主题：涡扇六和直六的失败经历，来说一下太祖年代的一些问题 -- yg1993

一、建立完善的研究和制造体系

中国航空材料从仿制开始起步。

50年代，中国航空工业起步阶段，可以说是苏联老大哥手把手教的，所以当时所有航空材料也都依赖苏联进口。

不过具有战略远见的TG领导人，一开始就知道指望谁都不如指望自己，所以1952年4月，中央财经委副主任李富春就受毛主席委托，开始组织建立航空工业独立自主生产体系，多次召集会议专门研究航空工业自行制造所需解决的问题，陈云当时明确指出：“走向飞机制造最困难的是技术人员和原材料问题。如果原材料不能立足国内，那才是最大的困难。”

所以在中苏蜜月期，中国就建立了独立自主的航空材料生产基地和研究机构。例如周恩来1952年8月去苏联谈判156项时，就把航空材料研究所的建设列入苏联援建重点156项之一，后来经过苏联援助，航空材料研究所在1956年完成建设，这是我们现在能够独立生产飞机和涡扇发动机的种子。（所以说兔子不腹黑，真没人信）。

第一个五年计划中，李富春就组织了全国冶金、化工、机械、纺织、轻工等部门中一批设备和技术力量好的企业承担航空材料的试制生产。陈云干脆直接担任项目经理，率领冶金工业部部长王鹤寿到抚顺、沈阳等地现场研究解决高温合金的试制问题，并决定改造一批老厂：

抚顺钢厂为喷气发动机高温合金材料生产基地；

沈阳橡胶四、五厂为航空密封件材料生产基地；

沈阳橡胶三厂为飞机轮胎生产基地；

锦西化工厂为航空有机玻璃生产基地；

天津油漆厂为航空油漆生产基地；

上海化纤厂为航空伞用特纺材料的生产基地等等。

同时兴建一批以承制航空材料为主要任务的大型企业：

哈尔滨铝合金加工厂负责飞机合金铝生产；

鞍钢第二冷拔无缝钢管厂负责飞机高压管道材料生产；

上海钢铁三厂、上海钢铁五厂、长城钢厂和大连钢厂负责飞机需要特钢和超强度钢生产（例如飞机大梁，起落架都需要高强度钢）；

东北铝加工厂和西南铝加工厂（负责生产飞机用铝型材）；

一坪化工厂和晨光化工厂（各种润滑油料）‘

德阳二重（负责飞机铸件，例如喷气发动机各种铸件，起落架和大梁铸件等）等等。

同时还建立了设计航空各专业的成体系的高等院校，如北京航空学院、西北工业大学、北京钢铁学院、东北工学院、南京航空学院、上海交通大学等，例如在北京钢铁学院和东北工学院成立了高温合金和精密合金等专业。

哈尔滨铝合金加工厂经过近一年的努力，试制成功了近20个牌号的板材、棒材、型材、管材和丝材，满足了航空工业使用的90％变型铝合金。

鞍钢第二冷拔钢管厂投产后，航空工业所需管材的93％得到了解决。当时，我国成批生产的初教5飞机、М11ФР发动机和歼5飞机、涡喷5发动机所需原材料的自给率分别达到98％、96％、81％和78％。

等等。

同时，中国科学院金属研究所由以为钢铁服务为主，1957年转向新材料、新技术研究与开发；北京钢铁研究院、北京有色金属研究院，主要从事新材料、新技术的研究与开发。上海钢铁研究所、锦西化工研究院、北京化工研究院、北京橡胶研究院、长春应用化学研究所等单位也都开展了有关航空材料研究与开发工作。

1960年，苏联撕毁协议，中断航空材料的供应，中共中央、中央军委决定组织全国力量，全面解决航空材料的供应问题。薄一波副总理亲自披挂上阵，以104号专案任务，下达鞍山钢铁公司、抚顺钢厂等全国10大钢厂共同完成高温合金的试制生产任务。为解决歼6飞机所需关键材料，1961年又下达了105号专案任务。

为了完成高温合金研制任务，冶金部钢铁司司长刘伯乐、航空工业局副局长方致远、钢铁研究院副院长吴峰桥、航空材料研究所所长魏祖冶等组成试制协调小组，组织钢铁研究院、航空材料研究所、中国科学院金属研究所、抚顺钢厂和沈阳发动机厂打群架，协同攻关。经4年多的不懈努力，终于掌握了高温合金的冶炼、轧制、模锻等工艺，取得了成功。至1965年，我国航空工业所需的高温合金满足了需求。

接着，为了批量生产高温合金，冶金部在抚顺钢厂、齐齐哈尔钢厂、大冶钢厂和上海钢铁五厂、重庆102厂建立了真空冶炼炉和电渣冶炼炉。为了解决高温合金原料问题，建设了甘肃镍矿，改造了上海冶炼厂来完成金属镍的提纯。而第一机械工业部副部长、著名机械工程专家沈鸿亲自担任高温合金冷轧机制造的项目经理。

随后，国家在马鞍山、德阳、重庆建立了大型锻压和轧制加工基地，解决了航空大型锻件和铝加工问题；在西南建立了长城钢厂作为特殊钢的生产基地。化工部在航空材料研究所配合下，研制成功了多种航空非金属材料，如密封材料系列、橡胶材料、飞机座舱玻璃（定向拉伸有机玻璃）等。与此同时，石化科学院在侯祥麟院长主持下，利用国产原油成功地试制出各种航空用油品。

到1965年，批量生产的歼6飞机所需的12319项原材料和直5所需的9019项原材料，全部由我国756家厂、所提供。我国自行设计的高空高速歼击机歼8所用整体壁板、耐高温透明材料、氟塑料高压软管、金属软管等关键材料也都是靠自力更生，全国各单位大力协同解决的。

二、建立自己的高温合金材料体系

航空材料最重要的是飞机发动机材料，其中高温合金是技术、工艺难度最大的。下面重点介绍这一部分。这也是师昌绪先生贡献最大的一部分。

航空发动机的要害是提高推重比和降低油耗，因此高温材料是决定性因素。在一台先进发动机上，高温合金和钛合金分别占发动机总重的55％－65％和25％－40％，所以研发高温合金及钛合金对提高发动机性能来说至为重要，其中涡轮叶片及涡轮盘材料更为关键，因受力复杂且处于高温高速高压的状态中，工作时间又长。

1956年6月，冶金部刘彬副部长、钢铁局李振南副局长担任项目正负经理，苏联冶金专家朱也夫为专家组顾问，由抚顺钢厂、鞍山钢铁公司、钢铁工业试验所（钢铁研究院前身）、沈阳发动机厂和航空材料研究所共同执行，成功生产出我国第一个高温合金GH30,经鞍钢冷轧出板材，在沈阳发动机厂制成火焰筒，1957年在涡喷5发动机上通过了长期试车。1962年，航空材料研究所吴世德和钢铁研究院傅宏镇领导下，在吴峰桥、荣科、师昌绪、颜鸣皋、吴世泽等专家指导下，经过顽强努力，解决了一个又一个批量生产工艺技术关键瓶颈，高温合金GH30正式批量生产，我国开始掌握高温合金生产工艺，为以后研制更高级的高温合金积累了经验。

建国初期，冶炼高温合金的镍、铬奇缺，又受到国际严密封锁。所以1957年师昌绪提出我国应开展以铁基代镍基高温合金及稀土金属在高温合金中的作用两个研究课题，并分析了苏联人提供的ЭИ437Б（GH33），这是当时苏联用量最大的镍基高温合金，提出基于铁基的高温合金新配方，大幅减少镍用量，与抚顺钢厂合作设计出808合金（GH135），并轧成棒材，模锻出涡轮叶片，但在试车过程中发生了共振而告失败。这是师昌绪先生回国后的第一个高温合金产品，尽管失败，但是为后来他领导建立具有中国特色的高温合金体系奠定了基础（808合金后来用于生产涡轮盘，代替ЭИ481（GH36））。

随后，北京钢研院和上海钢研所分别开发出可代ЭИ617作为涡轮叶片的红星13（GH130）及JF43（GH302），虽然都通过了长期试车，但在性能指标上仍然不能完全代替ЭИ617作为叶片用于发动机，只能广泛用做增压器等部件材料。

1962年，为解决GH135的冶炼、铸锭（点偏）、加热（炸裂）、锻造（温度区间太窄）大量技术难题；特别在切削和拉削过程中，不但要选用与加工镍基合金不同的刀具，而且还要探索合适的加工参数，师昌绪先生领导中科院金属所的课题组，在抚顺钢厂和沈阳发动机厂配合下，彻底解决这些问题，使GH135盘坯完全符合质量要求，1966--1973年用于不同型号的发动机上千台，并有300台出口国外。

1973年以后，我国甘肃镍矿开发成功，我国不再缺镍，GH135为性能更好的镍基合金GH33A所代替。

GH140（GR2）是航空材料研究所于1958年开始研究的我国第一个板材铁基高温合金。它是以ЭИ703合金为基础，利用我国富有的钨、钼、铝、钛元素对合金进行综合强化，经过多项试验研究，突破冶炼和变形两个难关，与抚顺钢厂、鞍山钢铁公司、沈阳发动机厂合作，制成涡喷6发动机火焰筒， 1966年生产定型，并逐步扩大在10多种发动机和飞机上使用，材料品种有薄板、中板、棒材、热轧管、冷拔管、丝材、环形件、锻件等。目前几乎所有特钢厂都能生产这种合金，成为我国航空工业使用最广，生产量最大的高温合金牌号之一。截止到1977年，各钢厂累计生产7,000余吨，节镍3,000多吨。

在节镍指导思想下，国内开发出多种节镍铬不锈钢、耐热钢和低合金高强度钢。航空材料研究所与西北工业大学合作开发出无镍的18CrMn2SiMoBA（GC11）低合金高强度钢作为飞机承力框架结构材料，在沈阳发动机厂、南昌飞机厂等单位推广，历时35载，解决了多项技术关键。

引进英国罗罗公司斯贝发动机后，北京钢铁学院仿制出出美国常用的两个涡轮盘牌号A286（GH132）及V57（GH136），又组织全国力量试制了Incoloy901（GH109）。

师昌绪先生在国内最早开发了用于工业燃气轮机的耐热腐蚀高温合金K38（IN738），后又进行了改进成为K38G，为了满足斯贝发动机用于舰艇的要求，与西安发动机厂合作开发出用作涡轮叶片的DZ38G及DD8合金。

中国是继英、美、前苏联之后第四个建立完整高温合金工业体系的国家。

首先是合金类型齐全。因为我国每引进一种发动机就要仿制一批高温合金，所以我国高温合金牌号的数目在国际上都居前列。目前我国铁基变形高温合金有14个牌号；镍基变形高温合金有30个牌号；钴基变形高温合金有3个牌号；等轴晶铸造高温合金有26个牌号；定向凝固高温合金有9个牌号；单晶高温合金有5个牌号；金属间化合物基铸造高温合金有2个牌号。我国开发了30多种铁基高温合金，其中18种为独创。GH135（808）作为棒、盘材料起到开路先锋作用，而GH140（GR2）作为板材在我国开发的所有铁基高温合金中最富成效。

其次是我国强调了资源立足国内，所以我国变形高温合金特点是铁基变形高温合金在变形高温合金中占30％。用作燃烧室的铁基变形高温合金（GH140）最高使用温度可达900--950℃；用作涡轮盘的可使用的最高温度为750℃（GH761）。

其三是中国高温合金生产工艺特殊，例如中国是最早采用电渣重熔工艺，并发展为真空电渣重熔工艺，不但可以减少夹杂物，也可降低气体含量；再例如由于当年我国压力机能力不足，师昌绪先生早在1958年就采用包套挤压工艺使难变形合金锭变为棒材，这一工艺后来发展为包套轧制，包套锻造。不但用于轧制棒材，而且用于生产饼材或盘材，解决了的问题。

除了生产航空发动机，我们也用同样工艺技术和材料开始生产大型燃气轮机，目前我国专用于工业燃气轮机叶片铸造高温合金有3项（K213,K4537,K491），此外用于航空涡轮盘的高温合金GH132也用于制造大型燃气轮机涡轮盘。

三、建立自己的钛合金研发和生产体系

钛是重要的航空航天材料，我国资源丰富。1956年《中国12年科技规划》就将钛的研究与开发列入了项目。

冶金部在1956年就开始建立海绵钛及钛的生产基地（抚顺301厂、苏家屯有色加工厂，海绵钛生产厂后来又有亚洲最大的遵义906厂）。

航空材料研究所建所之初就组建了以颜鸣皋为首的钛合金研究室，于1958年炼出了第一个用于研究用的钛合金锭。与此同时，冶金部有色金属研究院、上海钢研所及中科院上海冶金所等单位也都开展了钛合金的研究工作。

1965年航材所与有关科研院所、钢厂及航空发动机厂研制成功钛合金中用量最大的TC4（Ti－6Al－4V），用于涡喷6发动机压气机盘及叶片。

1979年航空材料研究所与上海钢铁五厂、北京有色金属研究院等单位合作在原苏联BT9的基础上开发出了钛合金的最高工作温度（长期）为550℃（TA22,又称Ti55），打破国际不加稀土的惯例，而加入钕形成强化相。这种高温钛合金，采用了先进的铸锭工艺，解决了偏析问题，采用高低温交替锻造工艺，解决了大锻件组织不均匀的难题，综合性能超过国外同类产品水平。作为盘件材料用于多种型号发动机。

然后又成功研制出用于600℃的Ti－60和阻燃钛合金。中国也在钛铝中间化合物研制上做出了具有国际水平的工作，并在航天领域得到应用。

从1986年开始的第七个五年计划，我国对钛合金研究的投入显著增加，目前已经研究成功了飞机所需的各种类型的钛合金。

四、中国特色的以铸代锻工艺路线

1959年左右， TG决策层已经预见到中苏关系破裂不可避免，开始准备完全独立自主，要求航空工业体系准备走自己的路子，不能再依靠苏联。为此，航空材料组织领导部门提出完全依赖自己工艺能力，突破生产瓶颈的任务。

结合中国当时缺镍少铬现实，航空材料研究所荣科副所长提出了航空发动机叶片和轮盘“以铸代锻”的具有颠覆性和前瞻性的战略方针，为此奠定了中国航空工业自己独有的生产工艺体系。真的是功在社稷，利在千秋。

荣科先生利用我国已经仿制成功并定已定型的铸造铁基高温合金（K11、K14）及铸造镍基高温合金（K1、K3），采用精密铸造工艺，制成形状复杂的导向叶片和涡轮叶片，用于涡喷发动机。

而且荣科先生组织、指导和计划各航空发动机厂建立了精铸车间，发展完善了中国特有航空发动机精铸工艺，为我国铸造合金的应用创造了条件。

其实早在1958年大跃进期间，中国的东风113航空发动机方案提出以后，下达生产研制任务到各单位。根据任务，钢研院研制成功511合金，中科院金属所研制成功539合金，都比当时苏联最高牌号ЭИ929有更高的高温性能。但这些涡轮叶片材料变形十分困难，当时师昌绪先生提出利用苏家屯有色金属加工厂1200吨挤压机挤成棒材，并提出包套挤压工艺，虽然得出了棒材，但是毕竟设备吨位太小，难以满足要求。于是中科院金属所便利用1957年从瑞士进口的5kg真空感应炉开展精密铸造高温合金的研究，最后确定了一个不含钴而性能与当时国际水平相当的916合金，尽管从高温强度或塑性来看都不亚于正在开发的变形合金，但是当时工厂不具备生产条件，只好作罢，这应该算是我国第一个铸造涡轮叶片用镍基高温合金，合金虽然没有得到应用，但推动了我国真空冶炼和真空精铸工艺和真空感应炉的发展。

1960年，荣科调入航空研究院总工程师室，主持航空材料和航空工艺开发工作，重点组织精密铸造工艺研究。1964年5月，航空研究院在沈阳召开新机座谈会。根据师昌绪先生回忆，当时高空高速歼8飞机总设计师黄志千提出用2台改进型涡喷7发动机作为歼8双发方案，与会者都认为在一年内完成发动机改型没有把握，会议陷入僵局。

荣科在会议上提出把实心涡轮叶片改为空心叶片，用强制冷却提高涡轮前温度100℃的方案。代表们说：“老荣高见，那要看你能不能在一年内拿出气冷涡轮叶片了。”

荣科经过缜密思考评估，认为研究空心涡轮叶片虽然难度大，有相当的风险，但我们已有一支水平不低的队伍，也有一定的科学技术储备，如中科院金属所研制的铸造高温合金M－17（K417）和沈阳发动机厂的熔模制造工艺。如果采取实现设计－材料－制造一体化的方案，就有可能在一年内完成空心叶片任务。

他便向与会代表立下军令状：“如果不能在一年内拿下空心涡轮叶片，我愿把自己的脑袋挂在设计所的大门口示众”（见荣科：“空心叶片攻关记，中国航空40年154－156”）。

经过相关领导批准，荣科先生立即制定方案，并组成数十人的专题组（称AB－1组）。航空研究院科技部黄锡川部长在中科院金属所召开的上千人大会上做了动员报告，由金属所、606所及沈阳发动机厂组成了任务组，在金属所简陋的铸造实验室开展了探索性的研究工作。

在探索过程中，首先遇到的难题是型芯材料的选择，因在近100毫米长的叶身中，要铸出粗细不等的9个小孔，最细的直径只有0.8毫米，而在侧面进气口处还要有一个弯角，这就给型芯定位产生了难度。采用什么材料做型芯？查遍资料不得其解，还是偶然从美国一本杂志上刊登的一幅出售不同规格的细石英管的广告中得启示，试了多种材料之后，最终决定采用石英管。此外，还有很多技术问题，诸如脱芯，超声测壁厚等。齐心协力，终于如期完成了任务。

与此同时，航空工艺研究所、航空材料研究所、航空发动机设计所、沈阳发动机厂与抚顺钢厂和钢铁研究院研制出锻造了大孔空心气冷涡轮叶片，两种叶片都通过了台架试车。但是考虑到铸造9孔较之锻造3大孔叶片有更多优点，即前者冷却效果好，铸造合金强度裕度大，工艺简单，周期短、成本低，因而航空研究院决定采用铸造空心涡轮叶片（称为201叶片）。在沈阳发动机厂进行了小批量生产，解决了在生产过程中的许多技术关键。

1975年4月三机部决定将201叶片的大生产定点于贵州新艺机械厂（也即现在著名的黎阳发动机公司），要求中科院金属所与沈阳发动机厂组成攻关小组，师昌绪先生领衔。经过半年多的时间，稳定了生产，制订了验收标准。迄今已生产了数百万片，40年来装备了我国几乎所有先进航空发动机。

中国是世界上第二个采用铸造空心涡轮叶片的国家，比美国晚了5年。至于它的水平可以从荣科文章的一段话看出：“当英国罗•罗公司总设计师胡克教授在沈阳发动机厂看到我国自行创新研制的铸造空心涡轮叶片时，不无感慨地说，单凭见到这一实际成就，就没白来中国一趟。由此，他对设计制造空心涡轮叶片的核心发动机有了更强的信心”。师昌绪先生1963年参观罗•罗公司时，公司领导一再强调铸造高温合金涡轮叶片不可靠，从而他们起步较晚，看了我们的成就，对英国也是一个推动。

1962年为使我国直升机能飞入西藏上空，我国仿制了当时美国最成熟的铸造合金IN100（M17,K417），航空材料研究所及钢铁研究院于1965年前后开发K5、K6及仿IN713C的K18。又用铸造方法制造了涡轴发动机的增压器。

1965年，美国开发了定向凝固技术，1967年我国航材所在自制定向凝固炉上开发了高温合金定向凝固技术，70--80年代研制出几种定向凝固高温合金（DZ3、DZ4、DZ22），其中不含铪的DZ4已批量生产，并在10多种发动机上得到应用。

目前我国铸造高温合金有42种。我国铸造高温合金的特点是某些定向凝固的高温合金不含铪（DZ4、DZ17G、DZ38G、DZ125L）；单晶合金较国外同性能合金的铼含量低，因而价格低廉。（工业铼每公斤100万人民币以上，主要用于生产航空发动机叶片、制造类似陀螺仪的高精设备、合成高辛烷值汽油）。

1988年我国开始采用泡沫陶瓷开发出铸造高温合金过滤净化技术，对返回料的应用创造了条件。

1992年，我国又发展了单晶高温合金叶片制造工艺，并开发出单晶高温合金（DD3、DD4、DD6、DD402等），同时还发展了单晶涡轮转子叶片铸造工艺。DD3成分简单，强度高，但有热裂倾向，未能推广，在加入适量的钽以后，不但解决了热裂倾向，而且高温性能有所提高，现已推广到多个机种，成为我国真正用于航空的第一代单晶合金。

至此，我国航空铸造工艺需要的人才储备、知识储备、技术储备与装备储备已经完成。