打鐵更需自身硬
——記中北大學材料科學與工程首席學科帶頭人張治民及其創新團隊

吳 彪

“我們其實就是一群‘打鐵’的！”張治民教授的普通話里帶著濃濃的晉南口音，說這話時嘴角微微上揚帶著笑意，卻是一臉的認真。而實際上，今年65歲的張治民是“兵工七子”之一的中北大學材料科學與工程首席學科帶頭人、享受國務院特殊津貼專家、全國優秀教師、國防科技創新團隊帶頭人，國家科技進步獎二等獎、何梁何利科技進步獎、中國兵工學會科學技術特等獎等榮譽獲得者……

張治民

扎根三晉大地40余年，張治民潛心于金屬塑性成形理論和技術的創新及科研實踐，從一名初出茅廬的大學生成長為這一領域的領軍人，在艱苦卓絕的“強國強軍”路上攻堅克難走到今天。他矢志教育，在一張白紙上繪制藍圖，一手搭建起的中北大學塑性成形工程專業，如今已成長為一級學科博士點，為國家和地方輸送了數千名優秀的本碩博工程技術人才；他獻身科研，創建起的科技創新團隊，從山西省集成精密塑性成形工程技術研究中心（1999），逐步升格為鎂基材料深加工技術教育部工程研究中心（2007）、國防科技工業精密塑性成形技術研究應用中心（2008）、鎂合金關鍵技術及工藝國家地方聯合工程研究中心（2011）；他銳意創新，在輕質復雜構件的精確成形與形變強化相關理論和技術方面取得了多項突破，開創性地將鋁鎂合金應用于大型高強度復雜構件的制造，在國防裝備現代化及地方經濟建設等方面都作出了不可磨滅的貢獻。

盡管如此，張治民依然低調地總結自己——一個“打鐵”的。

世間真正的道理都是質樸無華的，不需要修飾和潤色。金屬塑性成形，過去叫作鍛造，雖然看上去像個粗活，其中也涉及深奧的自然科學原理和非常復雜的技術難題，越鉆研就會覺得里面的學問越深。王強教授曾是張治民的學生，如今已成長為全國模范教師。回憶起當年第一次聽到導師說自己是“打鐵的”，他也曾啞然失笑。“別人都想方設法把自己的專業說得高端大氣上檔次，可我們張老師偏偏選擇樸實直白，從不玩虛的假的。”而在此后跟隨張治民一起奮斗的20多年中，他也早已承繼了導師的治學與處世之道。“張老師是想告訴我們，無論是‘打鐵’、‘打鋁’還是‘打鎂’，萬變不離其宗，本質只有一個。”王強總結道，“那就是——認認真真做事、踏踏實實做人。”

鍛造雖然是一門古老的行業，但在今天仍然是國家建設不可或缺的基礎工程技術之一，隨著時代發展而不斷創新。在此過程中，必須有理論創新、技術創新和裝備創新，而與這些創新需求相適應，需要我們不斷提升自身的能力。這正印證了張治民經常向弟子們提到的那一句中國老話——打鐵更需自身硬！

萬丈高樓平地起

張治民1956年出生于山西省芮城縣一個偏遠的村莊里，和那個時代農村里成長起來的同齡人不同的是，他在艱苦的生活條件下，極度渴望著用知識改變命運。1977年恢復高考的第一年，張治民就考入哈爾濱工業大學鍛壓工藝及設備專業，成為恢復高考后的首批大學生。畢業之后，為了回報鄉梓，他選擇回到山西，來到太原機械學院（中北大學前身）任教。

金屬塑性成形是機械制造領域中最基礎、最古老的工程技術之一，在一定程度上反映了一個國家的工業水平。在國家快速發展的背景下，原兵器工業部眾多企業都急需塑性成形專業的人才。于是，籌建兵器行業塑性成形專業的重任便落在了來太原機械學院工作的年輕的張治民身上。

這是一項充滿挑戰的艱巨工作，尤其對于剛剛畢業走上社會的張治民而言更是如此。在學院幾位老先生的幫助下，他經過閱讀大量的國內外文獻，花大力氣調研了整個行業在國內的現狀，大到發展規劃，小到購買一張辦公桌，從基礎建設、設計圖紙、訂購實驗設備到組裝調試，每個環節張治民都親力親為、自己動手。研究新的技術、新的工藝，就需要開發新的模具、新的工裝、新的設備，在這個過程中，他克服了大量的技術難題，反復改進，不斷調試，在學校和同事的支持和幫忙下，建成兵器行業首個塑性成形專業。

在車間與同事們討論工藝

時間進入20世紀90年代，精密成形技術在工業發達國家已得到廣泛應用，通過與先進工藝設備、檢測手段配合，已形成不同檔次的精密成形自動生產單元，并普遍取代了傳統的工藝及設備，而同期我國的技術發展還在緩慢的爬坡階段。

和團隊成員進行成形技術開發

1992年，張治民獲得了公派出國的機會，作為訪問學者來到了日本橫濱國立大學。盡管早有心理準備，但是日本先進的加工設備與成形技術還是讓他大吃一驚。“那個時候，日本的生產自動化已經基本實現了，生產車間的工序大多是由機械手來進行操作的。”張治民回憶道，除了生產過程的自動化之外，其塑性加工構件的精細程度也給他留下了深刻的印象。

日方先進的技術水準和嚴謹的工匠精神深深震撼了張治民，同時，他表現出來的專業能力和探索精神也給日方留下了極好的印象。學習期滿之際，日方的教授熱情地挽留他在日本工作。面對比國內高出一籌的研究氛圍、視角、軟硬件條件，以及對于個人未來的發展更廣闊的空間，張治民并沒有猶豫，還是堅定地選擇了回國。因為他內心深處只有一個信念，盡快將先進的技術帶回祖國。

中國本來是世界上最早擁有鍛壓工藝的國家，但是由于歷史和現實的原因，我們這項古老的技術卻遠遠地落在了西方國家的后面。回國后，面對兵器行業老舊的鍛造車間和落后的生產工藝現狀，張治民看在眼中，急在心頭。針對這些問題，他決定以解決在鍛造生產中存在的高能耗、高污染、高成本的問題為突破口。

傳統的鋼鐵熱鍛時加熱溫度高達1100℃到1200℃。“一砸火星四濺，遍地鐵渣，到處散落著廢棄的邊角料，不僅污染環境，更會造成資源的浪費。”張治民解釋道，“如果把原來的溫度降低一些會怎么樣呢？如果少了200多攝氏度，氧化皮就會減少很多。同時，能源消耗相對較少。”于是，金屬溫成形的概念逐漸在張治民的心中清晰起來。

雖然溫成形的技術優點有很多，但想實現卻異常困難。最大的瓶頸就是由于溫度降低了，需要的變形力會不會大幅增加？模具的使用壽命會不會大幅度降低？他帶領團隊開展了大量的基礎研究，以難變形的高碳高強合金鋼為研究對象，從金屬變形能力、微觀組織特征以及變形后性能指標等多方面開展實驗分析，明確了溫成形的科學內涵，固化了成形溫度范圍和工藝路線，研究開發出了具有隔熱潤滑作用的特種潤滑材料和技術以及能有效降低成形力的省力擠壓新工藝，結果表明：模具的精確定位提高了成形的精度，潤滑條件的改善有效降低成形力、提高了模具壽命，從而使能源與原材料消耗大幅度減少。

金屬溫成形理論的創新帶動了新技術、新工藝的誕生，同時催生出新的模具與設備。經過幾年的努力，這一創新技術終于從理論走向了現實：某種大規格炮彈的毛坯壁厚差從10毫米左右減小到不足一毫米，塑性成形得到的齒輪竟然無須再加工齒面就能滿足實用要求……

創新團隊自主開發的先進設備

張治民從來都不會滿足于僅僅在實驗室里做出漂亮的樣件，他一直強調，材料科學作為一門應用性學科，新成果必須從工程實際中來還要回到工程實際中去，才能產生更多的社會效益和經濟效益。他希望自己的科研成果能夠迅速應用到祖國的航空、航天、國防等裝備制造領域里去，為祖國的強大起到立竿見影的效果。

“張老師對我影響最深的和我自己體會最深的，就是他不辭辛苦地拿著自己在實驗室研制的各種樣件，到各地企業去交流合作、去推廣。”王強回憶說，“要知道，這些樣件重則幾十公斤，輕的也有近10公斤。張老師的做法更加強化了我們對于理論創新要結合具體工程需求、要解決實際工程問題理念的理解。”

“因為通常計算機模擬出來的結果，或者一堆實驗數據，很難讓企業立刻接受和認可，我們就拿出實際的產品給企業看，讓技術實物化，這樣更能得到企業的信任和行業的認可。”張治民解釋道。也正是這種不遺余力的求實精神，讓他的創新團隊“萬丈高樓平地起”，一改當年的一窮二白、粗放簡陋的實驗條件，取而代之的是擁有自主開發的1250-315-315多項數控加載和1250-40TM旋轉擠壓等成形實驗設備以及具有旋轉擠壓功能的熱模擬實驗機、電鏡、X衍射儀、疲勞試驗機等測試分析儀器。為科學研究工程化驗證提供了強有力的支撐，張治民的科研團隊也成為塑性成形領域的一塊“金字招牌”。

要為國家做實事

在同行眼中，敢想、敢干，總能干成——這成為張治民貼在別人心中的3個標簽，經過連續努力攻關，他解決了不少“難啃的骨頭”。而在他的內心深處，站在時代的前沿和高點，緊抓關鍵技術的攻關、集成，為國家解決實際問題，這是他對自己的一貫要求。

武器裝備的水平直接影響著一個國家的國防實力，而武器輕量化一直都是武器研發過程中一個重要的課題。武器的重量減輕了，機動性和戰斗力都能增強，對于提高國防力量的重要性不言而喻。幾年前，某新型裝備由于超重一直未能定型，就在一籌莫展之際，在一次關于各系統減重的研討會議上，多數方案只能減重十幾公斤甚至幾公斤，張治民提出傳動行動構件的“以鋁代鋼”方案，他語驚四座：“我可以減重400公斤！”

鋁合金的密度只有鋼的1/3，但是高強鋁合金的焊接性能不好，無法像鋼材那樣幾個部件組合起來焊在一起成形，為滿足苛刻的服役條件，鋁制輪輞必須整體鍛造出來才行。這又是一次前所未有的挑戰，用鋁合金制作戰車的輪轂輪輞在國內外同類裝備上都沒有先例。

“我敢提出這個方案，原因是在此之前，我們研究輪轂變形的過程中間，怎樣使它的強度、韌性同時提高，也做過一些研究與實驗。”張治民如是說。很快，新型戰車鋁合金輪轂輪輞的研制迅速展開，然而好想法與好基礎并不等于水到渠成，研制進展得很不順利。

軍令狀已經立下，3個月后要拿出合格的產品。時間緊、任務重，此情此景，在外人看來，擋在張治民團隊面前的是一座難以逾越的高山。而在張治民心中，眼前就算是一座塑性成形的“珠穆朗瑪峰”，他也要率領著團隊風雪兼程，勇往直前，站上它的頂峰。“困難就是被用來克服的嘛，辦法總比困難多！”每次開會前，張治民都會給大家鼓勁。在他看來，在科學的道路上，有時候就是要打破常規，突破習慣性思維，另辟蹊徑，說不定就能找到光明的前景。攻關，攻關，再攻關！張治民天天跟團隊成員在一起，從工藝技術上尋求突破。面對著橫亙在面前的重重難題，團隊沒有一個人叫苦，沒有一個人要求特殊化，幾經波折，終于按期完成了這項艱巨的任務。成形的高強鋁合金傳動行動構件經受了高寒、高溫、高鹽等惡劣環境下的多項嚴苛檢測，各項性能指標完全合格！新型輪式戰車的傳動行動構件因此實現減重超過60%，一下子解決了該新型裝備定型批產的大難題。

高強鋁制復雜構件的整體塑性成形為我國武器裝備輕量化開創了新的途徑，具有劃時代的意義，也為張治民團隊贏得了國家科技進步獎二等獎的榮譽。2015年的金秋，裝備新型鋁合金輪轂輪輞的國產新型戰車隆隆駛過天安門廣場，接受了黨和國家的檢閱。“九三閱兵”那天，團隊中的王強教授作為科技教育界的代表受邀現場觀看了閱兵儀式。“當看到裝備有我們團隊成果的戰車經過時，心情真是無比自豪，眼淚都止不住要溢出來了！”他激動地說道。

團隊合影

前后十余年間，張治民團隊先后研制生產出60余種滿足高沖擊、大承載能力或高轉速服役要求的復雜鋁制構件并得到應用，“以鋁代鋼”的構想取得了累累碩果。

獲獎之后的張治民并沒有躺在榮譽簿上沾沾自喜，在他看來，所有的榮譽只是對他工作的鞭策，他和他的團隊早已快馬加鞭，加快開展了另一項高難度技術的研發工作——鎂合金的均勻強韌化與應用研究。

鎂合金是最輕的金屬結構材料，其密度只有鋁的三分之二左右，是裝備輕量化的又一重要用材，也代表著該領域的未來發展方向。但是鎂合金較低的強度并不能滿足重要構件對強度和疲勞壽命的要求，變形能力差也是制約它推廣應用的另一個難題。

“我們大概從2000年的時候就開始琢磨這個事情，經過近20年的研究，真正應用上了還是最近這幾年。”說來簡單的幾句話，充分說明了從想法到產品再到應用的難度，其中的歷程更蘊含著千辛萬苦。張治民帶領團隊進行了無數次的實驗，才逐步找到了短流程劇烈塑性變形提高鎂合金強度和韌性的方法，并且不斷完善和優化，首次整體成形出最大尺寸達到一米六的國內外最大稀土鎂合金內環筋錐形殼體件，均勻強韌化效果好，成為某裝備輕量化的首選產品，并已研制出大型鎂合金復雜構件，強度達到500MPa以上。團隊先后研制生產出40余種高性能鎂合金構件，用于國防等高端裝備，大幅度提高了其戰技水平。

“我國的汽車、高鐵，尤其是天上飛的飛機、衛星，這些裝備都是迫切要求減輕重量的，正所謂‘一克重量一克金’。如果我們能把鎂合金大規模用起來，這將是中國的材料戰略發展的一大突破。”張治民對于鎂合金的未來充滿期待。

鍛造精彩人生

風云多變，追求不變。張治民從來沒有把教書育人僅僅當作一項養家糊口的工作，而是視為了自己生命的一部分。自1982年在中北大學任教以來，40年時間里，他都扎根于這片沃土，嘔心瀝血，為國育人，為黨育才。他始終認為，一流的儀器設備可以購買，一流的科研平臺可以打造，但離開一流的創新人才，這一切都將是空中樓閣和無源之水。如今年過花甲的他依然工作在教育一線，親自給本科生講課，親自指導博士碩士研究生，在科研的第一線和年輕人摸爬滾打，同甘共苦。“能干就多干點，干不動了就指導指導他們年輕人。”在他看來，把專業知識的課堂教育與科技創新的研究實踐結合起來，這是培養優秀人才的不二法門。努力促進這種結合，盡快培養既具有扎實理論基礎又具備創新實踐能力的優秀人才，是他目前最大的工作動力。

“科研與教學相輔相成，缺一不可”，這是張治民一貫的主張。如果想開創出塑性成形的全新局面，人才隊伍建設是學科長遠發展的一項基本工作，要培養出更多的青年才俊來才行。他就是這樣堅定地走在自己的既定道路上，同時他認真嚴謹的治學態度和謙虛平和的人格魅力也感染并影響著他的學生一起走上了這條奮斗之旅。

張治民講課風趣樸實，最愛用簡單的事物和大白話來闡述復雜的問題。他說，塑性成形的一個最大好處，就是同樣一種材料，用不同的工藝以后，做出來產品的形狀和性能是不一樣的，合理的成形工藝能讓最終的產品具備理想的韌性和強度。這個就像包餃子一樣，材料經過反復的鍛造，實際就像是揉面的過程，怎么能把面揉得比較均勻一致，后邊做出來的餃子味道才能更筋道。他還把易變形的鋼材比喻成精細小麥面，好捏合，而難變形的鎂合金則像粗糙玉米面，不好捏合。張治民簡單直白又幽默的言語讓枯燥的理論課成了學生的最愛，激發出他們在專業道路上鉆研下去的熱情。

指導學生工作

張治民希望自己能夠發揮好“傳幫帶”的作用。所以，他十分注重實驗室科研平臺的建設，希望能夠將研究中心打造成為扎根山西、面向全國的塑性成形領域的人才基地。他的治學嚴格是出了名的，他對學生的要求只有兩個：一個是踏實，一個是能吃苦。他反復強調，做學問絕對不能浮躁，不能一知半解！同時，他還非常注重培養學生的獨立工作能力，“很多事情必須親自動手，才能觀察到實驗過程中發生了哪些變化。通過動手，邊學習邊領悟其中的道理，如果你不讓他親手去做，他永遠都感受不到”。

古話說，“璞玉成器之道，其琢其磨”。一個學生的成長成才成器，就像一件精美的玉器必須經過上百道工序雕刻和打磨，而作為導師，就是這背后手執刻刀的工匠。在過往中，張治民深切地感受到理論要和工程實踐相結合的重要性。“沒有工程實踐經驗，完成科研項目要走很多彎路。”幾十年工程實踐的砥礪，對他的教學和科研產生了深刻的影響。即便是在最繁忙的階段，他仍然堅持教學。他常教導學生：“做研究、寫論文不能僅僅是為了拿到學位、獲得職稱，你的科研成果是要運用到實踐中去的，來不得半點馬虎，理論和技術都要經得起實踐檢驗。”如果達不到要求，張治民就會毫不留情地給予批評并指導改進。

沒有最好，只有更好，“往往多次試驗之后會得出一個比較合適的參數。學生總愛說這是最佳參數。我就說不對，這只能算是較為合理的一個參數！”張治民時刻鼓勵年輕人在科研上要有永不滿足的勁頭，并且以身作則。至今，他仍堅持每天讀書提高自己，甚至還會插上附注、做讀書筆記，正所謂“好記性不如爛筆頭”，而一有收獲，他就會同步與學生分享。

雖然表面上嚴厲，但他同時敢于打破條條框框，敢于給年輕一代施展的空間，敢于用大視野來培養人才，這就是張治民的管理哲學。雖然身為研究團隊的核心和學科的權威，但是對于團隊里的同事及梯隊里的年輕人，張治民始終保持著開放和寬容的胸懷，滿腔熱忱地幫助和扶持他們。在每一次的科研例會上，他總是要求每位成員各抒己見、暢所欲言，充分發表自己的看法。當大家出現觀點和意見不統一時，他也不會搞“一言堂”，輕易下論斷，而是要求拿出第一手數據來說話。在很多項目中，他都不拘一格起用年輕人，使他們得到了鍛煉，很多人都在關鍵崗位上發揮著重要的作用，取得了令人矚目的成績。在背后，張治民從來不掩飾自己對團隊這些年輕人的喜愛，“他們既聰明，又努力，那股拼命的勁頭總讓我想起自己年輕的樣子！”

在張治民看來，科研永遠沒有止步的那一天。他天天都在思考學科領域里的發展問題，在現有材料的基礎上，如何通過塑性加工以后使它的性能更高，如何將能耗降得更低，如何把生產環境搞得更好，如何能讓制造工序更短，制造的成本能不能更經濟……他反復強調，科學研究不能只是在實驗室里紙上談兵，或者僅僅是寫在論文里的一個理論成果，最后一定要把它落實到生產工藝當中去，要真正在生產線上實現。這說起來容易，但真正做起來的話，要做好多好多的工作。

“真正要把一項技術、一個材料，從實驗室的樣品最后成功做成一個成熟的產品。這里面要經歷千辛萬苦，過程實在是太復雜了，我們能夠堅持下來，確實太不容易了！”一向不言辛苦的張治民在回顧團隊的產學研歷程時也禁不住感慨， “項目成果的取得，從來不是一個人的智慧所能推動的，而是凝結了團隊多年心血的結晶。整個團隊薪火相傳的共同努力才是成功的關鍵。”張治民常說，塑性成形是一個團隊合作的行業，哪個環節出了問題，都會讓所有人的努力前功盡棄。他的感嘆正是中北大學創新團隊20多年來風雨如磐，砥礪前行的縮影。

科研是條單調而乏味的漫長道路，在過往的科研創新和技術攻關經歷中，張治民和他的團隊遭遇過不計其數的困難，也體驗過“山窮水盡、柳暗花明”的起伏與波折，但是“強國強軍”的責任和使命讓他們披荊斬棘堅持了下來。他們的努力，使中北大學精密塑性成形技術研究顛覆了原來的傳統和固有思路，無論從成形理論、制造方法，還是工藝技術裝備上，摸索走出了屬于自己的一條道路，形成了自己的特色與體系。小到3C電器，大到航天軍工，張治民團隊的科研成果，為許多產品和裝備帶來了前所未有的改變，也得到了軍方及社會各界的廣泛認可。

“不要羞于承認自己是個‘打鐵’的。”張治民笑著說道，“這個古老的行當，到現在延續了幾千年，只要金屬材料還作為承力結構件的主要用材，未來也絕對離不開它！我們只要認準了目標，堅持用成形理論的創新與技術的突破，不斷挑戰輕合金成形極限，挑戰裝備輕量化極限，就能為國家的國防建設和國民經濟發展添磚加瓦。”

“更強更韌更精，鍛造精彩人生。”——這是張治民教授的座右銘，也是送給團隊成員們的勉勵和對于他們的期許。這12個字，端端正正地貼在了實驗車間里，更貼在了每一位創新團隊成員的心里。