發動機缸體用鋼的成功產出,讓鍊鋼廠上下士氣大振。但何強還沒來得及把慶功酒喝進嘴裡,程謹之和葉景行就拿著最新的機身結構減重最佳化方案找上了門。
“何工,謝工,大喜事啊!”葉景行人還沒進屋,聲音先到了,“咱們的鋁材輕量化方案推演下來,機身骨架總重能減二百公斤以上!但是——”他把圖紙往桌上一鋪,手指點著幾個關鍵承力節點,“這些地方,比如翼根主樑接頭、起落架安裝框、發動機吊掛點……光靠鋁材強度還是有點懸,必須用鋼。可原設計的鋼材太重了!”
程謹之補充道,語氣帶著工程師特有的嚴謹興奮:“我們重新計算了載荷,如果這些關鍵鋼製件的重量能再降百分之十,而強度反而提升百分之十五到二十,那麼整機減重效果還能更好,結構安全餘量也更充裕。”
何強看著圖紙上那些被紅圈標註的部位,又看看旁邊標註的現有鋼材效能資料,眉頭擰了起來:“既要馬兒跑,又要馬兒不吃草……還要馬兒更壯實?程工,葉工,你們這要求,比發動機缸體鋼還刁鑽啊。”
“所以才來找謝工和你們鍊鋼廠嘛。”葉景行笑嘻嘻地看向謝明軒,“謝工,您可是材料大拿,有沒有可能……在鋼材上再做做文章?弄一種又輕又強的?”
一直沒說話的謝明軒扶了扶眼鏡,走到圖紙前仔細看了半晌,又拿起現有的鋼材樣品掂了掂,沉思起來。“減輕重量,主要靠降低密度或者減少用量。減少用量不行,強度要求卡死了。降低密度……鋼材主要成分是鐵,密度變化不大。但是,”他話鋒一轉,“我們可以透過最佳化合金成分和熱處理工藝,在相同重量下,獲得更高的比強度。換句話說,把材料‘用得更盡’。”
他走到黑板前,拿起粉筆:“常規結構鋼,碳含量和合金元素配比相對固定。如果我們針對飛機機身承受的特定載荷型別——主要是彎曲、剪下和疲勞——重新設計成分呢?”
他在黑板上寫下一串元素符號:“適當調整碳含量,保證基本強度。關鍵在這裡:微量新增錳(Mn)和矽(Si)。錳能細化晶粒,提高韌性和淬透性;矽能提高彈性極限和屈服比,對抗疲勞有奇效。最重要的是,它們密度都比鐵低,適量新增可以在不犧牲體積的前提下,略微降低整體密度。”
何強眼睛亮了:“有道理!那具體加多少?怎麼加?”
“需要實驗。”謝明軒言簡意賅,“不同的配比,不同的冶煉、軋製、熱處理工藝,出來的效能天差地別。我們需要開啟專項煉製,做一系列小爐試驗,找到那個最佳的‘甜點’。”
專項煉製小組立即成立。謝明軒負責配方設計和效能預測,何強帶領鍊鋼團隊負責工藝實現,程謹之和葉景行提供具體的力學效能要求作為目標。第一輪試驗,他們設計了五組不同的錳、矽新增量和加入時機方案。
小試驗爐前,氣氛專注而緊張。每煉一爐,不過幾十公斤,但取樣、檢測、分析的流程一樣不少。拉伸、衝擊、彎曲、疲勞……每一組試樣都要經歷嚴苛的考驗。
“第一組,錳偏高,矽不足。強度達標,但疲勞壽命曲線不理想。”
“第二組,矽加多了,硬度上去,但韌性下降,冷彎測試出現微裂紋。”
“第三組……”
試驗資料不斷積累,黑板上的效能圖譜越來越複雜。失敗多於成功,但每一次失敗都排除了一條錯誤路徑。謝明軒根據反饋,不斷微調著配方和工藝引數。
陸哲遠也跑來湊熱鬧,看著一堆堆的試樣和密密麻麻的資料,嘖嘖稱奇:“這得試到甚麼時候去?要不要我設計個自動資料記錄和分析表格……”
“你現在最該設計的,”蘇瀚文從他手裡抽走一張被畫得亂七八糟的記錄紙,“是一份清晰、不會被人誤讀的試驗編號系統。你瞧瞧這個,‘試3-改2-B’,後面又打了個箭頭寫‘最終版’,下面還有個‘真·最終’……誰知道你煉的到底是哪爐鋼?”
陸哲遠訕笑:“我這不是不斷最佳化嘛……”
經過近十輪調整,曙光終於出現。第七號配方,採用特定的錳矽複合新增策略,配合最佳化的軋製溫度控制和兩段式熱處理工藝,產出的鋼材試樣呈現出令人驚喜的效能。
“快!測!”何強親自把試樣送上試驗機。
拉伸曲線平穩上升,屈服點和抗拉強度點都明顯高於常規鋼材。衝擊試樣吸收了更多能量才斷裂。最關鍵的疲勞測試,在模擬飛機起降迴圈的載荷下,壽命遠超預期。
“資料出來了!”檢測員聲音發顫,“重量……比同等規格常規鋼材減輕約9.8%!抗拉強度提升18.5%,屈服強度提升22%!疲勞壽命提升超過30%!”
車間裡先是一靜,隨即爆發出歡呼!
“成功了!真的成了!”程謹之狠狠拍了下葉景行的後背,“又輕又強!咱們的減重目標能超額完成了!”
葉景行拿著檢測報告,手都在抖:“這資料……太漂亮了!完全滿足甚至超過了我們的需求!”
謝明軒仔細核對著每一項資料,嘴角終於浮起滿意的弧度:“錳矽複合強化,配合精細的工藝控制,確實發揮了‘1+1>2’的效果。晶粒細化,組織均勻,殘餘應力低……這是材料設計和小批次精密煉製的勝利。”
何強更是激動得滿臉通紅:“專項煉製,值了!太值了!趕緊的,按這個配方和工藝,上咱們的新熔爐,開煉!先煉五噸,不,十噸!把機身需要的那些關鍵件用料,一口氣備足!”
“等等。”林烽不知何時也來到了現場,他拿起一塊銀灰色的試樣,感受著那比尋常鋼材略輕卻又異常堅實的質感,“先不急大批次。把這第一批專項鋼材,立刻送到工藝車間,加工成幾個最關鍵的實樣件——比如翼根接頭。裝到咱們正在組裝的機身框架上,做實物載荷測試。理論資料再好,也要經過實際結構的檢驗。”
“林工說得對!”程謹之立刻贊同,“我這就去出急件圖紙!趙工那邊我親自去盯加工!”
專項煉製的成功,如同打通了任督二脈。一種為飛機機身量身打造的、完美平衡輕量化與高強度的特種鋼材,正式誕生。它不僅意味著圖紙上的減重數字將化為現實,更意味著“東方野馬”的骨骼,將在不犧牲一絲一毫堅固的前提下,變得更加輕盈、矯健。
材料的智慧,再次為騰飛的夢想,增添了最有力的一枚砝碼。