曉先配料熔煉一個中等尺度的TC11鈦合金鑄錠，開坯并反復(fù)鐓拔成餅材，最后鍛成渦噴13發(fā)動機第三和第六級壓氣機盤模鍛件。很快突破了“模鍛成形關(guān)”和“組織性能關(guān)”，模鍛件的形狀尺寸、金相組織、力學性能和超聲波無損檢驗結(jié)果都達到了預(yù)期指標。打響第一炮后，緊接著課題組便正式啟動大爐研制。課題組首先攻克了TC11合金鑄錠的“熔煉關(guān)”，熔煉得到合格的大型TC11合金鑄錠后，又采用高低溫交替鍛造新型工藝準確無誤地進行了鑄錠開坯、棒坯和餅（環(huán)）坯的鍛造。這批餅（環(huán)）坯很快就完成了5臺份渦噴13發(fā)動機第三至第八級壓氣機盤模鍛件的研制，一些關(guān)鍵力學性能還超過國外水平。
裝上了TC11合金的渦噴13發(fā)動機通過了長期試車。之后，曹春曉又主持開展了以殲7減速傘艙梁為應(yīng)用典型零件的TC11合金應(yīng)用工作，首創(chuàng)了BRCT熱處理工藝，使TC11合金變成了兼有“四高二低”（高溫、高強度、高韌性、高剛性、低密度、低裂紋擴展速率）特性的鈦合金。
由于TC11具有優(yōu)良的綜合性能，且工程化應(yīng)用比較成熟，自研發(fā)成功至今，大批量地應(yīng)用于渦噴13發(fā)動機，推廣應(yīng)用到昆侖、渦扇9等發(fā)動機。
責任編輯：hq
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