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民企将为中国自主研发航空发动机提供一流单晶叶片

2017年08月04日 10:56 来源:解放军报 参与互动 

  为航空发动机铸造最好的单晶叶片

  本报记者 张 新

  航空发动机被誉为现代工业的“皇冠”, 单晶叶片则被誉为“皇冠上的明珠”。单晶叶片由于处于航空发动机中温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位,被视为航空产品第一关键零件。单晶叶片的铸造工艺直接决定了航空发动机的性能 ,是一个国家航空工业水平的显著标志之一。

  铸造单晶叶片,离不开一种特殊的金属——铼。作为自然界最后被人类发现的一种稀有金属元素,铼在地壳中的含量比绝大部分稀土元素都少,含铼的镍基高温合金能够有效提高单晶叶片的各项性能和使用寿命。

  在我国,有一家名为炼石有色的民营企业,他们依托对稀有金属铼的勘探发掘和含铼高温合金技术的使用,进军航空发动机领域,将为我国自主研发的航空发动机提供一流的单晶叶片。

  只有从“痛感”走出,才能重获新生

  2010年,华山南麓矿山,工作人员意外勘探到稀有金属铼。对炼石有色公司来说,这是上天送来的惊喜——储量176吨,约占全球储量的7%,仅次于美国与俄罗斯。消息公布,国内外高度关注。

  熟悉航空航天工业的人都知道,小到涡轮叶片、排气喷嘴,大到航空发动机、火箭外壳,铼金属是航空航天工业生产必不可少的战略资源。

  直到上世纪末,我国并没有发现铼金属,缺少对含铼高温合金和单晶叶片铸造技术的相关研究。加之西方国家一直对中国实施技术封锁,这项技术成为我国航空发动机研制发展瓶颈之一。

  勘探出铼金属,却没有相关配套技术,这是摆在他们面前的头等难题。“企业不能只满足于单一的勘探开采,我们还要掌握先进的铸造技术,并应用到航空领域。”在一次企业董事会上,董事长张政决定要推动企业转型。

  转型之路并非想象中那么容易。回忆往事,张政对记者说:“从稀有金属行业贸然进军全新领域,既要承担市场风险,还要经历转型之‘痛’。”

  “这次转型就是解决一项工作的两个难题。”张政说,含铼高温合金和单晶叶片铸造技术,看似两个不同的技术环节,但最终目的是为了成功铸造单晶叶片。

  6年前,当张政满怀信心要干一番事业时,却遭遇了人生的一次“痛感”,人才成为摆在他面前的第一道难题。“引进不了人才,转型就是空想。”

  正当张政一筹莫展时,国家的“千人计划”为他带来了机遇,张政寻觅到了他所需要的第一位专家。经过艰苦谈判,这位专家最终同意加入企业。成功引进第一位专家后,人才汇集如“蝴蝶效应”,10多名业内专家纷纷加入技术攻关队伍。

  张政满心以为,从此企业就会驶上快车道。没想到,又一道“拦路虎”横亘在他的面前:有人才,有技术,却没有设备。“没有设备,巧妇难为无米之炊。”张政感慨地说。

  最终他们通过合法途径成功引进了先进设备。有了人才、有了技术、有了设备,他们终于做出了产品。

  转型是企业发展过程中必经之“痛”,只有从“痛感”走出,才能重获新生。自此,炼石有色公司开始高速转型。

  过程看似简单,工艺却异常复杂

  “单独一个厂房,目前有2条流水线,生产自动化程度非常高……”听完技术部经理宋扬的介绍,记者走进偌大的厂房,车间里的员工寥寥无几,只见机械臂上下挥舞,产品在流水线上依次通过。宋扬对记者说:“造单晶叶片不是员工越多越好,每个工序只配3至4人,大部分工作都由程序控制的自动化设备去完成。”

  宋扬把铸造单晶叶片整个过程简单地概括为“三制三脱”,即制陶芯、制蜡模、制模壳,脱蜡模、脱模壳、脱陶芯。

  在蜡模车间,一位工程师将事先制好的陶芯不偏不倚地放在射蜡模具的中心位置。“别看这么一个小动作,对操作人员工艺标准要求很高,陶芯位置稍有偏差,后面生成的单晶叶片空腔就会不均匀,导致整个产品报废。”宋扬如是说。

  紧接着,这位工程师将一块装有陶芯的射蜡模具放入机器玻璃罩内,轻轻点击按钮,几分钟后,射蜡模具的空腔注满了蜡,一个叶片蜡模成功制好。“动作看似简单,背后却需要大量的工艺试验和参数设计去实现。”宋扬对记者说,在不同种类叶片蜡模的冲蜡过程中,很容易造成陶芯断裂、冲蜡不均匀、蜡流动方向不一致等问题,为此,他们的试验采取分段进行,在数百次分段试验中找到最优的工艺参数。

  蜡模制好了,下一个难点便是制模壳。给蜡模制壳,犹如为它穿上一件白色的耐火“外套”。宋扬介绍,正常情况下,蜡模要分多次按细、中、厚砂3种浆料进行涂抹。

  这个过程看似简单,但对浆料的要求很高——既要符合配方需求,又要保证寿命。宋扬给记者举了一个例子,重庆火锅好吃,主要看底料,选什么材料、炒料方法等都是关键因素。炎炎夏日,浆料很容易出现指标异常。为此,涂料车间必须保证恒温恒湿,每天他们都要给浆料做“体检”。

  推开真空铸造车间的双层门,一套占地50平方米、两层楼高的巨型机器映入眼帘。这是他们引进的国内第一套定制版的精密铸造设备。在这里,将进行铼合金高温浇铸和单晶生长过程。

  在记者印象中,铸造厂是高温燥热、火花四溅的场景,但在这里,只能看到冰冷的数字和不断闪烁的指示灯。“表面波澜不惊,内部却是1500℃以上的高温热流在翻滚。”宋扬对记者说,这款先进设备全程实现自动化,工作人员只需按下按钮,观察计算机里的数据参数,几个小时后浇铸自动完成。

  至此,单晶叶片已经基本成型。后面,还要进行清壳、切割、热处理、脱陶芯、检验等多个工序。“铸造单晶叶片是一个精益求精的过程。”宋扬感慨地说,只有每一个环节做到近乎百分之百的完美,才能保证一个相对较高的产品合格率。

  走出去,还要融进来

  今年5月,国产大型客机C919成功首飞。消息传来,张政备受鼓舞。如今,炼石有色公司已成功走向海外。

  和国内许多民营企业家一样,在张政的心中,有一个“参军梦”。作为国内生产航空零部件的技术领先企业,张政相信,他们有实力、有技术、有设备,能够更好地为军服务。

  “由于我们不是传统航空产业集团的成员,也不是军工企业,经常遭遇一些产业和制度壁垒。技术是严谨的,一试便知,而壁垒是无形的。”张政感慨地说,国家重视民企发展,希望在军民融合这股春风下,军地双方能够搭建更多的交流平台,加强与军工企业的合作,让民企驶上通往军营的高速路。

  相信,随着军民融合发展战略不断推进,民企参军热潮更加强烈,民企能够更好地发挥自身优势,为国防和军队现代化贡献更大力量。

【编辑:高辰】
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