譜寫航空鈦合金的絢麗人生

鈦合金，這個國際上自上世紀50年代才開始走向工業(yè)化應(yīng)用的新材料，深受航空專家的青睞，它一經(jīng)問世，便給飛機的發(fā)展開辟了廣闊天地。建國初期，由于我國沒有自己的材料科研機構(gòu)，在飛機的研制之初，甚至連極普通的油漆、布帶都要向蘇聯(lián)訂購。為了建立強大的航空工業(yè)，1956年在編制科技發(fā)展規(guī)劃中，國家將鈦合金研究列為重點科研任務(wù)中72個重中之重的攻關(guān)項目。22歲的曹春曉，正是在此時躊躇滿志加入了我國第一批鈦合金研究隊伍。如今我國的航空鈦合金研究已躋身世界先進水平。在55年研究生涯中，作為航空材料專家，曹春曉殫精竭慮、不斷創(chuàng)造，為祖國研制先進現(xiàn)代化戰(zhàn)機建立了重要功勛，用青春和熱血譜寫了航空鈦合金的絢麗人生。

好奇心成了求知欲的動力

1934年8月6日，在浙江上虞縣曹家堡的曹氏家族呱呱墜地了一個小生命，是個男孩，父親給他取了個富有詩意的名字，曹春曉。曹春曉的父親曹蔭培小時念過幾年私塾，有些文化，寫得一手好字，在當(dāng)?shù)厮闶莻€識文斷字的小知識分子。他不甘平淡，胸有宏志，對外面的世界充滿幻想，在從日本留學(xué)回鄉(xiāng)的文學(xué)家夏丐尊的啟發(fā)下，18歲就從家鄉(xiāng)到上海闖蕩。上海是個能包容萬物的大舞臺，曹蔭培靠著吃苦耐勞，勤學(xué)多思，很快就學(xué)了不少本事，幾年后用積蓄創(chuàng)建了自己的旅社和綢店，完成了從當(dāng)學(xué)徒到業(yè)主的轉(zhuǎn)變。

曹春曉3歲隨母親和哥哥來到上海父親處，在上海黃陂南路123弄1號的住房開始了童年生活。1940年，6歲的曹春曉上了學(xué)。第一學(xué)期，父母管得很緊，一放學(xué)回家就要問這問那，作業(yè)得多少分啦，挨老師批評了沒，和同學(xué)吵架了嗎？每天督促著小春曉回家先完成作業(yè)。漸漸地他們發(fā)現(xiàn)，其實這個孩子不用去操心，他自己有足夠的學(xué)習(xí)動力。他有一種與生俱來的強烈好奇心、求知欲，只要遇到?jīng)]有見過、沒有聽過的新鮮東西，“精神頭”一下就提了起來。由于對書愛不釋手，幾近癡迷，9歲小春曉眼睛就近視了。1946年，曹春曉考入離家較近的崇實中學(xué)。進入初中的他仍和小學(xué)一樣保持著學(xué)業(yè)的領(lǐng)先地位，加之愛看課外書，不久就在班上得了個雅號——小博士。

1949年上海解放，同年9月，曹春曉考入上海南洋模范中學(xué)讀高中。在此之前，父親的生意已逐漸下滑，家庭經(jīng)濟每況愈下，父親對上海的紡織業(yè)情有獨鐘，竭力主張曹春曉報考帶有職業(yè)學(xué)校特點的上海紡織專科學(xué)校。為了實現(xiàn)科技強國的理想，曹春曉非常希望先上南模中學(xué)，然后再考入與該校歷史上有著天然聯(lián)系的上海交通大學(xué)。為了不和父親的意見正面沖突，他同時報考了這兩個學(xué)校，最終收到了兩份錄取通知書。最后他說服父親如愿進入南模中學(xué)。1952年曹春曉如愿以償考入上海交通大學(xué)機械制造系，學(xué)習(xí)金屬壓力加工專業(yè)。

通過上南模中學(xué)的經(jīng)歷，使曹春曉增進了對共產(chǎn)黨的感情，新舊社會的鮮明對比，使他對黨由衷熱愛。1951年10月，在高中他加入了共青團。大學(xué)的黨支部了解到曹春曉在南模中學(xué)的表現(xiàn)后，便將他作為入黨重點發(fā)展對象加以培養(yǎng)，1954年6月，曹春曉光榮加入中國共產(chǎn)黨。由于在大學(xué)他學(xué)習(xí)一直優(yōu)秀，畢業(yè)前系主任周志宏告訴他，系里研究決定，準備將他留校從事教學(xué)工作。留校既可以免除求職之?dāng)_，又能就近接濟已很困難的家庭。但曹春曉想到小時候看到的“法國公園”門口“華人與狗不得入內(nèi)”的侮辱性標牌，想到幼年日本飛機在上海上空對居民區(qū)的瘋狂轟炸掃射，想到從初中就立下的科技強國的志向，經(jīng)過一整天考慮，他決定還是到國防科研單位去，為國防科技奉獻終身。很快他被分配到了一個新成立的國防科研單位——北京航空材料研究所。

在科研戰(zhàn)場上成長

1956年8月，曹春曉走上工作崗位。北京航空材料研究所是抗美援朝戰(zhàn)爭后，國家建設(shè)強大國防在基礎(chǔ)科研領(lǐng)域布下的第一批棋子。在入朝作戰(zhàn)中，我軍初創(chuàng)了自己的空軍，并在恢復(fù)工廠的修理工作后，國家相繼提出了飛機試制計劃，工廠改造計劃以及組織建設(shè)航空工業(yè)研究院的任務(wù)，1956年4月中蘇兩國政府簽訂了關(guān)于蘇聯(lián)援助的補充協(xié)議書，將航空材料研究所列為蘇聯(lián)援建的156個項目之一。

1951年，在美國耶魯大學(xué)獲得冶金工學(xué)博士學(xué)位并在紐約大學(xué)從事過鈦合金實驗室的建立和鈦合金相圖與加工織構(gòu)研究工作的顏鳴皋回國，于1956年調(diào)至北京航空材料研究所創(chuàng)建鈦合金實驗室。曹春曉工作初始，被所里分配作顏鳴皋的助手，擔(dān)任科技資料組組長，廣泛收集國內(nèi)外資料，為即將展開的鈦合金研究做基礎(chǔ)性工作。

在工作逐步走上正軌后，曹春曉的個人問題開始受到組織的關(guān)心，其實他的愛情在大學(xué)就綻放了花蕾，未婚妻是同班同學(xué)張琲聯(lián)。1956年曹春曉到北京報到，張琲聯(lián)依依不舍到火車站相送。她因報考了赴蘇留學(xué)生，在上海等候考試結(jié)果，后來留蘇愿望未能實現(xiàn)，經(jīng)曹春曉和所里及上海交通大學(xué)溝通，兩邊領(lǐng)導(dǎo)同意，張琲聯(lián)不久也被分配到了北京航空材料研究所，在鍛壓實驗室工作。1958年2月7日，曹春曉與張琲聯(lián)喜結(jié)連理。

1957年元月，設(shè)在航空材料研究所的我國第一個鈦合金實驗室成立，顏鳴皋任實驗室主任。為了讓實驗室成員得到理論武裝，顏鳴皋首先開設(shè)了《鈦及鈦合金》系列講座。曹春曉每一次都去聽，并做了詳細的記錄。在科研中，曹春曉勤學(xué)善思、作風(fēng)細致的特點得到領(lǐng)導(dǎo)的認可，1959年被任命為研究室有色金屬壓力加工專業(yè)組組長，并受命主持了為大躍進中提出的超聲速殲擊機“東風(fēng)113”的61號發(fā)動機開展“T-8鈦合金葉片試制及其模鍛工藝研究”的工作；1960年，又赴鞍鋼與該公司共同研制T-4鈦合金薄板，為“東風(fēng)113”軋制減速板整流罩。但隨著這種不切實際的飛機設(shè)計項目的下馬，試制出來的鈦合金零件卻失去了用武之地。

在摸透蘇聯(lián)米格-21飛機科研會戰(zhàn)中，根據(jù)空軍和六院的部署，航空材料所承擔(dān)了提前研制出新機種設(shè)計和生產(chǎn)所需材料的任務(wù)。作為項目負責(zé)人，曹春曉擔(dān)負了這一任務(wù)的T-15鈦合金板材軋制工藝的研究，在短短的時間內(nèi)完成了這項科研任務(wù)。1962年，他發(fā)表了自己的第一篇學(xué)術(shù)論文《熱塑性變形條件對α+β型鈦合金顯微組織與機械性能的影響》。

1964年，室主任向曹春曉交代任務(wù)：要求他這個專業(yè)組長考慮一下怎樣打開鈦合金在我國航空工業(yè)應(yīng)用的局面。經(jīng)過反復(fù)思考，他決定以航空發(fā)動機為突破口，在發(fā)動機的轉(zhuǎn)子葉片和盤上開展“以鈦代鋼”的研究。經(jīng)過與領(lǐng)導(dǎo)和專業(yè)組其他同志交換意見，初步確定在渦噴6發(fā)動機及其改型機上開展置換。這一大膽想法很快得到時任航空工業(yè)部副部長兼六院院長劉鼎的大力支持，批撥105萬元課題費為此立項。曹春曉在這項科研項目中擔(dān)任了研制Ti-6A1-4V合金（我國牌號為TC4） 壓氣機葉片的課題目負責(zé)人，作為專業(yè)組長，并兼顧另一個項目盤的溝通協(xié)調(diào)工作。1965年，曹春曉幾乎把全部精力都投入到課題之中。在室里拿到熔煉出的性能合格的棒材后，他和同事們又風(fēng)風(fēng)火火到達成都420廠研制首批渦噴6發(fā)動機第一級和第六級壓氣機轉(zhuǎn)子葉 片。1966年春節(jié)前夕，420廠完成了試車前的鈦合金葉片發(fā)動機裝機工作。鈦合金葉片經(jīng)受住了嚴峻考驗，先期試車取得成功。經(jīng)過長達244小時的長期試車，發(fā)動機圓滿達標。1969年兩臺裝有鈦合金葉片和盤的發(fā)動機同時裝到了同一架飛機上，從1970年10月到1972年8月，順利完成了我國首架以鈦合金盤和葉片的發(fā)動機為動力裝置的飛機長期試車任務(wù)。之后，五六種航空發(fā)動機先后裝上多級TC4鈦合金葉片和壓氣機盤，取代了原來笨重的鋼葉片和鋼盤，顯著提高了發(fā)動機的推重比，經(jīng)鑒定，其性能達到了美國宇航材料標準。

TC4鈦合金在渦噴6及其改型機上的應(yīng)用，實現(xiàn)了我國航空發(fā)動機用鈦史上零的突破，為航空發(fā)動機掀開了新的一頁。這一技術(shù)創(chuàng)新當(dāng)時只比美國晚10年，只是“文革”動亂，這個差距又拉大了。

在創(chuàng)造中閃爍光芒

文化大革命中，造反派將所里的總工程師顏鳴皋關(guān)進牛棚，打成美國特務(wù)。有人讓曹春曉準備一下批判顏鳴皋的發(fā)言，曹春曉是顏鳴皋的入黨介紹人，對他的歷史和入黨后的表現(xiàn)比較了解。他回答說：“沒什么可揭發(fā)的。”后來，有人貼出巨幅大字報，批判“資產(chǎn)階級學(xué)術(shù)權(quán)威——曹春曉”。1970年，妻子張琲聯(lián)又被下放到“五七”干校勞動。面對單位沉重的政治壓力和家庭又當(dāng)?shù)之?dāng)媽的負擔(dān)，他沒有卷入“造反派”和“保皇派”的斗爭漩渦中，從容地堅持科研工作。有時為了出差，只好將孩子委托鄰居和專業(yè)組的同志照看。

1973年，國家啟動大型干線客機運10的渦扇發(fā)動機研制，北京航空材料研究所派出曹春曉等參加“鈦合金在長壽命航空發(fā)動機上的應(yīng)用研究”課題組，1977年與上鋼五廠等組成“TC4大鍛件質(zhì)量攻關(guān)組”，經(jīng)過幾年協(xié)同作戰(zhàn)，緊張攻關(guān)，研制出了10多臺渦扇8發(fā)動機，通過了150小時的適航性試車。渦扇8的研制，使我國航空工業(yè)的鈦用量和冶金工業(yè)的鈦產(chǎn)量都達到了前所未有的規(guī)模。1982年它又被裝在波音707飛機上，通過21小時46分、8個起落的試飛考核。不過運10和渦扇8最終沒有逃脫下馬的命運，但是曹春曉等人10多年嘔心瀝血的成果——“TC4鈦合金在航空發(fā)動機上的應(yīng)用研究”，在科學(xué)春天到來的時候，得到了國家認可，獲得了全國科學(xué)大會獎。

運10飛機及其渦扇8發(fā)動機下馬，隨著中央軍委決定用殲8Ⅱ等新型殲擊機裝備空軍，渦噴13發(fā)動機便“高調(diào)”上馬。渦噴13鈦合金用量占總結(jié)構(gòu)重量的13%，材料需要耐熱溫度比TC4合金高100℃、拉伸強度比TC4高100MPa的TC11鈦合金。考慮到該合金特別是盤模鍛件研制難度大，為了保證發(fā)動機研制進度，冶金部和航空部聯(lián)合打報告擬向國外訂購相應(yīng)的盤模鍛件及其材料，國家計委為此批下500萬美元。這一計劃激起了航空工業(yè)內(nèi)部有人提出挖掘?qū)I(yè)鍛造廠潛力聯(lián)合研制TC11鈦合金盤的建議，作為鈦合金專業(yè)組組長的曹春曉知道后，向有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)表示了全力支持這一建議的態(tài)度。

1980年TC11鈦合金材料、盤模鍛件研制聯(lián)合課題組成立并正式啟動，曹春曉擔(dān)任總課題負責(zé)人。為了降低風(fēng)險，他決定在上鋼五廠投料進行大爐研制前，先搞一個先鋒批（首批）盤模鍛件研制。課題組齊心協(xié)力，日夜拼搏，按著預(yù)定工藝路線鍛制出坯料。兩個先鋒批坯料又很快在貴州安大鍛造廠10噸錘上模鍛成第三和第六級壓氣機盤。最終檢驗結(jié)果金相組織細小均勻，力學(xué)性能完全符合技術(shù)標準。事實證明，高低溫交替熱變形工藝可以“移花接木”到TC11鈦合金上。先鋒批的研制，很快突破了“模鍛成形關(guān)”和“組織性能關(guān)”。

緊接著，按照先鋒批試制的工藝路線，曹春曉細密制定了具體操作規(guī)范，啟動了大爐研制。并及時完成了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。當(dāng)420廠正在為TC11鈦盤緊急缺料，渦噴13發(fā)動機總計劃進度眼看就要延誤的關(guān)鍵時刻，聯(lián)合課題組夜以繼日研制出來的5臺份鈦盤鍛件像及時雨送到他們面前。由于關(guān)鍵部件及時安裝到發(fā)動機上，使該發(fā)動機按計劃順利通過長期試車，為不久的殲8Ⅱ和另一架新型殲擊機首飛成功做出了重要貢獻。以后TC11又大批量地應(yīng)用到“秦嶺”、“昆侖”發(fā)動機上，成為我國軍工系統(tǒng)用量最大的一種鈦合金。

由于課題組解決渦噴13發(fā)動機急需盤模鍛件及時，國家用于購買國外同類產(chǎn)品的500萬美元被節(jié)省下來，原來用于準備新建一條生產(chǎn)線的621萬國內(nèi)投資，由于挖掘了現(xiàn)有工廠的設(shè)備潛能也不再需要，1981～1985年航空部內(nèi)鍛造廠鈦件產(chǎn)值增加了3000萬元，新創(chuàng)利稅240多萬元。高低溫交替熱變形工藝創(chuàng)新成果所帶來的這些重大的社會效益和經(jīng)濟效益，使該課題獲得了1987年國家科技進步一等獎，曹春曉為第一完成人。

永不停歇地科研探索

隨著更先進航空發(fā)動機的發(fā)展，高壓壓氣機的工作溫度越來越高，而TC4和TC11鈦合金只能分別滿足400℃ 和500℃以下工作零部件的要求。后段高壓壓氣機的工作溫度已超過500℃，不得不選用耐熱鋼或鎳基合金制造葉片、盤和鼓筒等零件，而它們的比重要比鈦合金高一倍。為進一步減輕發(fā)動機重量、提高飛機發(fā)動機推重比，迫切需要研制能耐更高溫度的新型鈦合金。這時，中國科學(xué)院金屬研究所針對沈陽航空發(fā)動機研究所設(shè)計的“昆侖”發(fā)動機提出的要求，初步成功研制出了能耐550℃高溫的鈦合金（Ti-55），并主動提出與北京航空材料研究所曹春曉等聯(lián)合開展Ti-55合金研制及應(yīng)用。從1986年開始，曹春曉作為“550℃高溫鈦合金的應(yīng)用研究”課題負責(zé)人和材料研制的參加人，又投入新的戰(zhàn)斗。

Ti-55合金不同于國外同類合金的最主要特點是在Ti-A1-Sn-Zr-Mo-Si系合金中添加了稀土元素釹，釹在合金中起著細化晶粒、凈化晶界、穩(wěn)定組織、提高抗氧化性等良好作用。Ti-55高溫鈦合金研制及應(yīng)用的首要技術(shù)難題是解決550℃下蠕變抗力與熱穩(wěn)定性之間的矛盾。課題組經(jīng)過8年攻關(guān)，突破8大關(guān)鍵技術(shù)，使550℃高溫鈦合金葉片、盤和鼓筒等零件通過裝機評審，并在“昆侖”發(fā)動機上經(jīng)受住了長期試車的考驗。1996年，Ti-55高溫鈦合金研制通過了以師昌緒院士為主任的鑒定委員會的鑒定。被評價為“以電子濃度為熱穩(wěn)定性判據(jù)的合金設(shè)計理論及加稀土釹的合金體系的建立具有獨創(chuàng)性，屬國際領(lǐng)先水平。其實物優(yōu)于國外同類合金IMI829”。鑒于曹春曉在Ti-55課題中的突出貢獻，1997年他受到中國航空工業(yè)總公司嘉獎，榮立二等功。課題獲得國家科技進步二等獎。中國科學(xué)院金屬研究所的李東為第一完成人，曹春曉為第二完成人。

鈦合金雖已在航空航天器上得到廣泛應(yīng)用，但它的最高使用溫度還只限于600 ℃，超過此限的零部件就屬于鎳合金的“領(lǐng)地”了。始終關(guān)注和跟蹤鈦合金領(lǐng)域國際動態(tài)的曹春曉，獲悉國外有人正在研制使用溫度可達650～700℃的金屬間化合物，馬上瞄準這一具有世界先進水平的目標，向國家“863”新材料領(lǐng)域?qū)＜椅瘑T會提出Ti3A1基合金的立項申請報告。課題經(jīng)答辯很快立了項。這時的曹春曉已50多歲，他用毛筆寫下了“熱障未破，豈能停蹄”8個大字，壓于辦公桌玻璃板下，表達了不畏艱險，攻關(guān)克難的信心。

1990年，北京航空材料研究所與安大廠、黎陽機械公司合作，選用渦噴13發(fā)動機渦輪導(dǎo)風(fēng)板和二級渦輪結(jié)合環(huán)兩個典型零件作應(yīng)用研究對象，采用TD2合金取代原來的GH4033鎳基高溫合金，減重效果接近50%，為提高渦輪13AⅡ發(fā)動機推重比作出了貢獻。曹春曉因此榮獲國家863計劃重要貢獻獎。

傳授知識和傳遞科研接力棒

如今已是航空材料研究所鈦合金研究室主任的黃旭，始終難以抹去與鈦合金結(jié)緣的一段記憶。那是他在西工大碩士研究生畢業(yè)時，試著寫了一封信給曹春曉，希望能到航空材料研究所鈦合金研究室做博士論文的研究工作。很快他就收到了鈦合金研究室高揚的回信。告訴他，“曹春曉由于連續(xù)工作疲勞過度突然病倒，正在醫(yī)院接受治療。他怕你著急，特委托我回復(fù)你，同意你來做博士論文的申請，歡迎你來為航空鈦合金出一份力量。”曹春曉在病中仍不忘回應(yīng)僅有一面之交的年輕學(xué)子的求學(xué)之情，足見其對事業(yè)的熱愛與執(zhí)著。

1982～1997年，曹春曉先后指導(dǎo)了3名碩士生、2名博士生和1名博士后，他們均以優(yōu)秀成績畢業(yè)。1997年當(dāng)選為中國科學(xué)院院士之后，他先后又指導(dǎo)了12名博士生、2名博士后和2名碩士生。他給自己訂出了要力爭使所帶學(xué)生均以優(yōu)秀成績按時畢業(yè)的目標。在培養(yǎng)后人上，他不計名利，重在傳遞科研接力棒。幾次提出由年輕人擔(dān)任項目首席專家，在項目驗收時，又極力推薦年輕人代表他作項目驗收匯報。當(dāng)選院士后，曹春曉在科普活動中花費了更多精力。他和同行為“院士科普書系”潛心編著了《材料世界的天之驕子——航空材料》一書。在國務(wù)院組織的大飛機研制重大科技專項論證中，曹春曉作為論證委員會中唯一從事航空材料研究的委員，與其他委員互相配合、協(xié)調(diào)共事，起到了獨當(dāng)一面的重要作用，做出了自己應(yīng)有的貢獻。大型飛機上馬后，他又成為大型飛機重大專項專家咨詢委員會成員。

如果用一句話來概括曹春曉的一生歷程的話，他最喜歡的是“耕耘鈦業(yè)，獻身航空，報效祖國”。由于給航空發(fā)動機“減肥瘦身”，使祖國的戰(zhàn)鷹更加輕捷矯健，祖國的空防力量日益強大。曹春曉的生命已經(jīng)絢麗多彩，然而他沒有停步，他仍在不停的耕耘、創(chuàng)造，他要使生命之花綻放得更加美麗。