作者:沈春蕾,刘言 来源:中国科学报 发布时间:2024/5/14 12:51:36
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他为何缺席全国五一劳动奖章表彰大会

 

“有颁奖照片吗?”

“他没去现场领奖。”

……

他是中国科学院金属研究所(以下简称金属所)研究员杨锐。因在航空航天和深海探测领域的突出贡献,杨锐获全国五一劳动奖章,却因为工作缺席了颁奖典礼。

这些年来,杨锐实在太忙了,他忙着带领团队解决长征五号系列火箭氢氧发动机核心部件氢泵叶轮制备的技术难题;他忙着攻克钛合金超细粉制备技术,实现重点飞机型号关键原材料的自主保障;他忙着发明高强高韧钛合金,制造出世界上容量最大的万米级载人舱,用于“奋斗者”号潜水器;他忙着实现钛铝叶片无余量铸造,用于长江系列航空发动机,技术成果实现产业转化……

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杨锐(左三)和团队成员 金属所供图

铸飞天之“心”

5月3日,长征五号运载火箭成功将嫦娥六号探测器送入预定轨道,这也是长征五号继2020年11月护送嫦娥五号探测器奔月后再次执行深空探测任务。

发动机是火箭的心脏,长征五号有着一颗非常强大的心脏,作为心脏核心部件的氢泵叶轮由杨锐带领的钛合金研究团队研制。

杨锐担任金属所钛合金研究部主任已有27年,他牵头研制的氢泵叶轮从2016年应用于长征五号首次发射后,一直沿用至今。

多年前,氢氧发动机是业界公认的发展大推力航天动力的拦路虎。“氢泵叶轮是氢氧发动机中最重要的部件之一,它好比发动机的‘心脏半膜’,可以在零下253摄氏度的低温下飞速旋转,给发动机输送液态氢燃料,转速最高可达35000转/分钟,轮盘边缘速度高达430米/秒,比声速还快。”杨锐表示,这对材料、工艺及产品性能都提出严苛要求。

2008年前,我国针对粉末冶金氢泵叶轮的研究几乎为零。2008年,杨锐带领团队承接了氢泵叶轮的攻关任务。

当时,国际上已经有采用粉末冶金成形新技术制造氢泵叶轮,但杨锐在查询文献时发现只能看到大概轮廓和最终结果,文献对关键技术和工艺过程只字不提。

这可该怎么办?氢泵叶轮的攻关时间紧、任务重,杨锐也是第一次开展粉末冶金部件研究,没有可以借鉴的经验,只能硬着头皮上。

“氢泵涡轮属于闭合空腔结构,内部无法进行机加工,对成形后的尺寸精度要求非常高,而粉末致密化时体积收缩高达30%,控制复杂形状轮廓尺寸的难度极大。”杨锐说,“我们遇到的最大难题是如何让性能和尺寸精度同时达标。”

在着手部件成形试验之前,杨锐带领团队开展了大量的模拟计算,最终成功解决了尺寸精度与成形开裂的矛盾,并在一年半的时间内攻克了洁净钛合金粉末制备技术,突破了氢泵叶轮材料与制造技术瓶颈。

2016年11月,长征五号首次发射成功,杨锐却已投入新一轮的忙碌中。

造潜海之“舱”

2016年,“奋斗者”号万米载人潜水器立项。在立项前的论证阶段,杨锐已经为全海深载人舱的研制做好了充分的准备工作。

“‘奋斗者’号载人舱若要承受万米深度海水压力,如果采用国际通用的Ti64合金,将会给获得均匀显微组织带来很大难度,这样强度就不合格;而且随着板材厚度增大,焊接风险随之增大,无法保证焊缝具有足够的韧性。”专家组经过多次论证后认为,采用Ti64合金这条技术路线在国内不可行,唯一出路是研制更高强度同时保持高韧性的新的钛合金。

“十一五”期间,杨锐带领的钛合金研究部就研制出一个新的钛合金材料,该材料表现出的韧性和可焊性都非常出色,为“奋斗者”号万米载人舱材料的研制提供了技术的积累。

但杨锐也清楚地知道,这款钛合金材料与厚板焊接的技术要求还存在一定距离,其在厚板条件下的强度、韧性和可焊性三者的综合平衡水平离工程要求尚远。为此,他决定从合金成分设计入手解决。

2014年春节期间,杨锐翻阅文献时受到启发,联想到如果在钛铝合金中加入钼取代铌,会不会更有利于合金稳定,从而提高韧性?为了验证这个想法,团队成员立即结束休假,回到实验室开始进行计算工作,计算结果与杨锐的推测一致。

至此,杨锐关于新型合金设计的主要思路逐渐清晰:回避周期表中处于钛下面的难熔金属元素,酌量增加其右方的元素。实验结果验证了这个思路的正确性,成分调整后的合金不仅解决了载人舱的可焊性问题,还具备了工程实现的可能性。

最终,我国原创的新型钛合金Ti62A诞生了,它的韧性和可焊性与Ti64相当,强度提高20%。

“‘奋斗者’号用的是我国自己发明的钛合金,是纯粹国创、国产,我们终于可以删掉国产化的‘化’字,在追赶中实现了超越。”国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项总体专家组组长丁抗是这样评价Ti62A的。

2020年11月,随着“奋斗者”号成功下潜10909米,我国成为世界上第二个实现万米载人深潜的国家,创造了中国载人深潜新纪录,也创造了可搭载3人载人舱的世界最大纪录。

截至目前,“奋斗者”号已累计下潜230次,使我国成为万米下潜次数(25次)和人数(32人)最多的国家。

奔赴“星辰大海”

每当杨锐忙完一项艰巨的任务时,他并没有沉浸于成功的喜悦中,而是让自己迅速冷静和平静下来,为迎接新一轮的任务调整好状态。

目前,为实现我国商用航空发动机的减重,杨锐正带领团队自主研制关键新材料钛铝合金,并开发低成本叶片制造技术。

杨锐介绍,团队已经发明高稳定性氧化钇面层技术,可以实现表面反应层厚度降低一个数量级的技术突破,在国际上首次解决钛铝叶片无余量铸造难题并实现工业应用,这项成果未来将助力安装国产动力的商用飞机腾飞。

这些年,杨锐团队发明的新技术正在加速推广应用,加快了我国钛行业迈向产业链高端的步伐。他以全海深载人舱为例介绍,其研制带动了我国钛合金工业能力提升和装备制造技术进步。

其中,高强高韧钛合金铸锭尺寸、板材幅宽与厚度、钛合金半球厚度、锻件截面与单重、钛合金电子束焊缝厚度等技术指标均打破国内原有纪录,达到我国现有钛工业设备的极限能力。

另外,超大厚度高强钛合金电子束焊接和热处理技术实现了技术跨越,这些制造能力的转化与推广有望提升我国舰船、海洋工程和石油化工领域的钛合金应用水平。

杨锐的科研工作都是从国家的战略需求出发,在一次次忙于奔赴“星辰大海”时,他总是不遗余力。

 
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