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解放军歼-10起落架强度寿命超过美国F-16等战机

热度103票  浏览504次 【共0条评论】【我要评论 时间:2012年11月26日 11:36

  赵振业,材料科学家、超高强度钢专家,中国工程院院士。1961年毕业于西工大金属学及热处理专业,分配到航材院从事航空超高强度钢应用基础理论、合金设计及应用技术研究。现为研究员、博士生导师。他主持超高强度钢300M应用研究,提出“无应力集中”抗疲劳概念,建立应用技术体系,用其制造的起落架疲劳寿命达到并超过国外5000飞行小时最高规定寿命;率先将不锈钢、齿轮轴承钢提升到超高强度高韧性水平。2005年当选中国工程院院士。

  GX-8钢——小试牛刀

  1965年,我国决定在米格-21的基础上自行设计新机,设计过程中需要一种使用强度高的热稳定不锈钢,抗拉强度高于120kgf/mm2,冲击值大于7kgfm/cm2,用于新设计的发动机,即GX-8钢,赵振业参加了该课题组。在课题组分工中,赵振业侧重于成分试验,从成分设计、熔炼、锻造成材到热处理和力学性能,他在每个环节上都亲力亲为,经过一年多试验研究,基本确定钢的成分上下限和成分,并开始做实验室合金全面性能研究。

  赵振业循着工艺流程学习相关技术、方法和知识。在GX-8钢的试验研究中,热处理是以工艺单委托热处理车间进行的。每次热处理赵振业都要带上热电偶-电子电位计到现场,并和工人一起装炉,把热电偶放在试样中间测温,以准确实测温度对试验数据进行分析。1964年,GX-8通过了实验室阶段的总结鉴定,赵振业从钢厂炼钢到零件试制全程跟产,为GX-8的生产和应用呕心沥血。

  这种GX-8钢综合性能优于国外同类合金,并先后在3个航空发动机压气机转子叶片、轮盘应用成功。1985年,GX-8热强不锈钢获得了国家发明四等奖。

  GX-19钢——初露锋芒

  1968年,冶金部和航空部联合下文,要求研制一种可以在500℃下工作的中温超高强度钢,牌号为GC-19。1975年末,赵振业从不锈钢组转来主持新结构钢种的研究。赵振业着手后,将任务分为确定合金基本成分、重复试验、合金全面性能测定三个阶段。

  赵振业从二次硬化和强韧化基本理论出发,在对硬化特征、相变、淬透性、力学性能、工艺性能等方面系统探索的基础上,巧妙利用钼元素的强二次硬化效应,以及少量钼即可引发高的峰值,来获得超高强度和更高耐热温度,并用少量铬元素与钼配伍降低钼的硬化峰值,减少其对基体韧性的伤害程度,从而调整钢的韧性,少量铬还可以提高钼硬化峰前的硬度,调整钢的回火曲线,拓宽回火温度范围等。

  GC-19钢不仅达到了超高强度,综合力学性能良好,耐温高达500℃,综合力学性能优于美国使用的H11钢。GC-19新钢种的研究成功,开拓了航空中温超高强度钢新领域,解决了我国高速飞机后机身超温超重的选材难题。1988年,这项研究成功获国家发明三等奖。如今,GC-19钢用于歼击机后机身主承力框,生产使用几十年无一故障。

  300M钢——一鸣惊人

  世界上95%以上的飞机起落架都用超高强度钢制造,这其中尤以美国的300M钢最为知名。为了研制中国的300M钢,1979年末有关方面组成课题组,但3年时间过去了,研究工作并不顺利,此时赵振业临危受命。

  经过反复查阅大量有关300M钢的资料,分析国内起落架产生裂纹、断裂的原因,赵振业发现国外先进起落架技术有选材强度高、制造技术先进、设计技术先进、寿命长等四大特点,并结合我国熔炼设备和技术现状,提出了“提纯原材料,降低硫含量”和“镦-拔开坯”冶炼新工艺,使仿制300M钢一举达到美国实物标准,使我国起落架制造有了新钢种。国产300M钢制造歼8Ⅱ飞机主起落架,疲劳寿命一举达到6000飞行小时,不仅使国产钢制作的起落架首次与飞机机体同寿命,而且超过美国F-15、F-16战机起落架5000飞行小时的最高规定寿命,达到世界先进水平。

  如今,300M钢长寿命起落架已工程化生产,应用于歼8系列、歼10等多种先进型号飞机,至今最长使用时间达20多年,无一例故障。这一项目获国家科技进步一等奖。

  抗疲劳制造——厚积薄发

  抗疲劳制造是新一代先进技术。它是控制表面完整性,以疲劳性能为主要判据来提高疲劳强度的制造技术。它与传统制造技术的根本区别在于后者以成本、时间、空间为技术依据,以满足形位、表面粗糙度等设计图纸规定要求为己任。抗疲劳制造则除了满足设计图纸各项规定要求外,还要保证构件性能与设计相一致。它适应先进设计,是实现设计的保障;它适应高强度合金,抑制其疲劳强度应力集中敏感,是使用高强度合金的基础和前提。抗疲劳制造可以解决主承力构件寿命短、可靠性差、结构重的“三大问题”,实现构件长寿命、高可靠性、结构再减重,提高机械产品服役性能和经济可承受性。

  上世纪80年代中期,赵振业就开始了创新应用基础理论研究,即“无应力集中”抗疲劳概念与抗疲劳制造。赵振业研究的300M钢长寿命飞机起落架,达到并超过国外同类起落架最高规定寿命,其成功奥妙就在“无应力集中”抗疲劳概念的应用。

  高强度、高硬度合金疲劳强度应力集中敏感特性的普通性和规律的一致性引起了赵振业的高度警觉和重视。 2009年,赵振业开始主持“面向高强度抗疲劳航空构件表面完整性制造基础研究”,至今进展顺利。该研究选择了铝合金7055、钛合金Ti023、高温合金GH4168、高强度轴承齿轮钢M50NiL、超高强度钢A-100等五种合金为载体进行抗疲劳制造研究。其内容包括这些高强度合金表面完整性制造方法与抗疲劳机理研究、表层超硬韧化工艺方法和机理研究等。

  2009年初,赵振业与两院院士师昌绪一起提出“发展抗疲劳制造,提升我国机械制造核心竞争能力”的建议,得到10位院士的认同并共同发起倡议。这一建议得到了国务院总理温家宝、国务院副总理张德江、国务委员刘延东的重视和批示。

  赵振业初拟的《抗疲劳制造与长寿命关键基础构件研究发展》已列为中国工程院咨询研究项目。该项目定位是基础制造技术——抗疲劳制造和关键基础构件及其产业化,其总目标是实现抗疲劳制造、自主创新,解决关键基础构件依赖进口,关键技术受制于人和建立机械制造新理念,推动高端产品发展,参与国际市场竞争,10~15年基本达到世界先进水平。

  如今,为了实现航空材料的跨越发展,赵振业院士带领着他的科研团队,又踏上了新的征程……

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